题目
在某一温度下,半径为纳米级的(Ag)变成半导体或者绝缘体,属于纳米材料的哪一种效应( )。A. 小尺寸效应B. 表面效应C. 量子尺寸效应D. 宏观量子隧道效应
在某一温度下,半径为纳米级的$\text{Ag}$变成半导体或者绝缘体,属于纳米材料的哪一种效应( )。
A. 小尺寸效应
B. 表面效应
C. 量子尺寸效应
D. 宏观量子隧道效应
题目解答
答案
C. 量子尺寸效应
解析
本题考查纳米材料的几种效应的概念及区分,解题思路是明确每个效应的定义,然后根据题目中描述的现象来判断属于哪种效应。
- 小尺寸效应:是指当纳米粒子的尺寸与光波波长、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原子密度减小,导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的小尺寸效应。例如,纳米颗粒的熔点低于块状金属等。但本题中半径为纳米级的$\text{Ag}$变成半导体或者绝缘体并非是因为尺寸与这些物理特征尺寸相当导致的常规小尺寸效应表现,所以A选项不符合。
- 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减小而急剧增大后所引起的性质上的变化。纳米粒子表面原子数多,表面能高,表面原子近邻配位不全,这些表面原子具有高的活性,极不稳定,很容易与其他原子结合。表面效应主要体现在表面原子的活性和化学反应性等方面,与$\text{Ag}$变成半导体或绝缘体的现象没有直接关联,所以B选项不符合。
- 量子尺寸效应:当粒子尺寸下降到最低值时,费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和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分子轨道能级,能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应。对于$\text{Ag}$这种金属,在宏观状态下是导体,具有连续的能带结构。当$\text{Ag}$的半径达到纳米级时,由于量子尺寸效应,其能带结构发生变化,能隙变宽,使得电子的跃迁受到限制,从而表现出半导体或者绝缘体的特性,所以C选项符合。
- 宏观量子隧道效应:是指微观粒子具有贯穿势垒的能力,即电子等微观粒子能够穿过它们按经典运动规律不能越过的势垒。宏观量子隧道效应主要涉及微观粒子的隧道贯穿现象,与$\text{Ag}$变成半导体或绝缘体的现象不相关,所以D选项不符合。