2纳米技术在光电领域的应用.ppt

第一节 纳米材料 一、纳米材料概述 二、纳米材料的主要制备方法 三、纳米材料的应用领域 第一节 纳米材料 一、纳米材料概述 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。 从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。 第一节 纳米材料 纳米材料的基本特性： 1. 量子尺寸效应 2. 表面效应 3.小尺寸效应 4.宏观量子隧道效应 第一节 纳米材料 1.表面效应 第一节 纳米材料 2.小尺寸效应 金属纳米固体材料的电阻增大与临界尺寸现象归因于小尺寸效应。当颗粒尺寸与电子运动的平均自由程可比拟或更小时，小尺寸效应不容忽视。界面散射为主因。 第一节 纳米材料 3.量子尺寸效应 当纳米颗粒尺寸小到一定程度时，费米面附近电子能级的离散性非常显著，量子尺寸效应不容忽视，最后导致低温下导体向绝缘体的转变 第一节 纳米材料 4.宏观量子隧道效应 隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。 第一节 纳米材料 由于纳米材料的组织粒子极其小，其中所包含的原子个数极少、质量极轻，许多物理和化学性质表现就不能用宏观上块状物质的性质来描述，而是出现一些“反常现象”。 （1）光学性质 （2）力学性质 （3）热学性质 （4）磁学性质 第一节 纳米材料 （1）光学性质 1、宽频带强吸收 当尺寸减小到纳米级时，各种金属纳米微粒几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极低。这就是纳米材料的强吸收率、低反射率。 例如，铂金纳米粒子的反射率为1%。 纳米氮化硅、碳化硅及三氧化二铝对红外有一个宽频带强吸收谱。 第一节 纳米材料 2、纳米微粒分散物系的光学性质和发光效应 纳米微粒分散于介质中形成分散物系（溶胶），纳米微粒称为胶体（或分散相）。 由于在溶胶中胶体的高分散性和不均匀性，使得分散物系具有特殊的光学特性，例如丁达尔效应。丁达尔效应——如果让一束聚集的光线通过分散物系，在入射光的垂直方向上可以看到一个发光的圆锥体。 另外，当纳米微粒的尺寸小到一定值时，可在一定波长的光激发下发光。这是载流子的量子限域效应引起的。 第一节 纳米材料 第一节 纳米材料 （3）热学性质 第一节 纳米材料 （4）磁学性质 第一节 纳米材料 超顺磁状态的起因： 由于小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相比时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。 例如，粒径为85nm的纳米镍Ni微粒，矫顽力很高，而当粒径小于15nm时，其矫顽力Hc→0，即进入了超顺磁状态。 第一节 纳米材料 二、纳米材料的主要制备方法 1、物理方法 (1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 第一节 纳米材料 (3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 第一节 纳米材料 2. 化学方法 (1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。 (2)沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。 (3)水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。 第一节 纳米材料 三、纳米材料的应用领域 由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应，使得它在磁、光、电、敏感等方面呈现常规材料不具备的特性，因此纳米微粒在磁性材料、传感、医学、传感、军事等方面有广泛的应用。 1、纳米技术在微电子学上的应用 2、纳米技术在光电领域的应用 3、纳米技术在化工领域的应用 4、纳米技术在医学上的应用 5、纳米技