纳米化学复习提纲.docx

纳米化学复习提纲

一.纳米：尺寸或大小的度量单位

千米f米厘米毫米微米f纳米(IO® m)

二.原子团簇：是指几个至几百个原子的聚集体，其粒径小于或等于

1 nm

原子团簇既不同于具有特定形状的分了也不同于以弱结合力结合的松散的分子团簇。它的形状可是多种多样的，但它们尚未形成规整的晶体。所以又不像晶体那样具有很强的周期性。除惰性气体外，他们都可以看成是以化学键紧密结合在一起的聚集体。

三.纳米材料的广义划分：

0D■零维纳米材料：纳米颗粒，原了团簇

1D-—维纳米材料：纳米棒，纳米线，纳米带，纳米管等

2D■二维纳米材料：纳米片，纳米薄膜，超晶格

四.纳米结构的基本单元

团簇(clusters)

人造原子(artificial atoms)

纳米颗粒量子点(零维纳米材料,OD, QDs)

纳米管(NTs),纳米棒(NRs),纳米线(NWs)(一维纳米材料，1D)

纳米孑L洞(nanopores, mesoporous)

超结构纳米阵列(nanoarrays)

同轴纳米电缆(nanocables)

五.纳米微粒的基本特性：

1.电子能级的不连续性：当材料尺寸小到一定程度时，在纳米颗粒中原子个数是有限的，此时能级之间的间隔不容忽视，也就是说纳米材料的电子能级是不连续的.

2.量了尺寸效应：当粒了的尺寸下降到某个值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据分子轨道能级，能隙变宽现象。

3.小尺寸效应：当超细微粒的尺寸，与光波的波长，德布罗意波长以及超导态的相干波长和透射深度等物理尺寸相当或更小时，晶体物理周期性的边界条件被破坏，非晶态纳米颗粒的微粒表面层附近原子密度减小，导致声，光，电，磁，热，力学等性质呈现新的小尺寸效应.

4.表面效应：随着颗粒直径变小，表面能高，比表面积将会显著增大，表面原了所占的百分数将会显著地增加。

5.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。近年来人们发现一些宏观量，例如颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量亦具有隧道效应，于是称之为宏观隧道效应.

6.库仑堵塞与量子遂穿：当体系的尺度进入纳米级（一般金属粒子为儿个纳米，半导体为儿十个纳米），体系是电荷'量子化'的，即充电和

放电是量子化的，不连续的充入一个电子所需要的能量：

Ec = e2/2C

e为一个电子的电荷，C为小体系的电容，体系越小则电容越小，能量

Ec越大，这个能量我们就称之为库仑堵塞能。

通俗的讲，库仑堵塞能就是前后两个电子的库仑排斥能。正是这个原因，在小体系里面，充电时，电子不能集体传输，而是一个一个的单电子传输。这种单电子传输的行为就叫作库仑堵塞效应

两个量子点通过某个结点联系起来，一个量子点上的单个电子穿过能垒到达另外一个量子点的行为即量子隧穿。

7.介电限域效应：当纳米颗粒分散在异质介质中由于界面引起体系介电增强的现象，称之为介电限域，主要来源于微粒表面和内部局域场的增强.当介质的折射率和微粒的折射率相差很大时，就会产生折射率边界这就导致了微粒表而和内部场强比入射场强明显增加.

过渡族金属氧化物和半导体颗粒都可能产生介电限域效应.

六.费米能级：绝对零度时固体中电子占据的最高能级。对于导体，EF处于价带和导带的分界处；对于非导体，则处于禁带中央。

七.纳米颗粒的物理特性

1热学性能：纳米颗粒的熔点下降，纳米颗粒的开始烧结温度降低，

纳米颗粒的晶化温度降低

2磁学性能：I超磁顺性的起因是由于小尺寸下,当各向异性能减小到与热运动能可相比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。不同种类的纳米磁性微粒显现超顺磁性的临界尺寸是不一样的。

矫顽力纳米磁性微粒尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力He。

居里温度I当铁磁质的温度超过某一临界温度时,分子热运动加剧到

了使磁畴瓦解的程度，使铁磁性转变为顺磁性，这个临界温度称为居

里点。对于纳米微粒，由于小尺寸效应和表面效应而导致纳米粒子的

本征和内禀的磁性变化，因此具有较低的居里温度。

磁化率I纳米微粒的磁性与它所含的总电子数的奇偶性密切相关。电子数为奇数的粒子集合体的磁化率服从居里一外斯定律，% = C/(T-Tc),量子尺寸效应使X遵从屮规律。电子数为偶数的系统，J ^ksT,并遵从孑规律。

3.光学性能：宽频带强吸收，蓝移和红移现象，量了限域效应，纳米颗粒的发光，纳米颗粒分散体系的光学性质

4纳米颗粒分散液及动力学性质：布朗运动，扩散，沉降与沉降平衡5表面活性及敏感特性：随着纳米微粒粒径减小，比表面积增大，表面原子数增多及表面原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱和键等，这就使得纳米微粒具有高的表面活性。

由于大的比表面积、高的表面活性及表面活性能与气氛性气体相互作

用强等原因，使得纳米颗粒对周围环境十分敏感，如光、温、气氛、

湿度等，因此可用作各种传感器。

6光催化性能：光催化是纳米半导体独特性能之一。这种纳米材料在

光的照射下，通过把光能转化成化学能，促进有机物的合成或使有机

物降解的过程称做为光催化。

7超塑性

八.纳米颗粒的化学特性一般从三个方面来研究

1.吸附2纳米颗粒的分散与团聚3流变学

九.纳米颗粒分散常用的方法有：超声振荡，加入反絮凝剂形成双电层，加表面活性剂包裹微粒。

「・纳米颗粒的尺寸、形貌、结构的表征方法

1.纳米颗粒尺寸的评估方法

•透射电镜观察法

•X ■射线衍射线宽法(谢乐公式)

•比表面积法

•X-射线小角散射法(SAXS)

•拉曼散射法

2.形貌、结构的表征

色X射线衍射(XRD)

•电子衍射(ED)

•透射电了显微镜(TEM)

•高分辨TEM(HRTEM)

•扫描电子显微镜(SEM)

•原子力显微镜(AFM)

•扫描隧道显微镜(STM)