小尺寸效应

会引起共振，导致表面等离子振荡。
共振频率：在一定额定的外场下将会引起共 振，导致表面等离子振荡的频率。
设微粒系统中含有N个导电电子，电子相对于正电荷位移为X， 则电极化强度 ：P=NqX P 由极化所引起的反向电场：-

故电子运动方程为： m* d 2 X / dt 2 Nq 2 X / N 微粒所含的导电电子数，q电子电荷 m电子的有效质量

引起宏观物理性质的变化。
2.呈现新的效应举例 （1）电学性质——主要体现在量子尺寸效应里 （2）磁性质
体系磁各向异性能与热能相当或更小
磁晶各向异性能 Eani
V
wani d r
磁性对颗粒尺寸的依赖性是小尺寸效应最为直观的实例 ： 铁磁性物质（5nm），出现极强的顺磁效应。
小于Lex时，非晶与纳米晶交换耦合，各个区域的磁各向异
小尺寸效应
1.定义：随着颗粒尺寸减小到与光波波长（百nm以下）、德
布罗意波长、激子玻尔半径（1-10nm）、超导相干长度（几nm 以下）等物理量相当，甚至更小：
① 内部晶体周期性边界条 件将被破坏 ② 非晶态纳米微粒的颗粒 表面层附近原子密度减小
特征光谱移动 磁有序改变 超导相破坏 结构相变(非热力学量） …
性能被平均而消除，导致低的矫顽力HC，高的磁导率。 与畴壁宽度相当，易形成单畴，矫顽力很大
磁化反转模式发生改变：畴壁位移→磁畴转动
3 光学性质
当尺寸小于某类玻尔半径时，发光性质发生改变；
同时激发态会以更大的几率传到同一颗粒中的发光中心， 提高材料的量子效率
体淬灭中心和同一颗粒内发光中心间的交叉驰豫的影响会 减小，材料的发光效率会得到一定程度的提高。
随着颗粒尺寸减小 →
→
表面原子百分比将显著增加 → 表面声子谱频率变低
表面原子的近邻配位数减少
（软化）→
导致TC 增大。
电子—声子耦合强度增加
实验也表明（ , In等），随颗粒尺寸减小 Tc 确实有增大。 Al ，
P18:金属纳米微粒后，无金属光泽，对光的反射率很低<1%，对
太阳光谱几乎全部吸收，大约几μm厚就能完全消光，被称为太 阳黑体。可用于红外敏感元件、红外隐身材料中作红外吸收 。
量子尺寸效应
4 等离子共振频率
等离子共振：考虑置于交变电场中的单个球 状颗粒，外场将导致颗粒极化，在表面产生电 荷，而表面电荷产生的同时，又有一恢复力促 使它恢复至原来状态。在一定额定的外场下将
顺电体：纳米化后小于临界尺寸，TTC
三者的相互关系 电滞回线
铁电体 热释 电体 压 电 体 电 介 质
6 超导性——TC
根据Mem illan 公式： Tc Tc (max) 1 1 exp( ) 2 2
当颗粒减小，低频的晶格振动受到 颗粒尺寸的限制而被截至，Tc增加。
N (0) J 2 电 声耦合强度，反比于声 子谱的频率平方平均值 M 2
p ( Nq / m )
2
* 1/ 2
尺寸减小(增大),微粒系统所含导电电子数N减小(增多)
利用等离子共振频率随颗粒尺寸变化的性质，可以改
变颗粒尺寸，控制吸收的位移，制造具有一定频宽的

吸收纳米材料，用于屏蔽和隐形等。
（5）PbTiO3、BaTiO3等典型铁电体纳米（小于临界尺
寸）化后变为顺电体。