PDF附件 - ä¸­å›½å ‰å­¦æœŸåˆŠç½‘

料 的 综 述 。
造 成 纳 米 材 料 的 性 质 与 其 它 材 料 显 著 不 同 的 两 个 首 要 因 素 是 : 增 加 的 相 对 表 面 积 和 量
子 效 应 。 这 些 因 素 能 够 改 变 或 增 强 物 质 性 质 , 例 如 反 应 活 性 、 强 度 和 电 学 特 性 等 。 当 粒 子
尺 寸 减 小 时 , 更 大 比 例 的 原 子 会 出 现 在 其 表 面 , 而 不 是 包 在 里 面 。 例 如 ,30 纳 米 大 小 的
粒 子 有 5% 的 原 子 在 其 表 面 ,10 纳 米 的 则 有 20%,3 纳 米 的 就 会 有 50% 在 表 面 。 因 此 单
位 质 量 的 纳 米 粒 子 与 更 大 些 的 粒 子 相 比 具 有 更 大 的 表 面 积 。 因 为 生 长 和 催 化 反 应 都 发 生 在
表 面 , 这 就 意 味 着 相 同 质 量 的 材 料 , 处 于 纳 米 颗 粒 的 状 态 会 比 同 样 质 量 但 粒 度 更 大 的 那 些
材 料 更 活 泼 。
当 物 质 尺 寸 减 小 到 纳 米 尺 度 后 , 在 表 面 效 应 之 外 , 量 子 效 应 开 始 支 配 物 质 性 质 。 这 些
可 以 影 响 到 物 质 的 光 学 、 电 学 和 磁 学 行 为 。 尤 其 是 当 粒 子 尺 寸 或 结 构 接 近 纳 米 尺 度 的 下 限
时 , 表 现 出 这 些 效 应 的 包 括 量 子 点 和 用 于 光 电 的 量 子 阱 激 光 。
对 于 其 它 的 材 料 , 比 如 晶 体 , 当 它 们 的 结 构 单 元 的 尺 度 减 小 时 , 材 料 内 部 的 晶 界 面 面
积 会 大 大 增 加 。 这 样 会 大 大 影 响 其 机 械 和 电 学 性 能 。 例 如 , 大 多 数 金 属 是 由 小 的 晶 区 组 成
的 , 微 区 之 间 的 界 面 会 减 慢 或 截 住 缺 陷 的 扩 散 , 从 而 赋 予 材 料 机 械 强 度 。 如 果 这 些 微 区 足
够 小 , 甚 至 达 到 纳 米 尺 寸 , 材 料 中 的 界 面 面 积 会 大 大 增 加 , 从 而 增 强 其 机 械 强 度 。 例 如 ,
纳 米 晶 体 镍 跟 硬 化 后 的 钢 一 样 强 固 。 对 那 些 跟 纳 米 材 料 打 交 道 的 人 来 说 理 解 表 面 和 界 面 是
一 个 重 要 的 挑 战 , 也 是 新 的 成 像 与 分 析 设 备 起 决 定 作 用 的 地 方 。
纳 米 材 料 不 仅 仅 是 材 料 微 小 化 中 的 另 外 一 步 。 它 们 经 常 需 要 非 常 不 同 的 制 造 方 式 。 正
如 在 第 二 章 介 绍 过 , 并 将 在 第 四 章 中 进 一 步 讨 论 的 , 制 造 纳 米 材 料 有 几 种 方 法 , 归 为 “ 自
上 而 下 ” 和 “ 自 下 而 上 ”。 尽 管 许 多 纳 米 材 料 的 制 备 目 前 还 处 于 实 验 室 阶 段 , 但 有 几 种 已
经 商 业 化 了 。
3.2.2 纳 米 材 料 中 的 科 学
下 面 , 我 们 简 要 介 绍 一 些 纳 米 材 料 的 例 子 和 致 力 于 理 解 这 些 性 质 的 纳 米 科 学 。 正 如 下
面 要 看 到 的 , 虽 然 当 前 我 们 已 经 充 分 的 了 解 了 一 些 纳 米 材 料 , 但 依 然 存 在 很 多 未 解 之 谜 。
a) 一 维 上 的 纳 米 尺 度
薄 膜 、 多 层 和 表 面
一 维 纳 米 材 料 , 如 薄 膜 和 加 工 过 的 表 面 , 已 经 在 电 子 器 件 制 造 、 化 学 和 工 程 领 域 中 大
量 应 用 。 例 如 , 在 硅 集 成 电 路 工 业 中 , 薄 膜 工 艺 应 用 于 很 多 设 备 , 因 为 在 原 子 量 级 上 的 薄
膜 厚 度 的 生 长 和 控 制 已 经 非 常 成 熟 。 单 层 膜 ( 只 有 一 个 原 子 或 分 子 厚 的 薄 膜 ) 已 能 大 规 模
9