第十一章 团簇及纳米材料
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纳米粒子团簇是由数个至数百个原子、分子凝聚在一起形成的纳米尺度的超微粒子。
这种团簇的物理和化学性质随所含的原子数目而变化,其空间尺度在几埃至几百埃的范围内,介于原子、分子与大块材料之间,是一种介观物质。
纳米粒子团簇具有许多独特的性质,例如磁性、吸附和排斥作用等。
在液体介质中,纳米颗粒的团聚可分为软团聚和硬团聚两种。
软团聚主要是由颗粒间的静电力和范德华力所致,可以通过一些化学作用或施加机械能的方式来消除;硬团聚形成的原因除了静电力和范德华力之外,还存在化学键作用,因此不易破坏,需要采取一些特殊的方法进行控制。
纳米粒子团簇具有广泛的应用前景。
例如,在量子器件、能量贮存、催化反应、新型材料、生物医学检测和宇航工业等领域都有深入研究和应用。
此外,对纳米材料个体的研究可以揭示其物理和化学性质,是纳米材料学基础研究的重要方面。
而对纳米颗粒群体的研究则可以探索组装纳米材料及其器件,使分子团簇、原子簇的特异性、微观性在宏观上得以表达,使无序的状态变成有序状态,使简单的组装研究向自组装方向发展。
以上内容仅供参考,建议查阅关于“纳米粒子团簇”的学术文献或咨询相关专家以获取更准确的信息。
团簇和纳米体系物理发展团簇和纳米体系是20世纪末发展起来的崭新领域,它所研究的对象是既不同于原子、分子,又不同于宏观物体的中间体系,尺度范围大约在0.1-100nm,这是人们过去从未进行研究的新领域,是人们认识物质世界的新层次。
它的丰富物理内涵,对物理学提出了新的挑战,也是当前物理学与其它学科交叉最富有活力的热点领域。
团簇简介原子和分子团簇,简称团簇(Cluster)或微团簇(microclusters),是几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成相对稳定的微观和亚微观聚集体,其物理和化学性质随所包含的原子数目而变化。
团簇的空间尺度是几个至几百个纳米的范围,用分子描述显得太大,用小块固体描述又显得太小,许多性质既不同于单个原子分子,又不同于固体或液体,也不能用两者性质作简单线性外延和内插得到。
因此,人们把团簇看作是介于原子分子和宏观固体之间物质结构的新层次,有人称之为物质的“第五态”。
正因为如此,团簇可作为各种物质由原子分子向大块物质转变过程中的特殊物相,或者说它代表了凝聚态物质的初始状态,团簇的研究有助于我们认识大块凝聚物质的某些性质和规律。
团簇科学是研究团簇的原子组态和电子结构、物理和化学性质及其向大块物质演化过程中与尺寸的关联,团簇同外界环境的相互作用规律等。
团簇科学处于多学科交叉的范畴。
从原子分子物理、凝聚态物理、量子化学、表面科学、材料科学甚至核物理学引入的概念和方法交织在一起,构成当前团簇究的中心议题,并逐渐发展成一门介于原子分子物理和固体物理之间的新型学科。
团簇研究的基本问题是:弄清团簇如何由原子、分子一步步发展而成,以及随着这种发展、团簇的性质将如何变化,当尺寸多大时,团簇发展成宏观固体人们知道,由若干原子构成的分子,可在气相、液相和固相中稳定的单元存在,而团簇作为原子聚集体往往产生于非平衡条件,很难在平衡的气相中产生。
当团簇尺寸较小时,每增加一个原子,团簇的结构发生变化,即所谓重构。
团簇和纳米体系物理发展团簇和纳米体系是20世纪末发展起来的崭新领域,它所研究的对象是既不同于原子、分子,又不同于宏观物体的中间体系,尺度范围大约在0.1-100nm,这是人们过去从未进行研究的新领域,是人们认识物质世界的新层次。
它的丰富物理内涵,对物理学提出了新的挑战,也是当前物理学与其它学科交叉最富有活力的热点领域。
团簇简介原子和分子团簇,简称团簇(Cluster)或微团簇(microclusters),是几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成相对稳定的微观和亚微观聚集体,其物理和化学性质随所包含的原子数目而变化。
团簇的空间尺度是几个至几百个纳米的范围,用分子描述显得太大,用小块固体描述又显得太小,许多性质既不同于单个原子分子,又不同于固体或液体,也不能用两者性质作简单线性外延和内插得到。
因此,人们把团簇看作是介于原子分子和宏观固体之间物质结构的新层次,有人称之为物质的“第五态”。
正因为如此,团簇可作为各种物质由原子分子向大块物质转变过程中的特殊物相,或者说它代表了凝聚态物质的初始状态,团簇的研究有助于我们认识大块凝聚物质的某些性质和规律。
团簇科学是研究团簇的原子组态和电子结构、物理和化学性质及其向大块物质演化过程中与尺寸的关联,团簇同外界环境的相互作用规律等。
团簇科学处于多学科交叉的范畴。
从原子分子物理、凝聚态物理、量子化学、表面科学、材料科学甚至核物理学引入的概念和方法交织在一起,构成当前团簇究的中心议题,并逐渐发展成一门介于原子分子物理和固体物理之间的新型学科。
团簇研究的基本问题是:弄清团簇如何由原子、分子一步步发展而成,以及随着这种发展、团簇的性质将如何变化,当尺寸多大时,团簇发展成宏观固体人们知道,由若干原子构成的分子,可在气相、液相和固相中稳定的单元存在,而团簇作为原子聚集体往往产生于非平衡条件,很难在平衡的气相中产生。
当团簇尺寸较小时,每增加一个原子,团簇的结构发生变化,即所谓重构。
§3. 纳米团簇的结构与性质
3.1 稳定机构与幻数
在团簇质谱分析中、含有某些特殊原子数的团簇的强度呈现峰值,表明这些团簇特别稳定,所含的原子数称为“幻数”。
团簇的幻数序列与构成团簇的原子键合方式有关,金属键来源于自由价电子,半导体键是取向共价键、碱金属卤化物为离子键,惰性元素原子间的作用力为范德瓦尔斯键。
3.2 团簇的性质
3.2.1 量子尺寸效应
尺寸为2.8nm CdS团簇,光吸收谱进—步蓝移,在360nn处有一个宽峰,属1s跃迁。
而高频端也存在吸收峰。
实验表明纳米尺寸的半导体团簇具有可贵的光学性质,即分立的能级跃迂,并与团簇尺寸和形状密切有关。
3.2.2 电子性质
(1)下图给出了钾团簇电离势随n的变化”,可以看出直至n接近100,电离势具有与团族幻数相对应的峰值,在某一壳层连续填充的过程中,电离势近似一常数,但在每一个壳层填满时,电离势发生突变。
(2)带负电铜簇Cu-(n=1-410)进行紫外光电子谱实验,通过观察光电子发射可以直接估计出相应中性团族的电子亲和势。
下图是有各种原子数的铜团簇Cu n-的光电子谱。
3.2.3光学性质
金属团簇对光的响应具有和单个原于及大块固体均不相向的特征。
下图示出尺寸分别为2nm,14nm和20nm铜闭簇嵌埋于氟化理基体中的光
吸收谱,下表给出了实验结果。
随着团簇尺寸增加.峰位红移.峰展宽。
团簇科学的基本概念及其在纳米材料合成中的应用在当今科技领域中,纳米材料合成成为了研究的热点之一。
作为纳米材料合成的重要手段之一,团簇科学因其独特的优势而备受关注。
本文将介绍团簇科学的基本概念,并讨论其在纳米材料合成中的应用。
一、团簇科学的基本概念团簇科学是研究原子或分子聚集体的科学,旨在深入理解团簇的物理、化学及材料特性。
团簇指的是由几个至数千个原子或分子组成的超分子结构。
相对于宏观材料,团簇具有尺寸小、化学反应活性高以及性能可调控等特点。
团簇科学的研究内容主要包括:团簇的合成、团簇的结构和性质以及团簇在材料科学中的应用。
其中,团簇的合成是团簇科学的核心内容,也是团簇在纳米材料合成中的关键环节。
二、团簇科学在纳米材料合成中的应用2.1 团簇在纳米材料结构控制中的应用团簇作为构筑纳米材料的基本单位,其结构对纳米材料的性质具有重要影响。
通过调节团簇的组成、形状和尺寸等因素,可以实现对纳米材料结构的精确控制。
例如,在金属纳米材料的合成过程中,通过控制金属团簇的成核和生长过程,可以精确调控金属纳米颗粒的尺寸和形态。
此外,利用不同的官能团或配体对金属团簇进行修饰,可以实现对纳米材料表面的改性,进而调控其物理和化学性质。
2.2 团簇在纳米催化剂合成中的应用团簇催化是纳米催化剂合成的重要手段之一。
通过合理设计和制备特定组成和结构的团簇,可以获得高效、高选择性的催化剂。
例如,在催化剂合成过程中,通过合成相对稳定的合金团簇,可以实现催化剂的尺寸和组分的精确控制。
此外,团簇催化还可以在原子层尺度上调控催化剂表面和表面原子的状态,从而提高催化活性和选择性。
2.3 团簇在纳米材料性能调控中的应用团簇作为纳米材料的基本构建单元,可以通过调控其组分、形貌和尺寸等参数,实现对纳米材料性能的调控。
例如,通过合成金属团簇,可以调控其电子结构和表面等能级,从而调控纳米材料的光学、电学性能。
此外,通过将有机分子或配体引入到纳米材料团簇中,可以实现对纳米材料的组装和修饰,从而调控其磁学、热学性能。
七、团簇及纳米材料12由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体。
1.1 团簇的定义1.团簇3团簇的空间尺度是几埃至几百埃的范围,其物理和化学性质随所含的原子数目而变化。
它们的性质既与单个原子或分子不同,也跟凝聚态物质不同,也不能用两者性质的简单线性外延或内插得到。
它是一种新形态,有的研究者称之为“物质第五态”。
除了形成中性团簇外,还可形成带正、负电荷的团簇离子。
任何元素都可以形成团簇和团簇离子。
1.1 团簇的定义1.团簇4团簇是在非平衡条件下产生的,其形状多种多样,巳知有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等。
绝大多数原子团簇的结构不清楚。
团簇的结构通常是通过理论计算得到的,还不能用实验方法直接测定。
1.3 团簇的结构1.团簇5团簇是由原子数逐步增加而发展起来的。
像原子核中存在幻数一样,团簇结构中也存在幻数。
当团簇中的原子或分子数 n 等于某些特定数字时,团簇的结构最为稳定,这些特定数字称为幻数。
不同物质具有不同的幻数值和结构。
1.团簇1.3 团簇的结构55Xe 团簇的质谱6铅团簇的质谱实验发现团簇粒子Pb 7、Pb 10最稳定,这里n=7、10就是幻数。
这时团簇粒子的能量最低,从而幻数团簇最稳定。
近十多年发现的碳原子团簇,其幻数为3,11,15,19,60,70。
这时团簇粒子的能量最低,从而幻数团簇最稳定。
1.团簇1.3 团簇的结构7 原子的排列方式(原子的位置因素)和电子状态决定团簇的结构及其稳定性。
1.团簇1.3 团簇的结构81.团簇当前能大量制备并分离的团簇是C60(富勒烯)。
3.纳米材料的纳米效应与性能量子尺寸效应小尺寸效应表面效应宏观量子隧道效应910 对于介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言,大块材料中的连续的能带分裂为分立的能级,能级间的距离随颗粒尺寸减小而增大。
当粒子尺寸下降到某一值时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级;半导体纳米微粒的最高占据分子轨道(HOMO )和最低未占据分子轨道能级(LUMO )之间的能隙急剧变宽,这些现象称为量子尺寸效应。
团簇纳米材料的尺度概念
团簇是由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体,其物理和化学性质随所含的原子数目而变化。
团簇是材料尺度纳米材料的一个概念。
团簇的空间尺度是几埃至几百埃的范围,用无机分子来描述显得太小,用小块固体描述又显得太大,许多性质既不同于单个原子分子,又不同于固体和液体,也不能用两者性质的简单线性外延或内插得到。
因此,人们把团簇看成是介于原子、分子与宏观固体物质之间的物质结构的新层次,是各种物质由原子分子向大块物质转变的过渡状态,或者说,代表了凝聚态物质的初始状态。
新团簇材料的研究尚处于发展阶段,主要集中在其物理性质研究方面。
1、硅、锗、碳等IV族元素团簇嵌入玻璃、沸石、氟化锉等基质中,会出现光学频移、非常的激子态、振状态、电子态及电子输运等量子受限特征,团簇材料随尺寸变化的电子态特征尤其使人感兴趣,如多孔硅发光受限Cd和Se等团簇的发光蓝移及碳球团簇光致发光等。
2、团簇材料的非线性响应及超快弛豫特征。
3、纳米尺寸金属团簇间的自合金化。
4、过渡金属团簇材料的奇异磁性质。
纳米ir团簇
(实用版)
目录
1.纳米 ir 团簇的定义和特点
2.纳米 ir 团簇的应用领域
3.纳米 ir 团簇的研究现状和未来发展
正文
纳米 ir 团簇是一种具有特殊性质的纳米材料,其独特的结构和性质使其在多个领域具有广泛的应用。
首先,纳米 ir 团簇的定义和特点。
纳米 ir 团簇是由金属离子或金属原子组成的纳米级团簇,其尺寸在 1-100 纳米之间。
这些团簇具有大表面的特殊效应,使得它们的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大改变,并且其尺度已接近光的波长,加上其具有大表面的特殊效应,因此其所表现的特性,例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等,往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
其次,纳米 ir 团簇的应用领域。
由于其独特的性质,纳米 ir 团簇被广泛应用于催化、传感、光电子学、磁性材料、生物医学、能源存储等领域。
例如,纳米 ir 团簇可以作为催化剂,提高化学反应的效率和选择性;可以作为传感器,提高对生物分子或环境因素的检测灵敏度和特异性;可以作为光电子器件,实现高效的光电转换和光电信号处理;可以作为磁性材料,提供高效的磁性存储和磁性传感器等等。
最后,纳米 ir 团簇的研究现状和未来发展。
纳米 ir 团簇的研究在过去几十年中得到了迅速发展,我们已经能够通过各种方法制备出各种类型的纳米 ir 团簇,并且对其性质和应用进行了深入研究。
然而,纳米 ir 团簇的研究还存在许多挑战,例如如何控制团簇的尺寸和形状,如何提高团簇的稳定性,如何实现团簇的高效应用等等。
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