文档介绍：走进纳米世界
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纳米的概念
Contents
1
纳米材料的特殊性质
2
自然界中的纳米材料
3
纳米材料的表征技术及应用
4
纳米材料可能存在的危害
5
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纳米的概念
纳米(nm)实际上是一种长度单位,1纳米仅等于十亿分之一米,人的一根头发丝的直径相当于6万个纳米。纳米小得可爱,却威力无比,它可以对材料性质产生影响,并发生变化,使材料呈现出极强的活跃性。
纳米技术是指在1-100nm这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工的技术,包括纳米结构和纳米材料。
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料,这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。纳米尺度材料三维为纳米粒子,二维为纳米薄膜,一维为纳米线。
纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础按一定规律构筑或营造的一种新体系。它包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系等。
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纳米的概念
纳米是英文nanometre的音译.
纳米源自拉丁语“NANO”,意为“矮小”.
纳米是一种物理度量定位,是一长度单位.
1纳米(1nm)=10-9m=10Å
1纳米=1000皮米(etre)
1皮米=1000飞米(femtometre)
1飞米=1000阿米(attometre)
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纳米材料的特性:
表面效应
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宏观量子隧道效应
小尺寸效应
量子尺寸效应
表面效应
纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大,导致比表面积显著的增加,另外表面原子由于配位不足导致大量的不饱和键产生,而是表面原子具有很高的活性,使得材料表现出不一样的性质。如金属纳米粒子在空中会燃烧,无机纳米粒子会吸附气体等等。
小尺寸效应
小尺寸效应也称为体积效应,是指当纳米微粒尺寸与光波波长、传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时,它的周期性边界被破坏,从而使其声、光、电、磁,热力学等性能呈现出“新奇”的现象。如,铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电;绝缘的二氧化硅颗粒在20nm时却开始导电。又如,高分子材料加纳米材料制成的***比金钢石制品还要坚硬。
量子尺寸效应
当粒子的尺寸达到纳米量级时,费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时,会出现纳米材料的量子效应,从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。如,有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强,,水就会变得完全不透明。
费米能级
费米能级等于费米子系统在趋于绝对零度时的化学势;但是在半导体物理和电子学领域中,费米能级则经常被当做电子或空穴化学势的代名词。
费米子可以是电子、质子、中子(自旋为半整数的粒子)
对于金属,绝对零度下,电子占据的最高能级就是费米能级。
费米能级的物理意义是,该能级上的一个状态被电子占据的几率是1/2。
n型半导体费米能级靠近导带边,过高掺杂会进入导带。 p型半导体费米能级靠近价带边,过高掺杂会进入价带。
宏观量子隧道效应
微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应,它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化,这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。