《原子團簇》PPT課件

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1、第十七章原子團簇17.1納米體系(1).納米體系物理學(2).納米化學(3).納米材料學(4).納米生物學(5).納米電子學(6).納米加工學(7).納米力學1．納米結構單元零維：團簇、量子點、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、超晶格體系的某個或數(shù)個特征長度在nm量級2.納米結構的自技術(1).球磨和機械合金化工藝和技術(2).化學合成工藝和技術(3).等離子電弧合成技術(4).電火花制備技術(5).激光合成技術(6).生物學制備技術(7).磁控濺射技術(8).燃燒合成技術(9)噴霧合成技術……Bottom-up,Top-down

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

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

4、隨著顆粒尺寸減少而減小。原子間距小將會導致J的減小，因而Tc下降。5nmNi:點陣參數(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。電子數(shù)為奇數(shù)的磁化率服從：量子尺寸效應使磁化率遵從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).光學性質(a).寬頻帶強吸收(b).藍移和紅移現(xiàn)象量子限域效應：藍移表面效應：紅移(c).量子限域效應激子帶的吸收系數(shù)隨粒徑下降而增加，即出現(xiàn)激子增強吸收并藍移(d).納米粒子的發(fā)光(4).表面活性及敏感特性Au納米團簇的催化(CO+O2->CO2)(5).光催化性能納米半導體獨特性能nano-

5、TiO2:17.2原子團簇原子團簇：幾個，幾十個，成千上萬的原子的聚合體。0.1nm~10nm性質既不同于單個原子、分子，也不同于固體或液體王廣厚<<團簇物理的新進展>><<物理學進展>>1994年6月，1998年3月1.團簇研究的基本問題：弄清團簇如何由原子、分子一步一步發(fā)展而成，以及隨著這種發(fā)展，團簇的結構和性質如何變化。2.團簇的產(chǎn)生與檢測物理制備法和化學合成法真空、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，通過絕熱氣體膨脹或惰性氣體冷凝得到中性團簇，再用各種方法使之電離，包括：電子電離、光電離和離子反應等。團簇電離后可通過四極譜儀、靜電或磁譜

6、儀，以及飛行時間質譜儀(TOF)探測。3.團簇的穩(wěn)定結構和幻數(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（殼層結構)原子團簇？YES團簇的幻數(shù)序列與構成團簇的原子鍵合方式有關：金屬鍵：自由價電子共價鍵：Si,C離子鍵：金屬鹵化物范德瓦爾斯鍵：惰性元素團簇結構中的序:(a)位置序是經(jīng)典粒子的特征(b)動量序則是德布羅依波的特征(1).惰性元素團簇－Mackay二十面體位置序起主導作用（Ar,Kr,Xe…)(2).堿金屬鹵化物團簇位置序起主導作用(LiF,NaCl,CuBr,CsI…)Graphite-Softandblackandthestable,common,formofcarb

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