PbSe纳米线的可控制备及生长机理研究(3)
时间:2019-08-17 16:06 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
1.3.3小尺寸效应 小尺寸效应又称为体积效应。当纳米粒子的尺寸与光波的传导电子、波长、超导态的相干长度和德布罗意波长等物理尺寸相当或更小时，周期性边界条件被破坏，光、电、声、磁、热等性质会随着纳米粒子的尺寸减小而发生显著变化。如：纳米粒子的熔点可远远低于其块体材料，由此可为粉末冶金工业提供了新方法、新工艺。除此之外，纳米材料的硬度也会随着纳米颗粒尺寸的减小而增大。随着纳米颗粒尺寸的减小，纳米磁性材料的磁有序状态也会发生本质变化。 1.3.4 宏观量子隧道效应 隧道效应是指微观粒子具有贯穿势垒的能力。经过研究发现：某些宏观量如量子相干器件中的磁通量、电荷及微粒的磁化强度等也具有贯穿宏观系统势垒的能力。这一效应同量子尺寸效应一起，奠定了微电子器件微型化的极限，限定了磁盘磁带信息存储的最短时间。 1.4纳米材料的生长过程 纳米材料的生长是一个复杂的过程。如果我们对这个过程能有一个准确、系统且完整的认识，就能更好的设计方案，找到更优秀的合成方法来实现纳米材料的可控制备。 1.4.1 纳米晶体的生长过程的两个阶段 目前普遍接受的晶体生长理论是由La Mer小组在1950年提出的[9]。在溶液体系内，晶体的生长过程分为两个阶段。第一个阶段是晶核成核阶段，第二个阶段是晶核生长阶段。在成核阶段中，当前驱源注入反应液中时，晶核立刻形成并在极短时间内浓度达到非常高的值，即过饱现象。在第一阶段与第二阶段之间有一个临界浓度值，当前驱源浓度高于临界浓度值时，溶液体系将继续停留在晶核成核阶段。当前驱源浓度低于临界浓度是，体系进入生长阶段。 1.4.2 纳米晶体的生长过程的两种生长机理 在晶体生长阶段中又存在着两种生长机理：堆排（原子）生长机理（包含Ostwald熟化生长、各种面生长等等）[10,11]和定向连接生长[12,13]。前一种生长过程中，晶体尺寸较小具有较大的表面能，不稳定，最终会形成尺寸不一的晶体。而后者则由于生长过程中有偶极-偶极等相互作用，因此晶核能在力的作用下连接在一起，形成有较少颗粒均一尺寸的纳米晶体。 晶体的成核过程的持续时间受前驱源的浓度的影响。不同浓度的前驱源的溶液体系的晶核成核速度不同。[14-17]当前驱源浓度高时，体系中晶体瞬间成核时间较短，而整个晶体成核过程时间较长。当前驱源浓度低时，体系中晶体成核过程时间则较短。晶体成核过程持续时间对晶体的生长过程有重要影响。当成核持续时间较短时，溶液体系倾向于快速生长，反之，则生长过程相对缓慢。[18] 在晶体的生长阶段，不同尺寸的晶体的生长速度也并不相同。尺寸较小的晶核比尺寸较大的晶核的生长速率大，随着单体浓度的降低，尺寸小的晶核的生长速率逐渐降低，体系内所有晶核的尺寸变得一致。[19,20]这也是我们能够实现纳米材料可控制备，得到均一尺寸纳米材料的基础。 综上所述，纳米材料的成核与生长虽是一个复杂过程，但通过对其成核及生长机理的了解，也初步知晓了一些通过调节这两个过程来达到纳米材料可控制备的方法。通过调节反应物前驱源的浓度来操控成核速率及晶核大小。除此之外，具体的操作方法会影响纳米材料的生长，如通过高温液相注入法[21,22]。可在短时间内快速增加单体浓度，有利于纳米晶体的快速成核，得到尺寸均一的纳米材料。 (责任编辑：qin) |