1。1 纳米 SiO2 颗粒

1。1。1  纳米颗粒的性质

第 2  页 本科毕业设计说明书

纳米颗粒是指平均粒径在 100nm 之下的粒子。纳米颗粒的结构特性使得它拥有如下四大 效应：量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应。

量子尺寸效应是指颗粒尺寸下降到某一个数值时，金属费米能级附近的电子能级由准连 续状态变为离散的现象，以及纳米颗粒存在着不连续被占据的最高分子轨道能级和未被占据 的最低分子轨道能级，同时能隙变宽的现象。根据能带理论，处于高温等条件下，附近电子 能级一般是连续的，但低温时其能级为离散的。这主要是因为大颗粒所含原子数目很大，其 电子数 N ，所以能级间距为0 ；而因纳米颗粒所含原子数目有限，电子数小，从而 导致具有一定数值而发生能量间距分裂。纳米颗粒电子的能级状态分布由久保(Kubo)理论 及相应能级统计学和热力学来描述。

小尺寸效应：当粒子尺寸与光波波长，德布罗意波长等数值相当或者更小时，因晶体周 期性的边界条件被破坏、非静态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，使得材料宏观物 理化学性质呈现新的变化，人们称之为小尺寸效应。文献综述

表面效应：固体表面原子与内部原子由于所处位置环境不同而具有不同的能量和活性。 表面效应是指颗粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变 化的现象。当颗粒直径远大于原子直径时，表面原子数由于其所占总数比例极低而可以忽略。 但当粒子直径处于纳米范畴时，位于表面原子占了相当大比例，从而导致比表面积急剧增大， 表面能升高，此时表面原子的数目及作用便不能忽略。

宏观量子隧道效应：众所周知，在宏观物体上，根据经典力学规律当其动能低于势能位 垒时，它是无法跨越势垒的；而对于微观颗粒，由量子力学计算可知，粒子的状态函数在势 垒中或势垒后数值均非零，这表明微观粒子具有进入和穿越势垒的能力，称之为隧道效应。 人们发现一些研究现象表明，宏观物理量在纳米尺度之下时将会受到微观机制影响，换言之， 微观的量子效应可以在宏观物理量中表现出来，将其称之为宏观量子隧道效应。宏观量子隧 道效应的研究不仅在基础探索上有重要意义，而且在实际应用中也有很明显作用。纳米材料 在若干方向展现出了不同与常规材料的特殊物理性质，能在化工、医药、新型功能材料等领 域得到广泛应用。来,自,优.尔:论;文*网www.youerw.com +QQ752018766-

1。1。2 SiO2 纳米颗粒的结构

SiO2 纳米颗粒是无定型白色粉末，存在着不饱和残键及不同键合状态的羟基，其分子状 态呈三维链状结构[13]