团簇与纳米分子设计原理
纳米粒子团簇
纳米粒子团簇是由数个至数百个原子、分子凝聚在一起形成的纳米尺度的超微粒子。
这种团簇的物理和化学性质随所含的原子数目而变化，其空间尺度在几埃至几百埃的范围内，介于原子、分子与大块材料之间，是一种介观物质。
纳米粒子团簇具有许多独特的性质，例如磁性、吸附和排斥作用等。
在液体介质中，纳米颗粒的团聚可分为软团聚和硬团聚两种。
软团聚主要是由颗粒间的静电力和范德华力所致，可以通过一些化学作用或施加机械能的方式来消除；硬团聚形成的原因除了静电力和范德华力之外，还存在化学键作用，因此不易破坏，需要采取一些特殊的方法进行控制。
纳米粒子团簇具有广泛的应用前景。
例如，在量子器件、能量贮存、催化反应、新型材料、生物医学检测和宇航工业等领域都有深入研究和应用。
此外，对纳米材料个体的研究可以揭示其物理和化学性质，是纳米材料学基础研究的重要方面。
而对纳米颗粒群体的研究则可以探索组装纳米材料及其器件，使分子团簇、原子簇的特异性、微观性在宏观上得以表达，使无序的状态变成有序状态，使简单的组装研究向自组装方向发展。
以上内容仅供参考，建议查阅关于“纳米粒子团簇”的学术文献或咨询相关专家以获取更准确的信息。
第十一章 团簇及纳米材料
在科学研究中，发现材料的 一些结构, 其物理化学性质既不同于单个原子、分子，又 不同于常规固体，成为凝聚态物质中的一种新 结构。
团簇
团簇：由三个以上原子、分子结合成相对稳定 的微观和亚微观聚集体。如P4、As4四面体以及S6、S8 等。最著名的当属足球烯，即C60。
团簇在一个、两个或三个方向上延伸，便成为
l=1、2…p P
(10× l +2)
2
Mackay二十面体具有5次对称轴。
2、金属：电子对团簇稳定起主导作用，金属团簇的价电子
为共有电子，碱金属团簇中的s电子为团簇共有，各原子轨道 结合成分子轨道，随原子数增加分子轨道演变成能带。
相邻团簇的能量二级差分峰值出现在n=2、8、18、20、34、 40等。
四、碳纳米管和布基葱
碳纳米管又 叫做布基管； 各层之间的 间隔为石墨的 层间距； 通过在大 气中加热从外 向内逐层剥离 碳纳米管。
碳管结构与性能
碳管的直径、长度、螺旋度等直接影响到碳管的性能，可以是不
同禁带宽度的半导体，也可以是准一维导体。单一的碳纳米管可 做成电子器件。 碳纳米管的杨氏模量高达3.7×1012Pa，韧性高，密度低(约2.2g／ cm2)，弹性模量比碳纤维高5个数量级，可制备高强度轻质材料。
电子满壳层结构时，其幻数为2、8、18、20、34、40、 58、68、70、92、106等。
碱金属、碱土金属团簇的封闭壳层的原子数即为幻数
二、团簇的的性质 团簇的结构、性能与团簇的大小有非常 密切的关系。使它具有不同于常规同类材料的 物理和化学性质。
如 常规Fe、Co、Ni等材料是铁磁性材料， 它们的团簇却是超顺磁性的； 常规顺磁性的Na、K的团簇却是铁磁性 的。
金属纳米团簇生长机理
金属纳米团簇生长机理一、形核过程金属纳米团簇的形核过程是指在一定的温度和压力条件下，金属原子或分子聚集成微小的晶体结构的过程。
形核过程的关键因素包括温度、压力、金属原子或分子的浓度、反应时间等。
在形核过程中，金属原子或分子通过聚集、碰撞、重组等方式形成微小的晶体结构，这些晶体结构即为核心，是形成金属纳米团簇的起始点。
二、表面扩散表面扩散是指金属原子或分子在固体表面上的迁移运动。
在金属纳米团簇生长过程中，表面扩散起到了非常重要的作用。
当金属原子或分子在固体表面聚集形成核心后，表面扩散会促使这些原子或分子在固体表面进行重新排列，形成更加稳定的结构。
表面扩散的速率和方向取决于温度、压力、表面能等因素。
三、反应动力学反应动力学是研究化学反应速率和反应机制的学科。
在金属纳米团簇生长过程中，反应动力学对团簇的大小和形状具有重要的影响。
不同反应条件下，金属原子或分子的聚合速率、反应速率等会有所不同，导致形成的金属纳米团簇的尺寸和形状也不同。
因此，通过控制反应条件，可以调控金属纳米团簇的生长过程。
四、热力学条件热力学条件是指温度、压力等物理条件对金属纳米团簇生长的影响。
在高温、高压条件下，金属原子或分子的活动能力增强，更容易发生聚合反应，促进团簇的生长。
相反，在低温、低压条件下，金属原子或分子的活动能力减弱，聚合反应减缓，不利于团簇的生长。
因此，热力学条件是调控金属纳米团簇生长的重要手段之一。
五、粒子相互作用粒子相互作用是指金属原子或分子之间的相互作用。
在金属纳米团簇生长过程中，粒子相互作用对团簇的形貌和结构具有重要影响。
粒子相互作用包括静电相互作用、范德瓦耳斯力、共价键合等作用力。
通过调整粒子之间的相互作用力，可以控制金属纳米团簇的形貌和结构。
例如，改变溶液的pH值可以改变金属离子之间的静电相互作用，从而影响团簇的形貌和大小。
六、溶剂效应溶剂效应是指在溶液中生长金属纳米团簇时，溶剂对团簇生长的影响。
不同的溶剂对金属纳米团簇的生长具有不同的影响。
纳米ir团簇
纳米ir团簇
摘要：
一、纳米ir团簇的概述
二、纳米ir团簇的制备方法
三、纳米ir团簇的性能与应用
四、纳米ir团簇的发展前景
正文：
纳米ir团簇作为一种新兴的纳米材料，正逐渐引起科研界的关注。
纳米ir 团簇是由若干个原子组成的微观粒子，其尺寸在1到100纳米之间。
由于其独特的物理和化学性质，纳米ir团簇在许多领域都有广泛的应用前景。
纳米ir团簇的制备方法有多种，包括物理法、化学法和生物法等。
物理法主要是通过蒸发、溅射等手段制备；化学法则是通过化学反应生成纳米ir团簇；生物法则是利用生物分子作为模板，合成纳米ir团簇。
纳米ir团簇具有出色的性能，如高催化活性、高磁性、高光学性能等。
这些性能使其在许多领域得以应用，如催化、磁性材料、光电器件等。
此外，纳米ir团簇还具有较高的生物相容性，因此在生物医学领域也有广泛的应用，如药物传递、肿瘤治疗等。
展望未来，纳米ir团簇的发展前景十分广阔。
随着科研技术的不断进步，纳米ir团簇的制备方法和性能研究将更加成熟，进而推动其在各个领域的应用。
同时，纳米ir团簇在产业化进程中也面临一定的挑战，如规模制备、成本降低等。
但相信在不久的将来，纳米ir团簇将为我们带来更多的惊喜和便利。
总之，纳米ir团簇作为一种具有巨大潜力的纳米材料，其独特的性能和广泛的应用前景使其在科研和产业界备受关注。
团簇-团簇异质结
团簇-团簇异质结全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：团簇-团簇异质结是一种新型的纳米材料结构，由两种或多种不同类型的团簇组成。
团簇是由若干个原子或分子组成的超原子结构，在纳米尺度上具有特殊的性质和结构。
团簇-团簇异质结则是将不同种类的团簇结合在一起形成的一种复合结构，具有独特的物理和化学性质，被广泛应用于纳米科技领域。
团簇-团簇异质结的制备方法多样，包括传统的沉积、成核和生长方法，还有现代的原子层沉积和分子束外延等技术。
这些方法可以通过调控反应条件和参数来实现不同类型团簇的组合，从而获得不同性质的异质结。
通过精密的控制和设计，可以在团簇-团簇异质结中引入不同类型的团簇，实现有序排列或复杂结构的组合，从而控制其性质和应用。
团簇-团簇异质结具有许多优异的性能和应用前景。
由于不同种类团簇的组合，异质结的性质往往比单一团簇更加丰富和多样化。
团簇-团簇异质结在电子输运、光学响应、磁性和催化等方面表现出优越的性能，具有潜在的应用前景。
在光电子器件中，团簇-团簇异质结的光吸收和电子传输性质可以被设计用来提高器件的效率和性能。
在催化领域，不同类型团簇的协同作用可以提高催化剂的活性和选择性，有望应用于能源转化和环境治理。
团簇-团簇异质结还具有独特的应变和形变行为。
由于异质结中的不同类型团簇具有不同的晶格参数和缺陷性质，可以通过应力调控或形变实现新的物理性质。
团簇-团簇异质结在材料的应变响应和形变耦合方面具有潜在的应用前景，例如在应变传感器、柔性器件和形变记忆材料等领域。
在实际制备和应用中，团簇-团簇异质结仍面临一些挑战和难点。
异质结的制备需要精密控制和细致设计，难度较大。
异质结的稳定性和长期性能的问题也需要加以解决。
不同类型团簇的相互作用和界面效应等问题也需要深入研究。
随着纳米材料科学和技术的不断发展，团簇-团簇异质结将成为一个重要的研究领域，为未来纳米器件和纳米材料的开发提供新的思路和方法。
第二篇示例：团簇-团簇异质结是一种新型的纳米材料，具有独特的结构和性质，被广泛应用于能源存储、传感器、光电器件等领域。
团簇科学的基本概念及其在纳米材料合成中的应用
团簇科学的基本概念及其在纳米材料合成中的应用在当今科技领域中，纳米材料合成成为了研究的热点之一。
作为纳米材料合成的重要手段之一，团簇科学因其独特的优势而备受关注。
本文将介绍团簇科学的基本概念，并讨论其在纳米材料合成中的应用。
一、团簇科学的基本概念团簇科学是研究原子或分子聚集体的科学，旨在深入理解团簇的物理、化学及材料特性。
团簇指的是由几个至数千个原子或分子组成的超分子结构。
相对于宏观材料，团簇具有尺寸小、化学反应活性高以及性能可调控等特点。
团簇科学的研究内容主要包括：团簇的合成、团簇的结构和性质以及团簇在材料科学中的应用。
其中，团簇的合成是团簇科学的核心内容，也是团簇在纳米材料合成中的关键环节。
二、团簇科学在纳米材料合成中的应用2.1 团簇在纳米材料结构控制中的应用团簇作为构筑纳米材料的基本单位，其结构对纳米材料的性质具有重要影响。
通过调节团簇的组成、形状和尺寸等因素，可以实现对纳米材料结构的精确控制。
例如，在金属纳米材料的合成过程中，通过控制金属团簇的成核和生长过程，可以精确调控金属纳米颗粒的尺寸和形态。
此外，利用不同的官能团或配体对金属团簇进行修饰，可以实现对纳米材料表面的改性，进而调控其物理和化学性质。
2.2 团簇在纳米催化剂合成中的应用团簇催化是纳米催化剂合成的重要手段之一。
通过合理设计和制备特定组成和结构的团簇，可以获得高效、高选择性的催化剂。
例如，在催化剂合成过程中，通过合成相对稳定的合金团簇，可以实现催化剂的尺寸和组分的精确控制。
此外，团簇催化还可以在原子层尺度上调控催化剂表面和表面原子的状态，从而提高催化活性和选择性。
2.3 团簇在纳米材料性能调控中的应用团簇作为纳米材料的基本构建单元，可以通过调控其组分、形貌和尺寸等参数，实现对纳米材料性能的调控。
例如，通过合成金属团簇，可以调控其电子结构和表面等能级，从而调控纳米材料的光学、电学性能。
此外，通过将有机分子或配体引入到纳米材料团簇中，可以实现对纳米材料的组装和修饰，从而调控其磁学、热学性能。
第五章 团簇及纳米材料
• 2 布基葱 布基葱的结构类似于洋葱，由多层同心的碳笼子组成， 中心是一个C60，各层间距为0.334nm，与石墨的层间 距非常接近。实验上可得到～70层的碳球，直径约为 47nm。 实验发现，布基葱可能是星际尘埃的主要成分。
2.气相合成法
（1）蒸发和气体冷凝法
将物质元素或化合物放在低压的惰性气体腔室的蒸发皿 中，高温加热至气化，与惰性原子或分子碰撞，迅速冷却， 形成原子团簇。
气体冷凝法形成 团簇示意图
(2) 激光蒸发和激光热解 利用光学聚焦系统把激光聚焦到很小的区域，使焦 耳级的能量作用到固体靶表面，靶表面微区温度极高 （可达上万度），发生离子发射或中性粒子蒸发，再用 惰性气体冷却，聚集成团簇。获得难熔物质的团簇。
1 绝大多数原子团簇的结构不确定 形状可以有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等，当 团簇尺寸很小时，增加原子，会发生结构上的变化，即重构。当 团簇尺寸达到某个临界值时，增加原子，结构不再发生重构。
原子数 形状
2 少数团簇存在稳定结构
团簇是由原子数逐步增加而发展起来的，但也存在幻数（频 率出现特别高的原子数目叫做幻数，结构稳定），不同物质 具有不同的幻数值和结构。 惰性元素：Xe团簇，n=7, 13, 19, 55
在半导体的范围。因此C60是继Si、GaAs、GaN之后的又一
新型半导体材料。 C60掺K、Rb(铷)、Cs后变为半导体 A3C60。掺入一定量的碱 金属，形成K3C60或Rb3C60等，K或Rb占据八面体和四面体 间隙，成为三维超导体。K3C60和Rb3C60的超导转变温度分 别为18K和30K，
5.1.3 原子团簇的制备方法 人工产生团簇的基本方法：
真空合成法 气相合成法 凝聚相合成法
团簇化学的前沿研究
团簇化学的前沿研究随着科技的进步，越来越多的新物质被发现并应用到生产和生活当中。
而这些新物质多数都是由原子和分子构成的，因此对微观粒子的探究就成为了科学工作者们的首要任务。
团簇化学是过去几十年来发展起来的一种新兴领域，它是指研究由几个分子组成的小集团的结构和性质。
在本文中，我们将介绍一些团簇化学的前沿研究。
首先，让我们来了解一下什么是团簇。
团簇是一种由几十个或几千个分子构成的小集团，它们的结构通常展现出对称性和层次性。
不同于单个分子，团簇的物理和化学性质会因其所包含的分子数量的变化而产生不同程度的改变。
团簇化学的一大研究领域便是纳米颗粒。
由于纳米颗粒的尺寸与光子波长相当，因此它们可以通过表面等离子体共振（SPR）吸收和散射光线。
这个属性被广泛应用于新型药物传输系统的制备、物质表面增强拉曼光谱的应用以及纳米器件的设计等领域。
此外，纳米颗粒还可以被制成多种形状和结构，例如球形、棒状、核壳结构和多孔结构等。
这为研究人员探究不同形态纳米颗粒的电学性质和化学性质提供了多种手段。
另一个团簇化学的前沿研究是聚集态化学。
聚集态化学是指研究分子在聚积时表现出的物理和化学性质的一门学科。
通过对分子间的相互作用力进行研究，聚集态化学家们可以制备出各种新型材料，并且可以对这些材料做出定量的预测。
所以，聚集态化学不仅仅是一种简单的物理现象，而且是一种被广泛应用的技术。
此外，还有一项新颖的团簇化学研究成果是DNA团簇。
DNA团簇指的是由数十至数百个DNA单链构成的前体分子簇，它们具有大量的分子间作用力和大的表面积，从而在许多方面表现出非常不同的结构和性质。
在当前的DNA导向自组装技术中，DNA团簇为科学家提供了一种使DNA纳米结构失控的“流体”模式。
研究人员可以利用这种复杂的形态来制备多种纳米材料、纳米器件和纳米杂交体系，从而广泛应用于成像、医疗、光电和信息技术等领域中。
团簇化学的研究不仅帮助我们更好地了解分子之间的相互作用力，而且为我们提供了制备新型材料、新型器件和特殊反应平台等应用。
纳米材料与团簇物理
《纳米材料与团簇物理》课程报告题目纳米团簇研究进展及其应用魏智强指导教师祝杰名姓908 级班级班082070205016 号学纳米团簇研究进展及其应用团簇和纳米体系是20世纪末发展起来的崭新领域，它所研究的对象是既不同于原子、分子，又不同于宏观物体的中间体系，现在普遍认为直径在1～100nm尺寸的颗粒属纳米粒子的范畴。
这段尺寸的粒子的物理和化学性质与大于100nm 以上的粒子有着明显的区别，但对其性质远没有深入研究。
迄今人工合成的最新枝状化合物的最大尺寸还只能达到10nm，而光刻的最小尺寸也只能接近100nm( Intel公司PentiumIII微处理器使用的光刻技术达到180nm)，胶体粒子和纳米团簇的尺寸大体位于这一间隙。
因此纳米团簇的发现正为填补这段间隙的研究架起了桥梁。
虽然早在1857年Faraday就对纳米级的金属胶体的制备和性质有所研究，但真正有目的地研究纳米材料却还是在20世纪60年代，到20世纪80 年代这方面的研究进程才明显加快。
这是人们过去从未进行研究的新领域，是人们认识物质世界的新层次。
它的丰富物理内涵，对物理提出了新的挑战，也是当前物理与其它学科交叉最富有活力的热点领域。
团簇和纳米体系是研究介观尺寸范围内出现的物理现象和物理效应。
纳米体系物理主要是探索尺寸限域引起的量子尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而导致纳米体系具有与常规宏观体系和微观体系不同的新的物理现象和效应。
由于纳米材料尺寸小，与电子的德布洛意波长、超导相干波长及激子玻尔半径相比拟，电子局限在一个体积十分小的纳米空间，电子输运受到限制，电子平均自由程很短，电子的局域性和相干性增强。
尺度下降使纳米体系包含的原子数大大降低，宏观固体的准连续能带消失了，表现了分立的能级，量子尺寸效应十分显著，这使得纳米体系的光、热、电、磁等物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性。
例如纳米材料的熔点显著降低。
一般来讲，纳米结构材料与其对应的正常态材料相比，密度降低，强度和硬度提高，塑韧性改善，扩散能力提高，热膨胀系数增加，导热性减小，弹性模量降低。
《团簇和纳米材料分子设计原理-郑庆荣》1
上一节课回顾
理论凝聚态、实验凝聚态、计算凝 聚态的关系？
结构与物性？还原论与突现论？ 如何学习该课程（活学活用）？ 不要迷信权威，正确使用网络。
课外习题：活学活用第一步
1. 你感兴趣的程序或你将来 课题组涉及的程序
2. Linux系统的熟悉 3. 逐步关心一个研究方向
为什么不用MS Windows而要 使用Linux系统？
• Linux下也有游戏软件(少)
系统适用性
• MS(microsoft)：一般上网浏 览，简单字处理，游戏，容易 上手，适合普通用户，常称为 桌面系统【不用专门学习MS系 统】
• Unix/Linux： (Workstation)： 计算，数据处理，复杂字处 理，复杂图形处理，初学困 难，适合专业人员，常称为工 作站【需要学习】
系统的历史
• Windows的前身是DOS系统，没有图形界 面。是从Linux学习的。Windows 系统把 DOS作为一个程序运行(cmd)。
• Linux系统大部分工作需要命令行运行，但 开始就有图形界面xwindows，但仅作为一 个程序运行。
‘自windows发布以来， 它总是在你最需要它的时候出问题’
• 对双启动的机器，采用同一个程序，在MS 下用VisualFortran编译后的运行时间是同 一个程序在Linux下Fortran编译后的运行时 间的数倍以上。除编译器本身外，与操作 系统设计，与MS过多占用系统资源有关。
第二章-2-2零维纳米材料（团簇、[兼容模式]
![第二章-2-2零维纳米材料（团簇、[兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/27c267d66137ee06eff918d8.png)
Nie Shuming-Emory Uni.
17
2012/10/17
如何提高发光的量子产率？
Organically, Surface passivation by oxygen, ligands, and other molecules in the environment; the static passivation of surface defects by polymers and polar molecules. Photo activation. Photo activated rearrangements of ligand molecules stabilize the surface states and increase the probability of trapped charge carriers thermalizing into emissive states!
O.M. Yaghi
7
2012/10/17
MOF-200
以Zn4O(CO2)6 作为基本结构 单元，以 4,4’,4”[benzene1,3,5-triyltris(ethyne2,1diyl)]tribenzo ate (BTE)等有 机分子为连接 分子。
量子点（Quantum Dots）
定义：量子点是由少量原子组成， 能把导带电子、价带空穴及激子 在三个空间方向上束缚住而导致 量子限域效应的准零维半导体纳 米结构。量子点，电子运动在三 维空间都受到了限制，因此有时 被称为“人造原子” 。
H.J. Freund, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2011.
6
2012/10/17
Fluorescent Gold Nanoclusters-Cellular Imaging
团簇 修饰 纳米颗粒 电催化
团簇修饰纳米颗粒电催化随着能源危机的日益严重，新能源的发展成为全球协调发展的重要议题。
在这个过程中，电催化技术作为一种高效、清洁的能源转化方式备受关注。
而团簇修饰纳米颗粒电催化技术作为电化学领域的一项重要研究内容，具有着极其重要的研究价值和应用前景。
本文将深入探讨团簇修饰纳米颗粒电催化技术在能源转化中的应用和研究进展。
一、团簇修饰纳米颗粒概述1.1 团簇修饰纳米颗粒的定义团簇是由一定数量的原子、分子或离子相互结合而成的超分子结构，其尺寸一般在纳米尺度范围内。
而团簇修饰纳米颗粒即是通过在纳米颗粒表面修饰一定数量的团簇，来提高其在电催化领域的活性和稳定性。
1.2 团簇修饰纳米颗粒电催化的意义团簇修饰纳米颗粒在电催化中的应用对于提高催化剂的活性、稳定性以及选择性等方面具有重要作用。
团簇修饰还可以调控催化剂的表面结构和电子状态，从而提高催化剂的性能。
二、团簇修饰纳米颗粒电催化技术在能源转化中的应用2.1 氢能源领域团簇修饰纳米颗粒催化剂在氢能源领域有着广泛的应用。
以团簇修饰纳米合金催化剂为例，研究者通过在纳米合金表面修饰团簇，可以显著提高其氢析出和氧还原活性，从而提高燃料电池的性能。
2.2 二氧化碳还原领域团簇修饰纳米颗粒电催化技术在二氧化碳还原领域也有着重要的应用。
通过团簇修饰，可以调控催化剂的表面活性位，提高其在二氧化碳还原到烃类化合物的选择性和效率，为二氧化碳资源化利用提供了新的途径。
2.3 氧还原领域团簇修饰纳米颗粒电催化技术在氧还原领域同样具有广泛的应用。
通过团簇修饰，可以有效提高催化剂的氧还原活性，降低其在反应过程中的活化能，从而提高燃料电池的效率和稳定性。
三、团簇修饰纳米颗粒电催化技术的研究进展3.1 团簇修饰纳米合金催化剂目前，团簇修饰纳米合金催化剂是该领域的研究热点之一。
研究者通过控制团簇的组成和尺寸，以及与纳米合金表面的相互作用，实现了催化剂表面原子的原子间相互作用，从而显著提高了催化剂的活性和稳定性。
纳米材料与纳米团簇
随着技术的不断进步和应用需求的增加，纳米材料和纳米团簇有望 在能源、环境、医疗等领域发挥重要作用。
产业化和商业化
随着研究的深入和技术的发展，纳米材料和纳米团簇的产业化和商业 化进程将加速，有望成为未来重要的经济增长点。
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医学应用
药物传递
纳米团簇可以用于药物传递，将药物直接输送到病变部位，提高 药物的疗效和降低副作用。
医学成像
纳米材料可以提高医学成像的分辨率和灵敏度，如MRI、CT等。
生物检测
纳米材料可以用于检测生物分子和细胞，如免疫检测、基因测序 等。
环境应用
环保材料
纳米材料可以用于制造环保材料，如水处理剂、 空气净化剂等。
稳定性问题
纳米材料可能存在稳定性 问题，如氧化或聚集，这 会影响其应用。
生物性质
生物相容性
01
一些纳米材料可以被设计为生物相容的，用于药物输送、组织
工程或生物成像。
生物降解性
02
一些纳米材料可以在体内自然降解，从而减少长期毒性问题。
细胞和组织相互作用
03
纳米材料可以与细胞和组织发生相互作用，影响其生长、分化
02 纳米团簇简介
定义与特性
定义
纳米团簇是由几个至数千个原子 、分子或离子通过物理或化学键 结合形成的稳定纳米尺寸的聚集 体。
特性
具有尺寸依赖性、表面效应、量 子效应和宏观量子隧道效应等特 性。
ห้องสมุดไป่ตู้
分类与应用
分类
根据组成和结构，纳米团簇可分为金属团簇、半导体团簇、分子团簇等。
应用
在催化、能源、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
纳米粒子的团聚形成机理及分散方法
纳米粒子的团聚形成机理及分散方法纳米粒子的团聚形成机理及分散方法1 团聚分类所谓纳米粉体的团聚是指原生的纳米粉体颗粒在制备、分离、处理及存放过程中相互连接、由多个颗粒形成较大的颗粒团簇的现象。
由于团聚颗粒粒度小，表面原子比例大，比表面积大，表面能大，处于能量不稳定状态，因而细微的颗粒都趋向于聚集在一起，很容易团聚，形成团聚状的二次颗粒，乃至三次颗粒，使粒子粒径变大。
纳米颗粒的团聚一般分为两种：软团聚和硬团聚。
对于软团聚机理，人们的看法比较一致，即软团聚是由纳米粉体表面分子或原子之间的范德华力和静电引力所致，由于作用力较弱，可以通过一些化学作用或施加机械能的方式来消除。
对于硬团聚，不同化学组成不同制备方法有不同的团聚机理，无法用统一的理论来解释。
因此需要采取一些特殊的方法来对其进行控制。
2 纳米颗粒团聚的形成机理颗粒细化到纳米级后，其表面积累了大量的正、负电荷，纳米颗粒的形状极不规则，这样造成了电荷的聚集。
纳米颗粒具有很高的化学活性，表现出强烈的表面效应，很容易发生聚集而达到稳定状态，从而团聚发生。
2.1 纳米颗粒在液体介质中的团聚机理液体介质中超细颗粒团聚的主要原因是吸附和排斥共同作用的结果。
如果吸附作用大于排斥作用，颗粒团聚；反之，颗粒则分散。
2.2 干燥过程中团聚颗粒团聚的机理干燥过程可看作固液分离过程，目前有代表性的理论有：晶桥理论，毛细管力吸附理论，氢键作用理论和化学键作用理论。
实际上，单一的理论很难解释团聚形成的机理，必须综合目前的理论，具体实验具体分析。
在制各超细氧化铝的实验中已经表明：粉体的一次颗粒团聚成二次颗形成硬团聚的机理在于：在制备粉体的过程中，湿凝胶的脱水干燥，煅烧过程是引起粉体中硬团聚形成的主要原因。
胶体进入干燥阶段，不同的干燥方法也会产生不同的团聚效果。
纳米颗粒的团聚与分散取决于其形态和表面结构等，而纳米颗粒的形态和表面结构又与其内部结构、杂质、表面吸附和化学反应、制备工艺、环境状态等诸多因素有关，因而导致了纳米粉体团聚与分散机制的复杂性和多样性。
团簇动力学
团簇动力学团簇动力学是研究团簇的形成、生长和转化过程的一门学科。
团簇是由几个原子或分子组成的超分子结构，其尺寸通常在纳米尺度范围内。
团簇动力学的研究对于理解纳米材料的合成、性质和应用具有重要意义。
团簇动力学主要涉及到团簇的形成、生长和转化过程。
团簇的形成通常是通过原子或分子的凝聚而形成的，如热蒸发法、溅射法、化学气相沉积法等。
在形成过程中，原子或分子之间会发生相互吸附和结合的过程，形成具有一定结构和形态的团簇。
团簇的生长是指在形成后，团簇内部的原子或分子逐渐增加的过程。
团簇的生长过程受到原子或分子之间的相互作用力、表面扩散等因素的影响。
团簇的生长方式可以是层状生长、壳层生长或核心-壳结构生长等。
团簇的转化是指团簇在一定条件下发生结构、形态或成分上的变化。
团簇的转化通常是受到外部环境的影响，如温度、压力、气体环境等。
团簇动力学的研究对于理解纳米材料的合成过程具有重要意义。
通过研究团簇的形成机制和生长过程，可以探索纳米材料的合成方法和条件。
例如，通过控制团簇的生长速率和形态，可以合成具有特定结构和形貌的纳米材料，从而调控其物理和化学性质。
团簇动力学的研究还可以揭示纳米材料的生长机制和生长动力学规律，为纳米材料合成的优化和控制提供理论指导。
团簇动力学在纳米材料的性质研究中也起着重要作用。
纳米材料由于其尺寸和表面效应的特殊性质，具有与宏观材料不同的物理、化学和生物学特性。
通过研究团簇的结构和成分对纳米材料的性质进行调控。
例如，通过调节团簇的尺寸和形态，可以改变纳米材料的光学、电学、磁学等性质。
团簇动力学的研究还可以揭示纳米材料的相变和相互作用机制，为纳米材料的性质调控和应用提供理论基础。
团簇动力学在纳米材料的应用中也具有重要意义。
纳米材料由于其特殊的性质，已经在能源、环境、生物医药、信息技术等领域展示出广阔的应用前景。
通过研究团簇的转化过程，可以开发出具有特定功能和性能的纳米材料。
例如，通过团簇的转化可以实现纳米材料的形貌和组分控制，从而制备出具有高效催化、传感和吸附性能的纳米材料。
nife ldh纳米团簇的原理
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7.340007.50000 7.500007.66000 7.50000 7.50000 -1227.559248161ev 0.32A
7.350007.50000 7.500007.65000 7.50000 7.50000 -1092.037980645ev 0.30A
7.300007.50000 7.500007.70000 7.50000 7.50000 -1616.224058313ev 0.40A
7.310007.50000 7.500007.69000 7.50000 7.50000 -1532.756315444ev 0.38A
7.320007.50000 7.500007.68000 7.50000 7.50000 -1445.109748138ev 0.36A
2.750007.50000 7.500003.25000 7.50000 7.50000 -1869.953483370ev 0.50A 6x6x6
2.250007.50000 7.500002.75000 7.50000 7.50000 -1870.139596617ev 0.50A 5x5x5
5.750007.50000 7.500006.25000 7.50000 7.50000 -1870.546026708ev 0.50A 12x12x12
5.250007.50000 7.500005.75000 7.50000 7.50000 -1870.045126524ev 0.50A 11x11x11
7.000007.50000 7.500008.00000 7.50000 7.50000 -2165.353862615ev 1A
7.050007.50000 7.500007.95000 7.50000 7.50000 -2147.351488799ev 0.9A
7.075007.50000 7.500007.92500 7.50000 7.50000 -2135.274642856ev 0.85A
7.170007.50000 7.500007.83000 7.50000 7.50000 -2055.563153069ev 0.66A
7.200007.50000 7.500007.80000 7.50000 7.50000 -2011.819863487ev 0.60A
7.220007.50000 7.500007.78000 7.50000 7.50000 -1962.466183852ev 0.56A
（2）计算中关联能、动能截断、K抽样、容忍误差、赝势等参数设置如下图所示：
三、超胞建立过程
(1)首先，建立一个简单立方的晶格结构；
(2)添加碳原子和镓原子；
(3)建立一个三维的超胞；
(4)超胞的边长设为15A
四、实验数据
(1)双原子总能量随距离的变化
下面是计算的31组数据值：
C原子Ga原子总能量 原子间距离
将上述数据用Origin作图，得到：
分析：从C-Ga双原子能量随原子间距离的曲线可以看出，在两原子距离从大到小变化的时候，没有能量的极小值，即C、Ga两原子不能形成化学键，不能形成稳定的结构。查资料知碳原子半径0.91A，镓原子1.81A。两原子间的距离大于2.72A时，两原子分开，波函数没有交叠，没有相互作用力，双原子的总能量为单原子能量的相加和。当两原子间的距离减少时，原子间的波函数开始有交叠，系统的总能量上升，但是从上图中可以看出双原子间距离在1.5A到2.7A时，系统的总能量几乎没有变化，说明原子间的波函数重叠的较少，相互作用力小。但距离减少到0.75A时，波函数的交叠使总能量开始迅速上升。
C原子坐标Ga原子坐标 总能量原子间距离K抽样大小
7.250007.50000 7.500007.75000 7.50000 7.50000 -1870.222727187ev 0.50A 1x1x1
7.250007.50000 7.500007.75000 7.50000 7.50000 -1870.065230299ev 0.50A 2x2x2
(6)动能截断大小对双原子总能量的影响
实际计算中固定原子间距离0.5A，改变截断能量大小，从100ev计算到330ev。计算C-Ga双原子的总能量，下面是实验计算结果：
C原子坐标Ga原子坐标 总能量 原子间距离 K抽样大小
7.250007.50000 7.500007.75000 7.50000 7.50000 -1399.765281732ev 0.50A 100ev
7.250007.50000 7.500007.75000 7.50000 7.50000 -1870.039661608ev 0.50A 5x5x5
K抽样大小计算时间
1x1x185.57 s
2x2x2103.90 s
3x3x3394.14 s
4x4x4399.58 s
5x5x51099.95s
结果分析：从计算数据中可以看到，不同的K抽样大小对总能量有一定的影响，K抽样越大，相应的是在K空间中画的方格子越小，用平面波展开计算的密度时用的K值越多，计算量越大，计算结果越精确，当然计算花费的时间也越长，从数据中得知，5*5*5的K抽样的计算时间是1*1*1K抽样计算时间的10多！图中看出，随着K抽样取得越来越大，计算结果的相对变化逐渐减小。所以，从计算结果和计算效率综合考虑会存在一个合适的K抽样大小。
7.250007.50000 7.500007.75000 7.50000 7.50000 -1870.038257385ev 0.50A 3x3x3
7.250007.50000 7.500007.75000 7.50000 7.50000 -1870.055280565ev 0.50A 4x4x4
(2)双原子的能级结构
(3)双原子的电荷密度分布
(4)超胞大小对双原子总能量的影响
实际计算中固定原子间距离0.5A，改变超胞边长计算C-Ga双原子的总能量，下面是计算结果：
C原子坐标Ga原子坐标 总能量 原子间距离 超胞大小
8.250007.50000 7.500008.75000 7.50000 7.50000 -1870.768416893ev 0.50A 17x17x17
3.750007.50000 7.500004.25000 7.50000 7.50000 -1870.702515731ev 0.50A 8x8x8
3.250007.50000 7.500003.75000 7.50000 7.50000 -1870.123624536ev 0.50A 7x7x7
6.250007.50000 7.500006.75000 7.50000 7.50000 -1870.389043041ev 0.50A 13X13X13
6.750007.50000 7.500007.25000 7.50000 7.50000 -1870.595308503ev 0.50A 14x14x14
6.900007.50000 7.500008.10000 7.50000 7.50000 -2185.983176957ev 1.2A
6.950007.50000 7.500008.05000 7.50000 7.50000 -2177.665454266ev 1.1A
7.000007.50000 7.500008.00000 7.50000 7.50000 -2166.841864152ev 1A
5.00000 7.50000 7.50000 10.00000 7.50000 7.50000输出错误（可能是超出计算范围）
6.000007.50000 7.500009.00000 7.50000 7.50000 -2198.059709552ev 3A
6.500007.50000 7.500008.50000 7.50000 7.50000 -2199.325168875ev 2A
7.355007.50000 7.500007.65000 7.50000 7.50000 -1015.987699647ev 0.29A
7.360007.50000 7.500007.64000 7.50000 7.50000 -933.6274650560ev 00007.63000 7.50000 7.50000 -747.0934483398ev 0.26A
6.750007.50000 7.500008.25000 7.50000 7.50000 -2197.537062882ev 1.5A
6.800007.50000 7.500008.20000 7.50000 7.50000 -2194.379956376ev 1,4A
6.850007.50000 7.500008.15000 7.50000 7.50000 -2191.218919441ev 1.3A
7.270007.50000 7.500007.73000 7.50000 7.50000 -1785.632017251ev 0.46A
7.280007.50000 7.500007.72000 7.50000 7.50000 -1734.351551684ev 0.44A
7.290007.50000 7.500007.71000 7.50000 7.50000 -1675.891091359ev 0.42A
结果分析：从origin图像中可以看出，双原子的能量随超胞大小没有一个明显的变化规律，但总的能量差距大约在0.5ev。可能是因为在空间中只有碳、镓这两个原子，没有其他原子作用势。所以超胞的选大选小对计算结构没有规律性的影响，导致实验曲线来回震荡。
(5)K抽样大小对双原子总能量的影响
实际计算中固定原子间距离0.5A，改变K抽样大小计算C-Ga双原子的总能量，下面是实验计算结果：