纳米材料总结

纳米非晶结构材料与纳米微晶不同，它的颗粒组元是短程有序的非晶态。界面组元的原子排列是比颗粒组元内原子排列更混乱，总体来说，他是一种无序程度更高的纳米材料。

非晶体的原子径向分布概率函数第一峰对应于最近邻原子分布，它尖而高，位置与晶体中最近邻原子间距一致，但随着原子间距r的增大。概率函数的峰值变得越来越不显著。

在固体中处于激发态的核回到基态时无反冲地放出光子，这种光子被处于基态的同种核(又称吸收体)无反冲地共振吸收的吸收谱称为穆斯堡尔谱。

由于内部的某种原因使机械能逐渐被消耗的现象称为内耗。

由分子振动﹑固体中的光学声子等元激发与激发光相互作用产生的非弹性散射称为拉曼散射。

应当指出的是，拉曼谱上的拉曼位移为元激发，例如声子的能量，它与相应的晶格振动频率相同。

电子自旋能级在外加静磁场H作用下会发生塞曼分裂，如果在垂直于磁场的方向加一交变磁场，当它的频率满足等于塞曼能级分裂间距时，处于低能态的电子就会吸收交变磁场的能量跃迁到高能态，原来处于高能态的电子，也可以在交变磁场的诱导下跃迁到低能态，这就是电子自旋共振(ESR)

g因子直接反映了被测量子对象所包含的自由电子或者未成键电子的状态。

纳米材料结构中的缺陷

缺陷是指实际晶体结构中和理想的点阵结构发生偏差的区域。按照缺陷在空间分布的情况，晶体中的缺陷可以分为以下三类。

(1)点缺陷：包括空位、溶质原子（替代式和间隙式）和杂质原子等。

(2)线缺陷：位错是这一缺陷类型的主要代表。按照位错性质划分，位错可分为成刃型，螺型和混合型。

(3)面缺陷：包括层错，相界、晶界、孪晶面等。

孪晶是指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为"孪晶"，此公共晶面就称孪晶面。

驰豫:一个宏观平衡系统由于周围环境的变化或受到外界的作用而变为非平衡状态，这个系统再从非平衡状态过渡到新的平衡态的过程就称为弛豫过程。弛豫过程实质上是系统中微观粒子由于相互作用而交换能量，最后达到稳定分布的过程。弛豫过程的宏观规律决定于系统中微观粒子相互作用的性质。因此，研究弛豫现象是获得这些相互作用的信息的最有效途径之一。

居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。低于居里温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里温度时,该物质成为顺磁体，磁体的

磁场很容易随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为10的负6次方。

康普顿轮廓：康普顿方程是假定电子是自由的、静止的，实际上电子不是静止不动的。康普顿散射中散射的X射线谱的轮廓随元素Z而变化，反映了不同元素中电子运动状态是不一样的。这种X射线谱的轮廓称康普顿轮廓，它直接反映了物质内部的电子动量分布。

荷兰物理学家塞曼在1896年发现把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应。

纳米微粒一般为球形或类球形，也有其他各种形状。

纳米微粒的物理特性

一热学性质

纳米微粒的熔点、开始烧结的温度和晶化温度均比常规粉体低得多。

1 纳米微粒熔点比常规粉体低得多

2 纳米微粒的开始烧结温度也比常规粉体低得多，同时烧结后可获得更高的致密度。

3 非晶纳米微粒的晶化温度低于常规粉体。

纳米微粒的上述性质主要来自于纳米微粒的巨大界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径和较高的扩散率。

二磁学性能

1 磁性和超顺磁性

(1)纳米磁性金属的磁化率比常规金属高出数十倍。

(2)纳米微粒的尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态。

2 矫顽力高

纳米微粒尺寸大于超顺磁性临界尺寸时通常具有比常规情况高得多的矫顽力。

3 居里温度下降

纳米微粒内原子间距随粒径下降而减小，居里温度也有所下降。

4 磁化率(Magnetic Susceptibility )

磁化率是表征磁介质属性的物理量。常用符号cm表示，等于磁化强度M与磁场强度H之比引，即M＝cmH对于顺磁质，cm＞0，对于抗磁质，cm＜0，其值都很小。对于铁磁质，cm很大，且还与H有关（即M与H之间有复杂的非线性关系）。对于各向同性磁介质，cm 是标量；对于各向异性磁介质，磁化率是一个二阶张量。

三光学性能

1 宽频带强吸收

2 蓝移和红移现象

（1）与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波长方向。

一是量子尺寸效应：

因为已被电子占据分子轨道能级与未被占据分子轨道能级之间的宽度随颗粒直径的减小而增大。

二是表面效应：

由于纳米微粒粒径小，大的表面张力引起晶格畸变使键长缩短，导致红外吸收带移向高波数。

（2）但是在某些情况下，当粒径减小到纳米级时，可以观察到光吸收带相对粗晶材料呈现“红移”，即吸收带移向长波长方向，这是因为粒径减小的同时，巨大的表面张力使晶格畸变，颗粒内部的内应力增加，电子波函数重叠加大，能级间距变窄。

3 量子限域效应

当量子点的尺寸接近其激子波尔半径时，随着尺寸的减小，其载流子（电子、空穴）的运动将受限，导致动能的增加，原来连续的能带结构变成准分立能级，并且由于动能的增加而使得量子点的有效带隙增加，相应的吸收光谱和荧光光谱发生蓝移，而且尺寸越小，蓝移程度越大，这就是量子限域效应。

4 纳米微粒的发光

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。

这是由量子限域效应引起的，即电子的平均自由程受小粒子的限制被局限在很小的范围，空穴很易与之形成激子，电子和空穴的波函数重叠产生激子吸收带。