v-vi族系热电材料的合成、表征及性质研究

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1、纳米(Nanometer，缩写为nm)是104米(一种长度计量单位)，是一根头发丝直径的六万分之一．它的尺度范围介于宏观材料与原子(或分子)之间。基本构建摹元是纳米材料或本身材料尺寸介于1．100r加称为纳米材料口J。纳米材料按照不同的定义方法有不同的种类pl。例如：按是否为晶体结构可分为，纳米晶体材料、纳米准晶体材料和纳米非晶体材料。作为介于微观与宏观之间的纳米材料是一类新层次物质，相比于分子和宏观尺寸材料，其展现了非常独特的化学和物理属性，如小尺寸教应、介电限域效应、和宏观量予隧道效应等。具体有如下表现：l量子尺寸效应：是指随着纳米粒子尺寸降低．赞米能级附近的电子能级会山准

2、连续转变为离散能级或者能隙变宽。当材料的光能、热能、电磁能的变化跟不上电子能级的变化时，就会出现有异于常规材料的光、磁、热、声、电及超导等特性。2小尺寸效应方面：当纳米粒子的尺寸小于德布罗意波K、光波波长和超导态的相干长度或透射深度等一些物理特性的尺寸时，周期性的晶体边界将会被破坏，表面原子层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等新特性的呈现称为小尺寸教应。例如：半导体量子点展现了尺、J依赖的发光性质。随着尺寸的增加，CdTe量子点的吸收和发射光谱逐渐红移，颜色逐渐从绿色-黄绿-黄色．橙黄一橙色转变成红色【l。】：银纳米棱锥显示了尺寸依赖的表面拉曼共振属性。随着棱长

3、度的增加，银纳米棱锥溶液展现了不同的颜色，并且表面等离子体峰的位胃逐渐红穆⋯】；磁性纳米粒子在小于其临界尺寸时展现了适合于生物医疗的超顺磁属性【I“。3形貌效应方面：形貌对于纳米材料的性能产生重大的影响。例如盒纳来棒除了在可见区有等离子体吸收峰外．其在更长波长(例如近红外区)有一个比金纳米颗粒更强的等离子体吸收峰，并且该峰的位置随着金棒＆度的增加而红移““：由于更大的表面积．铂纳米技状物比铂纳米粒子展现了更高的电化学活性．从而增强了电催化活性『l”。4介电限域效应方面：介电限域是分散异质介质中纳米粒予的界面引起的介电增强的现象，这是由纳米粒子表面和内部场强增强引起的。光吸收、光

4、化学、光学非线性等也受到纳米粒子的介电限域效应的影响。例如，二氧化硅包裹了金纳米粒子的空心球，会使金空心球的表面等离子体吸收产生红移ilsj,5量子隧穿与库仑堵塞效应：当体系的尺度进入到纳米尺寸时，电荷是“量子化”的，即导致材料的下连续充屯和放电过程，导致了对一个小纳米粒子的充放电过程电子不能集体传输．而是一个一个的传输。这种单个电子非连续的传输行为称库仑堵塞效应。又比如一个电子从一个量子点上穿过能垒到达另一个量子点L的行为称作量子隧穿。通过扫描隧道显微镜和电化学科学家们都已成功观察到了金纳米的单电子转移过程【16”j。例如，Murray等在有机体系取采用了差示脉冲伏安法观察了

5、烷基硫醇保护的金属纳米粒子的量子化双层电容充电行为㈣。各种新型分析表征技术的迅猛发展推动了纳米科学技术同新月异的发腥。扫描屯镜(SEM)是可视化纳米材料最好的表征手段之一。纳米材料的形貌、粒径的分布或平均尺寸等可通过扫描电镜观察。进一步，扫描电镜也能用于观察材料断口及内音

6、j组织信息等。目前的加速电压甚至可以达到10kV阻上。此外，装配x射线能量散射光谱仪(EDX)的透射屯镜可以获得单个纳米粒子的元素面扫蹦或其局域部分的元素分析Il⋯。除了扫描电镜，透射电镜也是一个重要的表征纳米材料形貌和成分的重要工具。而透射电镜的选区衍射可以获取纳米材料的晶体结构【l”。此外，探针扫描显微镜

7、(可获得样品原子层次E的结构)，X射线衍射(可以显示纳米材料局部、中程、原子结构的综合信息)．紫外-叮见光谱(获得材料的光学性质)．热重分析(获得材料稳定性的性质及不同成分的台量)，X光屯子能谱(对样品元素成分进行微观的定量和定性分析)，俄敝光谱(显示材料的电子结构信息)，拉曼、红外光谱、核磁共振年n质谱(从纳米材料表面功能团获得分子级别信息)，荧光光谱(获得发光材料的发射光谱信息)，激光共聚焦显微镜(可以显示荧光材料或荧光分子标记的细胞成像信息)，动态激光散射(可以显示纳米材料的表面电势情况和粒径几寸)、电化学(表征纳米材料的组成、表而和性能信息等)，四探针电导仪(可得到导电

8、材料的电导率)及备种连用技术(可显示纳水材料的一些原位信息)等也是表征微纳米材料的先进工具，并可以从不同角度得到微纳米材料的不同信息。13纳米材料的可控合成iⅡ控合成微纳米材料是进行纳米科学与技术研究的先决条件。微纳米材料的尺寸、成分、形状、杂化和组装是次定微纳米材料性能和应用的犬键参数口⋯。纳米科技发展到今天，各类不同尺寸和形貌的微纳米材料相继被科学家们用各种各样的方法可控合成，并且工艺也R臻完善。目前合成纳米材料的方法主要有两类：一是以光刻技术，STM刻蚀、电子柬刻蚀和纳米压印技术为代表