纳米材料作业

-1-作业一、什么是纳米材料？简述纳米材料的特性。答案：（1）纳米材料一般是指在结构上具有纳米尺度调制特征的材料，其某一维度尺寸在1～100nm间，主要包括纳米粒子、纳米管、纳米薄膜等。当一种材料达到纳米尺度特征范围时，物质的某些性能就会发生突变，出现特殊的性能。纳米尺度和性能的特异变化是纳米材料必须同时具备的两个基本特征。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能称为纳米材料。（2）.纳米材料的特性：当材料的结构进入纳米尺度调制范围内，会表现出小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。①小尺寸效应：当超细微的尺寸与光波波长、的布罗意波长以及超导态的相干长度或者投射深度等物理特征尺寸相当或者更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米威力的表面层附近原子密度减小，声、光、电、磁、热力学等物理性能均发生变化，这就是纳米粒子的小尺寸效应，又称为体积效应。②表面效应：纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。粒径在10nm以下，将迅速增加表面原子的比例。当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。③量子尺寸效应：金属费米能级附近的电子能级在高温或宏观尺寸情况下一般是连续的，但当粒子尺寸下降到某一纳米值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象，以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级而使能级间隔变宽现象（吸收光谱向短波方向移动）。这两种现象称为量子尺寸效应。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。-2-二、什么是等离子体？等离子体的主要分类有哪些？答案：1.等离子体：是由电子、离子等带电粒子以及中性粒子(原子、分子、微粒等)组成的，宏观上呈现准中性、且具有集体效应的混合气体。2.等离子体的主要分类：（1）.按照等离子体焰温度分类：①高温等离子体（核聚变）温度相当于10~10K完全电离的等离子体，如太阳、受控热核聚变等离子体。②低温等离子体：热等离子体和冷等离子体热等离子体：稠密高压（1大气压以上），温度10~10K，如电弧、高频和燃烧等离子体。冷等离子体：电子温度高（10~10K）、气体温度低，如稀薄低压辉光放电等离子体、电晕放电等离子体、DBD介质阻挡放电等离子体、索梯放电等离子体等。③天体等离子体：天体等离子体主要应由彼此相互作用着的三种成分组成，即电子、离子和等离子体激元（对某些天体，还应加上一种成分，即中性粒子）。现代等离子体天体物理学的任务，正是要探索和研究在各种可能的天体物理条件下，上述三种基本成分之间相互作用的物理规律。（2）.按等离子体所处的状态：①平衡等离子体：气体压力较高，电子温度与气体温度大致相等的等离子体。如常压下的电弧放电等离子体和高频感应等离子体。②非平衡等离子体：低气压下或常压下，电子温度远远大于气体温度的等离子体。如低气压下DC辉光放电和高频感应辉光放电，大气压下DBD介质阻挡放电等产生的冷等离子体。