纳米结构与低维性

二维（2D）
一维（1D）
零维（0D）
零维：团簇、人造原子、纳米微粒
一维：纳米线、纳米管、纳米棒、纳米纤维
二维：纳米带、超薄膜、多层膜
根据势垒限制发生在一维空间方向、二维空间方向、或者三 维空间方向，载流子的运动仅仅被允许分别在二维、一维或 者零维方向上进行，这三种纳米结构分别称为量子阱、量子 线和量子点。
当一个物理体系的尺寸达到纳米量级时，电容也会小到一定 程度，以至于该体系的充电 放电 充电和放电 充电 放电过程是不连续（即量子化） 的，电子不能连续地集体传输，而只能一个一个单电子地传 输，通常把这种在纳米体系中电子的单个输运的特性称为
库仑阻塞效应
根据量子力学的基本理论，当 微观粒子被高度和厚度均为有限 的势垒所限域时，即使该微观粒 子所具有的能量低于势垒高度， 微观粒子仍有一定的概率出现在 势垒限域区之外。就像是微观粒 子在势垒壁上打了个洞而跑出， 这种现象就称为微观粒子的隧穿
2：随粒径表面原子数 原子数的比
%
量子尺寸效应： 量子尺寸效应：是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米
能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的 现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时， 导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料 有显著的不同。
图3：不同维度材料的结构和态密度g ( E) 分布特征
纳米结构与低维性
杨珊珊
内容
1、纳米结构与低维性的概念 2、纳米结构与低维性的性质 3、文献的讲述
纳米结构与低维性
纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础,按一定规律构
筑或营造一种新的体系,它包括一维的、二维的、三维的体系。 这些物质单元包括纳米微粒、稳定的团簇或人造超原子、纳 米管、纳米棒、纳米丝以及纳米尺寸的孔洞等
效应
介电限域效应是纳米微粒分散在异介质中由于界面引起的体
系介电增强的现象，当介质的折射率与微粒的折射率相差很 大时，产生了折射率边界，这就导致微粒表面和内部的场强 比入射场强明显增加，这种局域强的增强称为介电限域。
文献讲述
Graphite Polyhedral Crystals
Fig. 1. SEMs of GPCs found in pores of glassy carbon. (A) Fracture surface,showing carbon nanotubes and GPCs growing in the pore. (B) Carbon nanotube(1), double cone (2), and microrods(3), which are typical structures. (C)Twisted rod with a heptagonal cross section. (D) Twisted GPC with a protruding nanotube. (E) Faceted ring that might be formed by pullout of the core structure similar to one in Fig. 2A. (F)Twisted rod that has a notch from crossing another GPC growing from the other side of the pore, which was removed when the pore fractured. Arrows mark edges of the interrupt.
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Transparent, Conductive Carbon Nanotube Films
Fig.2.Transmittance spectra for two t-SWNT films (doped and dedoped) of thickness 50 nm (on quartz) and 240 nm (free-standing).
Transparent, Conductive Carbon Nanotube Films
Fig.1. Transparent SWNT films. (A) Films of the indicated thickness on quartz substrates. (B) A large, 80-nm-thick film on a sapphire substrate 10 cm in diameter. (C) Flexed film on a Mylar sheet. (D) AFM image of a 150-nm-thick t-SWNT film surface (color scale: black to bright yellow, 30 nm). The text in (A) to (C) lies behind the films
Transparent, Conductive Carbon Nanotube Films
Fig.3. Optical analog to the electrolyte-gated NFET (O-NFET).
Transparent, Conductive Carbon Nanotube Films
表面效应： 表面效应：又称界面效应，是指随着颗粒直径的变小，比
表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使 这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出 不一样的特性，这就是表面效应
表 面 原 子 比 数 例 相 （ 对 总 原 子 数 ）
100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40ห้องสมุดไป่ตู้50
Graphite Polyhedral Crystals
Fig. 2. Electron microscopy analysis of GPC structure. (A) SEM of a stylus-like crystal with a nanotube protruding from the tip. Inset shows a schematic of the GPC cross section. (B) View down the crystal axis showing that the imaged GPC is a regular nonagon in cross section. (C) A TEM image of a nanotube tip. (D) Typical lattice fringe image of the wall taken close to the surface along the axis of the GPC crystal showing a wellordered graphitic structure with interplanar spacing of<0.34 nm.
纳米结构通常是指0.1～100nm的超微结构,在这种尺度空
间内研究物质和材料的电子、原子和分子运动规律、特性的 高新技术学科称为纳米技术
低维性：指的是维数小于三，具体来说就是二维、
一维和零维 d=3，完全不受 量子约束 d=2，一个方向上 受到量子约束 定义d为维度 d=1，两个方向上 受到量子约束 d=0，三个方向上 受到量子约束 三维（3D）
纳米结构的低维性带来的性质 小尺寸效应 表面效应 量子尺寸效应 库仑阻塞与量子隧穿效应 介电限域效应
四大基 本效应
小尺寸效应: 小尺寸效应:当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超
导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时， 晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表 面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学 等呈现新的物理性质的变化