納米材料之所以成為納米研究的熱潮,其根本原因在于納米材料有許多別的材料不具備的特性:如表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等。具體特征表現(xiàn)如下:
一、表面效應(yīng)
納米微粒由于尺寸小,表面積大,表面能高,位于表面的原子占相當(dāng)大的比例。這些表面原子牌嚴(yán)重的缺位狀態(tài),因此其活性*,極不穩(wěn)定,遇見其它原子時很快結(jié)合,使其穩(wěn)定化。這種活性就是表面效應(yīng)。
二、量子效應(yīng)
當(dāng)粒子尺寸降到某一值時,費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)能級變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象、納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的zui高占據(jù)分子軌道和zui低末被占據(jù)分子軌道能級,能級變寬的現(xiàn)象均稱為量子尺寸效應(yīng)。例如,半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)與顆粒的尺寸有密切的關(guān)系。隨著顆粒的減小,半導(dǎo)體的發(fā)光帶或者吸光帶可由長波長移向短波長,發(fā)光的顏色從紅光移向藍(lán)光,這就是半導(dǎo)體藍(lán)移現(xiàn)象。
三、小尺寸效應(yīng)
當(dāng)納米微粒尺寸與光波的波長、傳導(dǎo)電子的德布意波長及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或穿透深度等物理特征尺寸相當(dāng)時,晶體周期性的邊界條件將被破壞,聲、光、力、熱、電、磁、內(nèi)壓、化學(xué)活性等與普通粒子相比均有很大變化,這就是納米粒子的小尺寸效應(yīng)。
四、宏觀量子隧道效應(yīng)
微觀粒子具有貫穿勢壘能力的效應(yīng)稱為隧道效應(yīng)。電子即具有粒子性又具有波動性,因此存在隧道效應(yīng)。近年來,人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量,如微粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁道通量等也具有隧道效應(yīng),它們可以穿越宏觀體系的勢壘而產(chǎn)生變化,故稱之為宏觀量子隧道效應(yīng)。
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