尺寸对纳米半导体禁带宽度的影响(2)
时间:2019-08-17 15:59 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
研究者制备的各种形貌的ZnO纳米结构 1.2纳米材料的特性 由于纳米半导体材料的纳米级尺寸接近于于光波波长、得布罗意波长以及超导态的相干长度等物理尺寸甚至更小，因而破坏了其晶体周期性的边界条件；纳米颗粒表面层附近的原子密度因此而减小，电子的平均自由范围减小，而相干性和局域性增强。材料的纳米级尺寸下降还会使纳米体系中包含的原子数减少，固定不变的准连续能带也随之转变为离散的能级。纳米材料的这些特性导致其各种物理特性与传统材料有很大不同，主要表现：为小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应[3]。下面具体介绍纳米材料的这四个特性。 1.2.1小尺寸效应 当纳米材料中的微粒尺寸小到一定程度时，其材料中晶体的的边界条件发生变化，并且非晶体状态的纳米微粒表层原子密度也会减小，使得纳米材料的各项物理属性发生前所未有的变化，而使纳米材料出现新的特性，这就是纳米材料的小尺寸效应。 小尺寸效应可以被用来改善金属冶炼工艺。譬如，如果想要制取某种吸收频宽特定的纳米材料，人们可以通过调整微粒的尺寸，进而控制这种材料的吸收波长，可以将它应用于电磁波屏蔽、隐形飞机等领域，还可以利用它来生产出许多性能优越的器件等。 1.2.2表面效应 纳米材料的表面效应，就是指其材料拥有更大的比表面积，使得其材料性质主要由外部原子决定，而外部原子活性相对较高，易与表面气体发生反应，也就是容易吸附表面气体。人们可以利用纳米材料的这一性质在许多方面实现其他材料所不能完成的任务。 1.2.3 量子尺寸效应 量子尺寸效应是指纳米材料纳米级周围的电子能级发生变化，由原来的准连续变为离散状态，并且其能带间隙变宽的现象，这主要还是前文中所说的由于纳米微粒尺寸减小而引起的。 1.2.4 宏观量子隧道效应 隧道效应是指纳米材料中的微粒势垒穿透来改变其材料性质的能力。一个具有铁磁性的磁铁，当它的微粒尺寸达到纳米级时，其磁性会发生转变，由原来的顺磁性变为软磁性，这就是由量子隧道效应引起的。 这几种效应体现出了纳米材料一些异于普通块体材料的显著特征。传统材料无论在研究还是开发利用方面都已达到极限，纳米材料的出现，广大科学研究者们的创造热情重新被点燃。通过改变材料微粒尺寸，调控其外在特性，开发新功能，制造新器件，改变人们生活，人类文明将打开新的篇章。 (责任编辑：qin) |