《基本理论》PPT课件

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1、二.纳米材料的基础知识2.1纳米材料的基本概念2.2纳米效应2.2纳米材料性质2.1纳米材料的基本概念纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它一般在1─100nm之间，有人称它为超微粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型介观系统。纳米微粒是肉眼和一般显微镜看不到的微小粒子，它的大小和病毒大小相当或略小些，这样小的物体只能用高倍的电子显微镜进行观察。纳米材料的基本单元可以分为三类：(i)0维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如量子点、纳米尺度颗粒、原子团簇等；

2、(ii)1维，指在空间有两维处于纳米尺度，如量子线、纳米丝、纳米棒、纳米管等；(iii)2维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如量子阱、超薄膜，多层膜；超晶格等。零维Aunaoparticles30nmQuantumdot-PbSe一维ZnOnanowiresAgnanowiresemiconductornanobelt金纳米球壳TheLycurguscupin(A)reflectedlightand(B)transmittedlight二氧化硅73%、含钠的氧化物14%和含钙的氧化物7%ABMichaelFaradayAndhiscolloidalsu

3、spensionofgold(1857)AuandAgnanoparticlesAunaoparticles30nm纳米金各种胶体金免疫层析诊断试纸条QDVision,Inc.isananomaterialsproductcompanydeliveringanewgenerationofdisplayandlightingsolutionsthatprovide unmatchedcolor,powerefficiencyandcostsavings.QuantumLight™optic光谱分布示意图量子点王中林教授发明的氧化锌纳米发电机（c）在氧化锌纳

4、米线上用探针尖收集到的电信号（a）在氮化镓基板上生长的氧化锌纳米线扫描电子显微图像（b）在导电的原子显微镜针尖作用下，纳米线利用压电效应发电示意图产生压电放电能量的物理原理来自氧化锌的压电性质和半导体属性的耦合，一根垂直的直立氧化锌纳米线被AFM针尖挤压产生一个应变场，外表面被拉伸，内表面被压缩。由于压电效应在纳米线内部沿z方向产生一个电场，压电场方向在外表面与轴几乎平行在内表面与轴反平行，在一级近似下，沿着纳米线尖端的宽度，从压缩到拉伸的侧面电势分布在-Vs和+Vs之间在指尖的弯曲中产生电流的纳米发电机iPods5年内用人的心跳供电？纤维纳米发电机低倍

5、SEM照片显示两个互相缠绕的、表明长有氧化锌纳米线阵列的纤维，其中一个镀有金(b)高倍SEM照片显示两纤维界面处的纳米线结构(c)显示多根纤维组成的纤维纳米发电机的并联式碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，如果用碳纳米管做成绳索，是迄今唯一可从月球挂到地球表面而不会被自身重量拉折的绳索碳纳米绳：一毫米细丝承载60吨石墨烯模型石墨烯的透射电子显微镜照片2.2.1电子能级的不连续性2.2.纳米微粒的纳米效应1.孤立原子原子结构是电子波粒二象性的直接结果，可以用deBroglie方程描述(1929诺贝尔物理奖)。λ=

6、h/mev，λ是电子的波长，me是电子的质量，v是速度，h是普朗克常量，为6.63×10-34J•s。理论上，不只亚原子粒子有波的性质。例如：投球手以40米每秒投出一个质量为0.15公斤的棒球。这个球的波长为这比光子的直径10−15米更小，直趋普朗克长度10−35。因此，现时的技术是无法观察出其波动性质的电子具有波粒二象性，是指电子既是一种电磁波(电子在空间中具有一定的波长，也是一种粒子。电子在原子核外旋转。这些许可的轨道电子必须符合deBroglie定律，且周长是电子的波长的整数倍。2πr=nλ=nh/mev，即mevr=nh/2π即角动量mevr是量

7、子化的，是h/2π的整数倍。量子化的电子轨道半径用量子数n来表示，并用K，L，M，N，等(n=1，2，3，4…)。每个电子轨道上包含着2n2个电子。例如，K轨道(n=1)包含2个电子，L轨道(n=2)有8个电子。电子的能量只能允许有一系列离散的值，每一个能量取值叫做一个能级。即电子的能量是量子化的。氢原子的能级表示为其中，h为普朗克常数，6.63×10-34J•s，m为电子的静止质量，9.108×10-31kg，e为电子电荷：1.602×10-19C，ε0为真空介电常数，8.854×10-12Fm-1。随着能级数的提高，能级间距逐渐变小，最终到达一个值，

8、即真空能级(n=∞)，对应于电子的离子化。电离一个孤立氢原子的临界能量为13.6