整理的纳米材料复习资料.doc

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1、第一章纳米科技：纳米科学（nanoscience）、纳米技术（狭义的nanotechnology）以及纳米工程（nanoengineering）的统称，是研究、开发、利用纳米尺度物质的一门新型的应用型学科，具有多学科交叉的特征。n（1）纳米科学：探索与发现物质在纳米尺度上所表现出来的各种物理、化学与生物学现象及其内在规律，尤其是原子、分子以及电子在纳米尺度范围的运动规律，为纳米科技产品的研发提供理论指导。n（2）纳米技术：主要包括纳米尺度物质的制备、复合、加工、组装以及测试与表征，实现纳米材料、纳米器件与纳米系统在原子、分子尺度上的可控制备，为纳米

2、科技的应用奠定基础。n（3）纳米工程：包括纳米材料、纳米器件、纳米系统以及纳米技术设备等纳米科技产品的设计、工艺、制造、装配、修饰、控制、操纵与应用，推动纳米科技产品走向市场、有效地服务于经济社会。n纳米材料的定义n（1）纳米尺度：1nm到100nm范围的几何尺度；n（2）纳米结构单元：具有纳米尺度结构特征的物质单元，包括稳定的团簇或人造原子团簇、纳米晶、纳米粒子、纳米管、纳米棒、纳米线、纳米单层膜及纳米孔等；n（3）纳米材料：物质结构在三维空间至少有一维处于纳米尺度，或由纳米结构单元组成的且具有特殊性质的材料。纳米材料按几何特征---维数可分为n

3、1.零维一维二维三维纳米材料的主要特征在于其外观尺度，从三维外观尺度上对纳米材料进行分类是目前流行的纳米材料分类方法，可分为零维纳米材料、一维纳米材料、二维纳米材料和三维纳米材料（表1.1）。其中零维纳米材料、一维纳米材料和二维纳米材料可作为纳米结构单元组成纳米固体材料、纳米复合材料以及纳米有序结构。第二章v久保理论两点主要假设：u（1）简并费米液体假设u（2）超微粒子电中性假设1．量子尺寸效应:当粒子的尺寸下降到某一纳米值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象，以及纳米半导体微粒中最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道的能级

4、间隙变宽的现象。2．小尺寸效应:当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热、力学等物性发生变化，这就是纳米粒子的小尺寸效应，又称体积效应。3．表面效应:又称界面效应，是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径减小而急剧增大后所引起的性质上的变化。4.微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。宏观物理量在量子相干器件中的隧道效应称为宏观量子隧道效应。11介电限域是纳米微粒分散在异质介质中由于界面引起的

5、体系介电增强的现象，这种介电增强通常称为介电限域，主要来源于微粒表面和内部局域场的增强。当介质的折射率与微粒的折射率相差很大时，产生了折射率边界，这就导致微粒表面和内部的场强比入射场强明显增加，这种局域场的增强称为介电限域效应。u纳米微粒的热学性能对于纳米微粒，由于颗粒小使得纳米微粒的熔点急剧下降。除了极低温度（低于几个K）以外，高温和低温下纳米材料的比热容都比传统材料有所增大。由于在纳米结构材料中有大量的界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径。因此，与单晶材料相比，纳米结构材料具有较高的扩散率。u纳米微粒的光学性能宽频带强吸收所有的金属超微粒子均

6、为黑色，尺寸越小，色泽越黑。粒子对可见光低反射率、强吸收率，导致粒子变黑。纳米粒子大的比表面导致了平均配位数下降，不饱和键和悬键增多，与常规大块材料不同，没有一个单一的、择优的键振动模式，而存在一个较宽的键振动模的分布，在红外光场作用下它们对红外吸收的频率也就存在一个较宽的分布，这就导致了纳米粒子红外吸收带的宽化。蓝移现象与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带向短波方向移动。纳米微粒的发光随粒径减小，发射带强度增强并移向短波方向。当粒径大于6nm时，这种光发射现象消失。纳米微粒分散物系的光学性质u纳米微粒的电学性能纳米金属块

7、体材料的电导随晶粒尺寸的减小而减小而且具有负的电阻温度系数，己被实验所证实。纳米材料的介电性能纳米介电材料具有量子尺寸效应和界面效应，将较强烈地影响其介电性能主要表现在1)空间电荷引起的界面极化。2)介电常数或介电损耗具有强烈的尺寸效应。3)纳米介电材料的交流电导常远大于常规电介质的电导。u纳米微粒的磁学性能对于大致球形的晶粒，矫顽力随晶粒尺寸的减小而增加，达到一最大值后，随着晶粒的进一步减小矫顽力反而下降。但是当尺寸降到20nm或以下时，由于位于表面或界面的原子占据相当大的比例，而表面原子的原子结构和对称性不同于内部的原子，因而将强烈地降低饱和磁

8、化强度Ms。纳米材料通常具有较低的居里温度。由Fe、Cr交替沉积而形成的纳米多层膜中，发现了超过50％的MR，且为各向同性