多金属-有机分子三明治团簇的几何结构和电磁性质的分析

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1、东南人学硕士论文量子尺寸效应。量子尺寸效应会导致纳米粒子声、热、磁、光、电以及超导电性与宏观特性有显著不同。同时处于分立的量子化能级中的电子波动性会给纳米粒子带来一系列特殊性质，如特异的光催化性，高的光学非线性，强氧化性和还原性等。§1．1．2纳米材料的应用由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使它们在力学、磁学、光学、热学和医学等方面呈现出不同于传统材料的特性。(1)力学性质：纳米结构的材料强度与粒径成反比。应用纳米技术制成的超细或纳米晶粒材料，其韧性、强度、硬度上都有较大幅度的提高，使这些纳米材料可以用于利用常规材料

2、无法加工的硬度较大的材料中。人们利用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。(2)磁学性质：纳米多层膜材料的巨磁电阻效应高达50％，这样高的磁电阻和低噪声使其可以用于信息存储的磁电阻读出磁头。纳米级别巨磁电阻材料的磁电阻与外加磁场存在近似线性的关系，也可以用于新型的磁传感材料。高分子的纳米复合材料对可见光有很好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低三个数量级，磁性I：I二FeB03和FeF3透明体至少高一个数量级，从而在光磁材料中有着广泛的应用。(3)光学性

3、质：由于量子尺寸效应，纳米半导体微粒的吸收光谱一般会出现波长变短的蓝移现象，因此其光吸收率就会随吸收光的能量增大而增大，从而可用于红外线感应和测量器材料。(4)热学性质：纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶和非晶体材料，这是由于纳米材料的界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能方面有广泛的应用前景。(5)生物医药材料：由于纳米粒子的尺寸比红血细胞(6"--'9nm)dx得多，这些纳米粒子可以在血液中自由运动。如果利用纳米粒子研制成纳米机器人，注入到人体血管内，就可以对人体进行全身健康

4、检查和治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可吞噬病毒，杀死癌细胞。在医药方面，可在纳米量级的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的纳米量级材料粒子使药物在人体内的输运更加方便。§1．2团簇简介团簇是由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学的作用组成的相对稳定的微观或业微观聚集体，其物理和化学性质会随所含原子数目的变化而变化【lJ。团簇的空间尺度是几埃至几百埃的范围，它们比无机分子大，但比具有平移对称性的块体材料小，它们的原子结构(键长、键角和对称性等)和电子结构不同于分子，也不同于块体。原子团簇的许多性质既不同于构成

5、它的单个原子或是分子，也不同于由它们演变而成的固体或液体，也不能通过两者结构和性质的简单线性内插或是外延得到。近年来，人们将团簇研究尺度扩大到包括小团簇、中等团簇和大团簇，其尺寸范围从0．1nm到100nm。团簇被看成是介于原子、分子与宏观固体物质之问新的物质结构层次，是各种物质由原子分子向大块物质转变的过渡状态，或者说，代表了凝聚态物质的初始状态。团簇科学处于多个学科交叉的范畴，由原子分子物理、凝聚态物理、量子化学、表面科学、材料科学等学科的概念及方法交织在一起，并正在发展成为一门介于原子分子物理和固体物理之间的新学科。团簇是新的物质状态，是构成纳

6、米材料的基本单元，并正在发2第一苹绪论展成为具有特殊功能的新型材料，当前备受关注的“纳米材料"实际上就是较大的团簇。团簇科学研究的基本问题是理解团簇如何从原子、分子一步一步演化而成，以及随着这个演化的过程，团簇的几何和电子结构以及各种其它性质如何变化，以及当尺寸达到多大时，会从团簇过渡到宏观固体，以及同外界环境的相互作用规律。对于团簇的结构和性质进行深入的实验和理论研究，对于加深理解晶体的生长与演化过程，理解相关晶体材料的局部结构和性质，以及探索以团簇为基础合成新的特殊功能材料，都具有重要的理论和适用价值。团簇作为尺寸介于微观和宏观的体系之间的物质新

7、层次，因其尺寸小，有大量的原子处于原子团簇的表面，而这些表面原子的几何构型、自旋状态以及原子间相互作用方式都完全不同于体相内的原子，由此导致的表面效应使原子团簇具有很多特殊的性质。例如仅仅通过调节构成团簇原子的数量，大小或者构型，物质的特性就会有极大不同，10个铁原子的团簇在催化氨合成时要比17个铁原子的团簇的催化效能高出甚至1000倍。伴随着尺寸变化而来的另一个效应是量子效应，原子团簇的研究证明了许多量子力学的假设和预言的同时，也提出了一些更有趣的新问题。例如由纯金属原子组成的团簇，只有当原子数是“幻数系列”，即为2、8、20、28、50、82、1

8、26⋯⋯时，结构才是稳定的，甚至在加热到液态时也不会被破坏。同样的“幻数系列”在元素周期律中早已为人所知，但