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材料科学
题目

简述纳米材料的小尺寸效应,表面效应和量子尺寸效应。答:小尺寸效应:当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少,导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言,尺寸变小,同时其比表面积亦显著增加,从而产生如下一系列新奇的性质。表面效应:球形颗粒的表面积与直径的平方成正比,其体积与直径的立方成正比,故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。随着颗粒直径的变小,比表面积将会显著地增加,颗粒表面原子数相对增多,从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定,致使颗粒表现出不一样的特性,这就是表面效应。量子尺寸效应:是指当粒子尺寸下降到某一数值时,________附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时,导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。顾宜般材料科学与工程基础,p439自己理解一下。

简述纳米材料的小尺寸效应,表面效应和量子尺寸效应。

答:小尺寸效应:当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少,导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言,尺寸变小,同时其比表面积亦显著增加,从而产生如下一系列新奇的性质。

表面效应:球形颗粒的表面积与直径的平方成正比,其体积与直径的立方成正比,故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。随着颗粒直径的变小,比表面积将会显著地增加,颗粒表面原子数相对增多,从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定,致使颗粒表现出不一样的特性,这就是表面效应。

量子尺寸效应:是指当粒子尺寸下降到某一数值时,________附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时,导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。

顾宜般材料科学与工程基础,p439自己理解一下。

题目解答

答案

费米能级

解析

纳米材料的特性主要由其尺寸效应决定,包括小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应。这些效应使得纳米材料在声、光、电、磁、热、力学等特性上表现出与常规材料显著不同的性质。
1. 小尺寸效应:当颗粒尺寸减小到与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时,晶体周期性的边界条件被破坏,导致声、光、电、磁、热、力学等特性发生变化。
2. 表面效应:随着颗粒尺寸的减小,其比表面积(表面积与体积之比)显著增加,颗粒表面原子数相对增多,这些表面原子具有很高的活性且极不稳定,从而表现出不同的特性。
3. 量子尺寸效应:当粒子尺寸下降到某一数值时,费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽,导致纳米微粒的磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。

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