《纳米结构单元》.ppt

第二章纳米结构单元构成纳米结构块体、薄膜、多层膜以及纳
米结构的基本单元有下述几种
1.原子团簇
原子团簇是一类新发现的化学物种，是在20世纪80年代才出现的，原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体(粒径小于或等于1nm)，如Fen，CunSm，CnHm(n和m都是整数)和碳族(C60,C70)。

原子团簇研究是多学科的交叉．是跨合成化学、化学动力学、晶体化学、结构化学、原子簇化学等化学分支，又是跨原子、分子物理、表面物理、晶体生长、非晶态等物理学分支，也和星际分子、矿岩成因、燃烧烟粒、大气微晶等交叉．原子团簇不同于具有特定大小和形状的分子、分子间以弱的结合力结合的松散分子团簇和周期性很强的晶体，原子团簇的形状可以是多种多样的，它们尚未形成规整的晶体，除了惰性气体外，它们都是以化学键紧密结合的聚集体
原子团簇可分为一元原子团簇、二元原子团簇、多元原子团簇和原子族化合物．
一元原子团簇包括金属团簇(加Nan，Nin等)和非
金属团簇．非金属团簇可分为碳簇(如C60,C70和
富勒烯等．)和非碳族(如B，P，S，Si簇等)．
二元原子团簇包括InnPm，AgnSm等。
多元原子团簇有Vn(C6H6)m等．
原子簇化合物是原子团簇与其他分子以配位化学
键结合形成的化合物
绝大多数原子团簇的结构不清楚，但巳知有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等等．
2.纳米微粒
纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺度大于原子簇(cluster)．小于通常的微粉．通常，把仅包含几个到数百个原子或尺度小于1nm的粒子称为“簇”，它是介于单个原于与固态之间的原子集合体．其研究从20世纪70年代中期开始，纳米微粒一般在1-100nm之间，有人称它为超微粒子(ultra-fineparticle)，也有人把超微粒范围划为1-1000nm。纳米微粒是肉眼和一般显微镜看不见的微小粒子，大家知道，血液中的红血球的大小为200—300nm，一般细菌(例如，大肠杆菌)长度为200-600nm，引起人体发病的病毒尺寸一般为几十纳米，因此，纳米微粒的尺寸为红血球和细菌的几分之一，与病毒大小相当或略小些，这样小的物体只能用高倍的电子显微镜进行观察．日本名古屋大学上田良二给纳米微粒下了一个定义：用电子显微镜(TEM)能看到的微粒称为纳米微粒。当小粒子尺寸进入纳米量级(1-100nm)时，其本身具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应和宏观量子隧道效应，因而展现出许多特有的性质，在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面有广阔的应用前景，同时也将推动基础研究的发展．如20世纪60年代，久保(Kub)等人指出，金属超微粒子中电子数较少，因而不再遵守费米统计．小于10nm的纳米微粒强烈地趋向于电中性。这就是久保效应.它对微粒的比热．磁化强度，超导电性，光和红外吸收等均有影响．正因为如此，有人试图把纳米微粒与基本粒子，原子核、原子、分子、大块物质、行星、恒星和星系相提并论，认为原子簇和纳米微粒是由微观世界向宏观世界的过渡区域，许多生物活性由此产生和发展．3.人造原子
人造原子(artificialatoms)有时称为量子点，是20世纪90年代提出来的一个新概念．所谓人造原子是由一定数量的实际原子组成的聚集体，它们的尺寸小于100nm．1996年美国麻省理工学院的Ashoori写了一篇综述的文章。正式提出了人造原子的概念．实际上，从20世纪80年代中期以后的文献中也出现过人造原子的概念．人们曾把半导体的量子点称为人造原子．1997年美国加利福尼亚大学物理系的McEuen在Science上发表评论性的文章，系统地总结了近10年来关于人造原子的理论和实验工作，特别指出了研究人造原子的重要意义．他把人造原子的内涵进一步扩大，从维数来看，包括准零维的量子点、准一维的量子棒和准二维的量子圆盘．甚至把100nm左右的量子器件也看成人造原子．研究人造原子的意义在于当体系的尺度与物理的特征量相比拟时，量子效应十分显著，当大规模集成线路做细化到100nm左右，以传统观念、原理为基础的大规模集成线路的工作原理受到了严峻的挑战，量子力学原理将起重要的作用，电子在这样一个细微体系，即人造原子中运动的规律将出现经典物理难以解释的新现象，特别是该系统表现出的独有的量子效应将为设计和制造量子效应原理性器件和纳米结构器件奠定理论基础．

人造原子和真正原子有许多相似之处．首先，人造原子有离散的能级，电荷也是不连续的．电子在人造原子中也是以轨道的方式运动，这与真正原子极为相似．4纳米管、纳米棒、纳米丝和同轴纳米电缆因为准一维纳米材料在介观领域和纳米器件研制方面有着重要的应用前景，它可用作扫描隧道显微镜(STM)的针尖、纳米器件和超大集成电路(ULSIC)中的连线、光导纤维、微电子学方面的微型钻头以