《原子團(tuán)簇》PPT課件

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1、第十七章原子團(tuán)簇17.1納米體系(1).納米體系物理學(xué)(2).納米化學(xué)(3).納米材料學(xué)(4).納米生物學(xué)(5).納米電子學(xué)(6).納米加工學(xué)(7).納米力學(xué)1．納米結(jié)構(gòu)單元零維：團(tuán)簇、量子點(diǎn)、納米粒子一維：納米線、量子線、納米管、納米棒二維：納米帶、二維電子氣、超薄膜、多層膜、超晶格體系的某個(gè)或數(shù)個(gè)特征長(zhǎng)度在nm量級(jí)2.納米結(jié)構(gòu)的自技術(shù)(1).球磨和機(jī)械合金化工藝和技術(shù)(2).化學(xué)合成工藝和技術(shù)(3).等離子電弧合成技術(shù)(4).電火花制備技術(shù)(5).激光合成技術(shù)(6).生物學(xué)制備技術(shù)(7).磁控濺射技術(shù)(8).燃燒合成技術(shù)(9)噴霧合成技術(shù)……Bottom-up,Top-down

2、3.納米體系的基本物理效應(yīng)(1).小尺寸效應(yīng)：尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及相干長(zhǎng)度等相當(dāng)或更小時(shí)，導(dǎo)致聲、光、電磁、熱力學(xué)等物性呈現(xiàn)新的小尺寸效應(yīng)。(2).表面效應(yīng)：d(nm)N表面(%)1030,0002044,0004022508013099(3).量子尺寸效應(yīng)：T=1K,d=14nm(4).宏觀量子隧道效應(yīng)：微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力。宏觀量：微顆粒的磁化強(qiáng)度，量子相干器件中的磁通量，亦具有隧道效應(yīng)。Fe-Ni薄膜中疇壁運(yùn)動(dòng)速度在低于某一臨界溫度時(shí)基本上與溫度無(wú)關(guān)。限定了磁帶、磁盤進(jìn)行信息儲(chǔ)存的時(shí)間極限。(5).庫(kù)侖阻塞與庫(kù)侖臺(tái)階效應(yīng)：VI(6).介電限域效應(yīng)：納米微粒分

3、散在異質(zhì)介質(zhì)中由于界面引起的體系介電增強(qiáng)現(xiàn)象。納米粒子的光吸收帶邊移動(dòng)(藍(lán)移，紅移)的Brus公式：4．納米材料的奇特物性(1).熱學(xué)性能納米粒子的熔點(diǎn)、開始燒結(jié)溫度和晶化溫度均比常規(guī)粉體的低得多。(表體比大）(2).磁學(xué)性質(zhì)(a).超順磁性起源：在小尺寸下，當(dāng)各向異性能減少到與熱運(yùn)動(dòng)能可想比擬時(shí)，磁化方向就不再固定在一個(gè)易磁化方向，易磁化方向作無(wú)規(guī)律的變化，結(jié)果導(dǎo)致超順磁性的出現(xiàn)。(b).矯頑力納米粒子尺寸高于超順磁臨界尺寸時(shí)通常呈現(xiàn)高的矯頑力每個(gè)粒子是一個(gè)單磁疇(c).居里溫度居里溫度Tc與交換積分J成正比，并與原子構(gòu)形和間距有關(guān)納米粒子的Tc比固體相應(yīng)的低。納米粒子中原子間距

4、隨著顆粒尺寸減少而減小。原子間距小將會(huì)導(dǎo)致J的減小，因而Tc下降。5nmNi:點(diǎn)陣參數(shù)縮小2.4%(d).磁化率納米粒子的磁性與它所含的總電子數(shù)的奇偶性密切相關(guān)。電子數(shù)為奇數(shù)的磁化率服從：量子尺寸效應(yīng)使磁化率遵從d-3規(guī)律(d平均顆粒直徑)電子數(shù)為偶數(shù)的磁化率服從：磁化率遵從d2規(guī)律(3).光學(xué)性質(zhì)(a).寬頻帶強(qiáng)吸收(b).藍(lán)移和紅移現(xiàn)象量子限域效應(yīng)：藍(lán)移表面效應(yīng)：紅移(c).量子限域效應(yīng)激子帶的吸收系數(shù)隨粒徑下降而增加，即出現(xiàn)激子增強(qiáng)吸收并藍(lán)移(d).納米粒子的發(fā)光(4).表面活性及敏感特性Au納米團(tuán)簇的催化(CO+O2->CO2)(5).光催化性能納米半導(dǎo)體獨(dú)特性能nano-

5、TiO2:17.2原子團(tuán)簇原子團(tuán)簇：幾個(gè)，幾十個(gè)，成千上萬(wàn)的原子的聚合體。0.1nm~10nm性質(zhì)既不同于單個(gè)原子、分子，也不同于固體或液體王廣厚<<團(tuán)簇物理的新進(jìn)展>><<物理學(xué)進(jìn)展>>1994年6月，1998年3月1.團(tuán)簇研究的基本問(wèn)題：弄清團(tuán)簇如何由原子、分子一步一步發(fā)展而成，以及隨著這種發(fā)展，團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)如何變化。2.團(tuán)簇的產(chǎn)生與檢測(cè)物理制備法和化學(xué)合成法真空、氣相和凝聚相合成(生成條件)物理方法：濺射、熱蒸法和激光蒸發(fā)等產(chǎn)生原子氣，通過(guò)絕熱氣體膨脹或惰性氣體冷凝得到中性團(tuán)簇，再用各種方法使之電離，包括：電子電離、光電離和離子反應(yīng)等。團(tuán)簇電離后可通過(guò)四極譜儀、靜電或磁譜

6、儀，以及飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(TOF)探測(cè)。3.團(tuán)簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和幻數(shù)原子中的電子狀態(tài)原子核中的核子狀態(tài)幻數(shù)特征（殼層結(jié)構(gòu))原子團(tuán)簇？YES團(tuán)簇的幻數(shù)序列與構(gòu)成團(tuán)簇的原子鍵合方式有關(guān)：金屬鍵：自由價(jià)電子共價(jià)鍵：Si,C離子鍵：金屬鹵化物范德瓦爾斯鍵：惰性元素團(tuán)簇結(jié)構(gòu)中的序:(a)位置序是經(jīng)典粒子的特征(b)動(dòng)量序則是德布羅依波的特征(1).惰性元素團(tuán)簇－Mackay二十面體位置序起主導(dǎo)作用（Ar,Kr,Xe…)(2).堿金屬鹵化物團(tuán)簇位置序起主導(dǎo)作用(LiF,NaCl,CuBr,CsI…)Graphite-Softandblackandthestable,common,formofcarb

7、on.-Verylightandresistant-Atomisatthecornersoffusedhexagoninparallellayers.Diamond-Hardandtransparentandtheunusualformofcarbon.-Strongthermalconductivity.-Atomisboundtofourothercarbonatomsinaregularrepetitivepattern.C60-Athirdallotropic