上浒充通大学 2.2纳米材料四大效应 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 纳米粒子表面活性高的原因 如右图所示的是单一立方结构的晶粒的 二维平面图，假设颗粒为圆形，实心团代表 位于表面的原子。空心圆代表内部原子，颗 粒尺寸为3nm,原子间距约为0.3nm。很明显， 实心圆的原子近邻配位不完全，存在缺少一 个近邻的“E”原子，缺少两个近邻的“B” 原子和缺少3个近邻配位的“A”原子，“A” 这样的表面原子极不稳定，很快跑到“B”位 置上，这些表面原子一遇见其他原子，很快 结合，使其稳定化，这就是活性的原因。 这种表面原子的活性不但引起纳米粒子 表面原子输运和构型的变化，同时也引起表 面电子自旋构像和电子能谱的变化。 思考：直径较小的纳米粒子多为球形，为什 么？
纳米粒子表面活性高的原因 如右图所示的是单一立方结构的晶粒的 二维平面图，假设颗粒为圆形，实心团代表 位于表面的原子。空心圆代表内部原子，颗 粒尺寸为3nm，原子间距约为0.3nm。很明显， 实心圆的原子近邻配位不完全，存在缺少一 个近邻的“E”原子，缺少两个近邻的“B” 原子和缺少3个近邻配位的“A”原子， “A” 这样的表面原子极不稳定，很快跑到“B”位 置上，这些表面原子一遇见其他原子，很快 结合，使其稳定化，这就是活性的原因。 这种表面原子的活性不但引起纳米粒子 表面原子输运和构型的变化，同时也引起表 面电子自旋构像和电子能谱的变化。 思考：直径较小的纳米粒子多为球形，为什 么？ 2.2 纳米材料四大效应
上浒充通大学 2.2纳米材料四大效应 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 表面效应及其结果 纳米粒子的表面原子所处的位场环境及结合能与内部原子有所 不同。存在许多悬空键，配位严重不足，具有不饱和性质，因而 极易与其它原子结合而趋于稳定，所以具有很高的化学活性。利 用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气 材料以及低熔点材料。 表（界）面效应的主要影响： 应用： > 表面化学反应活性（可参与反应）。 > 催化活性。 √催化剂，化学活性剂。如： > 纳米材料的（不）稳定性。 Cu、Pd/Al203。 √吸附剂（储氢材料、碳纤 > 熔点降低。 维、碳管、合金等载体)。 烧结温度降低。 √金属纳米粒子自燃。需钝 晶化温度降低。 化处理。 > 纳米材料的超塑性和超延展性。 吸收光谱的红移现象
l 表面效应及其结果 纳米粒子的表面原子所处的位场环境及结合能与内部原子有所 不同。存在许多悬空键，配位严重不足，具有不饱和性质，因而 极易与其它原子结合而趋于稳定，所以具有很高的化学活性。利 用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气 材料以及低熔点材料。 表（界）面效应的主要影响： Ø 表面化学反应活性(可参与反应)。 Ø 催化活性。 Ø 纳米材料的（不）稳定性。 Ø 熔点降低。 Ø 烧结温度降低。 Ø 晶化温度降低。 Ø 纳米材料的超塑性和超延展性。 Ø 吸收光谱的红移现象。 应用： ü催化剂，化学活性剂。如： Cu、 Pd/Al2O3。 ü吸附剂（储氢材料、碳纤 维、碳管、合金等载体）。 ü金属纳米粒子自燃。需钝 化处理。 2.2 纳米材料四大效应
上游充通大学 品 2.2纳米材料四大效应 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY (2)小尺寸效应 当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意 波长、超导态的相干长度或（与）磁场穿透深度相当或更小时， 晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面 层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热等特性出 现异常的现象-一小尺寸效应。 W
（2）小尺寸效应 当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意 波长、超导态的相干长度或(与)磁场穿透深度相当或更小时， 晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面 层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热等特性出 现异常的现象---小尺寸效应。 2.2 纳米材料四大效应
上游充通大粤 2.2纳米材料四大效应 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 传统集成电路小型化的技术障碍 √强电场问题 由于尺寸小，在短距离内加偏置电压，器件会产生 强电场，载流子在强电场作用下碰撞后，使大量电子具 有高能量，出现载流子热化现象，会引起“雪崩击穿”， 电流增大，器件破坏。 √热损耗问题 器件尺度减小和集成电路密度提高，散热问题会越 来越重
传统集成电路小型化的技术障碍 ü强电场问题 由于尺寸小，在短距离内加偏置电压，器件会产生 强电场，载流子在强电场作用下碰撞后，使大量电子具 有高能量，出现载流子热化现象，会引起“雪崩击穿” ， 电流增大，器件破坏。 ü热损耗问题 器件尺度减小和集成电路密度提高，散热问题会越 来越重。 2.2 纳米材料四大效应
上游充通大学 2.2纳米材料四大效应 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 小尺寸效应的影响： (1)特殊的热学性质 固态物质在其形态为大尺寸时，其熔，点是固定的，超细微化 后却发现其熔点将显著降低，当颗粒尺寸小于10纳米量级时尤 为显著。 物质 常规尺寸下 纳米尺度下 大块材的熔点(1336K) 1300 名称 的熔点 的熔点 1000 Au 1064℃ 327℃ Ag 961℃ 100℃ 500 Cu 327℃ 39℃ 300 0 5 10 15 20 粒径/nrn
小尺寸效应的影响： （1）特殊的热学性质 固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化 后却发现其熔点将显著降低，当颗粒尺寸小于10纳米量级时尤 为显著。 物质 名称 常规尺寸下 的熔点 纳米尺度下 的熔点 Au 1064℃ 327℃ Ag 961℃ 100℃ Cu 327℃ 39℃ 2.2 纳米材料四大效应