最新-纳米四大效应和特征尺度..课件ppt.ppt

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1、-纳米四大效应和特征尺度..目录四大效应特征时间、空间尺度2纳米尺度的物质与宏观物质一样吗？传统化学的研究对象通常包含着天文数字的原子或分子，例如，1克水包含了约3.346*1022个水分子；因此通常所测得的体系的各种物理化学性质都是大量粒子的平均行为。实际上，热力学规律成立的前提条件就是由大量粒子组成的体系；那么，当研究对象变成纳米尺度的物质，纳米尺度的微观世界，变成一个原子或一个分子时，是否还会遵循传统理论和规律呢？量子尺寸效应：当颗粒尺寸下降到某一值时，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和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨

2、道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应。当热能、电场能或者磁场能比纳米材料的平均能级间距还小时，就会出现与宏观物体截然不同的一系列反常特性。7例：1〉量子尺寸效应引起材料导电性的突变导电的金属在纳米颗粒时可以变成绝缘体导电性最好的Ag在1K条件下，当其尺寸小于20nm时就成了绝缘体。证明：根据久保公式结合得到8假设：则T=1K时，可以推导出d=20nm。因此，当其尺寸小于20nm时就成为绝缘体了2）铁电体转变为顺电体如PbTiO3、BaTiO3等典型的铁电体在其临界尺寸分别会转变成顺电体，从而其室温下以立方相存在。3）不发光的物

3、质转变为发光物质粗晶状态Si、Ge是间接带隙半导体，不发光；纳米量级的硅、锗，具有明显的可见光发光现象，而且粒径越小发光越强，发光光谱逐渐蓝移。BaTiO3，PbTiO3的结构钙钛矿铁电体晶体结构：AB+O-氧离子形成氧八面体，整个晶体可看成氧八面体共顶点联接而成。氧八面体间的间隙由A离子占据。电滞回线POAECGDFB美国贝尔实验室发现当半导体硒化镉颗粒随尺寸的减小能带间隙加宽，发光颜色由红色向蓝色转移。美国伯克利实验室控制硒化镉纳米颗粒尺寸，所制备的发光二极管可在红、绿和蓝光之间变化。除了上述的特殊性质之外，纳米材料的量子尺寸效应使纳米材料还具有：高

4、度光学非线性特异性催化和光催化特性强氧化性和强还原型利用这些特性可以制成光催化剂、强氧化剂、强还原剂、可使用于制备无机抗菌材料。小尺寸效应当超微颗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者更小时，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、力学等特性呈现新的小尺寸效应。13纳米微粒由于具有小尺寸效应，所以才表现出：（1）特殊的光学性质（2）特殊的热学性质（3）特殊的电学性质（4）特殊的磁学性质（5）特殊的力学性质超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、

5、声学特性以及化学性能等方面。特殊的光学性质：1.当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态时都呈现为黑色。尺寸越小，颜色越黑，银白色的铂变成铂黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于1%，大约几微米的厚度就能完全消光。152.可以使光吸收显著增加，并产生吸收峰的等离子共振频移。宽频带强吸收，大块金属具有不同颜色的光泽，这表明它们对可见光范围内各种颜色（波长）的反射和吸收能力的不同。而当尺寸小到纳米量级时，各种金属纳米微粒几乎都成黑色。它们对可见光的反射能力极低。如纳米Pt粒子的反射率

6、为1%，纳米Au粒子的反射率小于10%，这种对可见光低反射率的纳米材料，它的吸收率强。例如，纳米铁粉，因具有了吸光性，而变成了黑色；它甚至于一改“不怕火烧”的“英雄本性”，而变成一旦遇到空气，就能马上燃烧起来，生成氧化铁。利用光学特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。也有可能应用于红外敏感原件、红外隐身技术（纳米复合材料对光的反射度极低，但对电磁波的吸收性能极强，是隐形技术的突破）等。利用红外隐身技术的案例：案例：纳米ZnO对雷达电磁波具有很强的吸收能力，所以可以做隐形飞机的重要涂料。1991年春的海湾战争，美国

7、执行空袭任务的F－117A型隐身战斗机，其机身外表所包覆的红外与微波隐身材料中亦包含有多种超微颗粒，它们对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力，可以逃避雷达的监视，而伊拉克的军事目标没有这种设施，损失惨重。红外光吸收：纳米Al2O3、TiO2、SiO2、Fe2O3及其复合材料对人体红外有强烈吸收，可以起到保暖作用，减轻衣服重量，对登山运动员、军人战士防寒。紫外光吸收：纳米TiO2、Al2O3、SiO2、ZnO粉末对250nm以下的波长有较强的吸收。185nm的短波紫外线对人体健康有损害，而且对日光灯的寿命有影响，若将Al2O3粉末掺入稀土荧光粉中，可吸收掉这

8、些有害的紫外光。尺寸及形貌导致颜色不同磁学：纳米尺度的强磁性颗粒（Fe-Co合金