納米晶體

納米晶體

納米晶體,是指晶粒為納米尺寸的晶體材料,或具有晶體結構的納米顆粒。一般晶粒尺寸小於100nm的材料才稱為納米晶體。尺寸小於10納米的半導體納米晶體通常被稱為量子點。納米晶體能夠提供單體的晶體結構,通過研究這些單體的晶體結構可以提供信息來解釋相似材料的巨觀樣品的行為,而不用考慮複雜的晶界和其他晶體缺陷。

簡介

納米晶體納米晶體

納米晶體是指晶粒尺寸在納米量級的多晶體。由於晶粒極細,大量的原子處於晶粒之間的界面上。這種獨特的結構特徵使納米晶體成為有別於普通多晶體和非晶態固體的一種新材料,其中界面成為一種不可忽略的結構組元。

特徵

納米晶體材料因其結構獨特、性能優異而倍受關注。不同方法製備的納米晶體材料的理化、力學性能明顯不同,這是因為它們的微觀結構不同。

主要研究成果

主要研究成果主要研究成果

主要結論

(1)非晶晶化製備納米Se的平均微觀應變、晶胞體積和體膨脹係數與晶粒尺寸成反比;隨晶粒減小,點參a增大,c減小,靜態和動態德拜-瓦倫因子增大,德拜溫度降低。

(2)納米Fe在穩態研磨階段發生晶界馳豫。

(3)磁控濺射沉積納米Ti3Al薄膜由c-軸擇尤取向的柱狀晶組成,薄膜中存在很大的壓應力,導致其晶面距離沿c-軸方向被拉大,而沿a-軸方向被壓縮。

(4)嚴重塑性變形製備納米Cu存在一定的擇尤取向;其布拉格線形可用洛侖茲函式表示;衍射峰的寬化源於晶粒細化和微觀應變。

增長原理

納米晶體能夠或是通過附加上來自溶液中的含有金屬的單體物或是通過與其它納米晶體以隨機結合的方式進行融合來穩定地增長。該後一種過程並沒有在納米增長的經典模型中被考慮進去。研究人員提出,納米晶體會根據它們的大小和依賴於形態學的內部能量而採用不同的增長途徑。

無缺陷薄膜

美國麻省理工學院的研究人員利用電子束光刻技術和剝離過程開發出無缺陷半導體納米晶體薄膜,可廣泛套用並開闢潛在的重點研究領域。此次製成的無缺陷薄膜的導電率約為傳統方法製成的有裂縫薄膜的180倍。科學家稱,這一製造方法還能套用於矽表面,製成30納米寬的薄膜。使薄膜結構變得均勻,緊貼在二氧化矽基座上。這能通過在納米晶體層沉積於矽表面之前,將稀薄的聚合物層覆蓋在表面上實現。據推測,納米晶體表面上細小的有機分子亦能幫助它們與聚合物層相結合。

價值

研究價值

納米晶體的電學和熱力學性質顯現出很強的尺寸依賴性,從而可以通過細緻的製造過程來控制這些性質。納米晶體能夠提供單體的晶體結構,通過研究這些單體的晶體結構可以提供信息來解釋相似材料的巨觀樣品的行為,而不用考慮複雜的晶界和其他晶體缺陷。

用途

用沸石製成的納米晶體可以用作把原油轉換成柴油過濾器,比傳統煉油方法要便宜。

納米晶體可以得到多種套用。因為它們不僅能發光,也能吸收多種顏色的光。這有助於形成高解析度顯示器螢幕上的發光像素,或是製成新類型的高效、廣譜太陽能電池。同時,這種材料還可被用於開發針對少量特定生物分子的高敏度探測器,例如作為毒素篩選系統或是醫藥檢測設備等。另外,這種技術的成功也開啟了有關電子在納米晶體薄膜內如何移動的新研究,此前這一直被視為學界的一大難題。

背景資料

納米科技是21世紀繼生物醫學和信息科學之後最為熱門的學科,也是一塊亟待開發的科學園地。所謂納米科技是指在納米尺度(1nm到數百納米左右)範圍內,研究物質的特性和相互作用,包括原子、分子操作,以及利用這些特性的、多學科交叉的科學和技術。

納米材料則是指三維空間尺度上至少有一維處於納米量級或由它們作為基本單元構成的材料。由於在此尺度範圍內,大部分物資都以單晶的形式存在,所以這些材料也稱為納米晶體。

這些納米結構的晶態物質按一定的規律構築或營造的一種新體系,包括有一維、二維、三維、零維和分維的體系。這些物質單元包括納米微粒、穩定的團簇、納米管、納米棒、納米絲、納米尺寸空洞,以及人造超原子等。

納米微粒、納米固體和納米結構材料的基本特性是小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應和巨觀量子隧道效應,這使納米微粒、納米固體和納米結構材料等呈現出許多奇異的物理、化學性質。

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