纳米材料2014-光科

纳米光电材料1•定义：纳米材料是一种粒子尺寸在1到100nm的材料。

纳米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料。

其中最重要的一点就是实现光电转化。

其原理如下：N型半导体P型半导体图L光照下半导体电压的产生原理图光作用下的电化学过程即分子、离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。

当一束能量等于或大于半导体带隙(Eg)的光照射在半导体光电材料上时，电子(e-)受激发由价带跃迁到导带，并在价带上留下空穴(h + )，电子与孔穴有效分离，便实现了光电转化［1］。

2•分类：纳米光电材料的分类纳米光电材料按照不同的划分标准有不同的分类，目前主要有以下几种： 1.按用途分类：光电转换材料：根据光生伏特原理，将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料。

目前, 小面积多结GaAs太阳能电池的效率超过40 %［2］。

光电催化材料：在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料，它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。

例如，水的分解反应，该反应的△ rGm >> 0在光电材料催化下，反应可以在常温常压下进行［3］2.按组成分类:有机光电材料：由有机化合物构成的半导体光电材料。

主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等；无机光电材料：由无机化合物构成的半导体光电材料。

主要包括Si、TiO2、ZnS LaFeO3 KCuPO4- 6H2O、CuinSe2等;有机与无机光电配合物：由中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物。

主要有 2 , 2-联吡啶合钉类配合物等［4］。

3. 按形状分类纳米材料大致可分为纳米粉末、一维纳米材料、纳米膜等。

纳米粉：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中问物态的固体颗粒材料。

一维纳米材料：指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。

纳米材料物理基础——光学性质纳米材料具有体材料不具备的许多光学特性。

已有的研究表明，利用纳米材料的特殊光学性质制成的光学材料将在日常生活和高科技领域内具有广泛的应用前景。

例如纳米SiO2光学纤维对波长大于600nm的光的传输损耗小于10dB/km，此值比SiO2体材料的光传输损耗小许多倍。

纳米结构材料在结构上与常规的晶态和非晶态体系有很大的差别，表现为：小尺寸、能级离散性显著、表（界）面原子比例高、界面原子排列和键的组态的无规则性较大等。

这些特征导致纳米材料的光学性质出现一些不同于常规晶态和非晶态的新现象。

纳米材料的光吸收大块金属具有不同的金属光泽，表明它们对可见光中的各种波长的光的反射和吸收能力不同。

当尺寸减小到纳米级时，各种金属纳米粒子几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极低，而吸收率相当高。

例如，Pt纳米粒子的反射率为1%，Au纳米粒子的反射率小于10%。

纳米SiN、SiC以及Al2O3粉等对红外有一个宽频强吸收谱。

纳米材料的红外吸收谱宽化的主要原因：（1）尺寸分布效应：通常纳米材料的粒径有一定的分布，不同的颗粒的表面张力有差异，引起晶格畸变程度的不同，这就导致纳米材料键长有一个分布，造成带隙的分布，这是引起红外吸收宽化的原因之一。

（2）界面效应：界面原子的比例非常高，导致不饱和键、悬挂键以及缺陷非常多，界面原子除与体相原子能级不同外，相互之间也可能不同，从而导致能级分布的展宽，与常规大块材料不同，没有一个单一的、择优的键振动模，而存在一个较宽的键振动模的分布，对红外光作用下的红外光吸收的频率也就存在一个较宽的分布。

纳米结构材料红外吸收的微观机制研究还有待深入，实验现象也尚需进一步系统化。

光吸收中的红移和蓝移现象在有些情况下，粒径减小至纳米级时，可以观察到光吸收带相对粗晶材料呈现“红移”现象，即吸收带移向长波方向。

从谱线的能级跃迁而言，谱线的红移是能隙减小，带隙、能级间距变窄，从而导致电子由低能级向高能级及半导体电子由价带到导带跃迁引起的光吸收带和吸收边发生红移。

纳米材料的光学材料及其应用纳米科技是当今科学技术领域发展最为迅速的一个领域，其不仅具有广泛的基础研究意义，而且应用价值也是不容忽视的。

纳米材料作为一种新型材料，其在光学材料领域中的应用具有广泛的发展前景。

本文就纳米材料在光学材料领域中的应用及其特性进行探讨。

一、纳米材料在光学领域中的应用纳米材料在光学领域中的应用涉及到三个方面，即光学传感器、光学储存材料和光学通信材料。

其中，光学传感器可以通过纳米材料对光信号进行增强或减弱，以实现对物质浓度、温度、湿度等参数的测量；光学储存材料通过纳米颗粒的表面等形貌与原位掺杂，将数据以更高的密度编码和存储；光学通信材料利用纳米材料的局域表面等离子体共振（LSPR）特性，可以实现高容量、高速率和高稳定性的数据传输。

二、纳米材料的光学特性纳米材料具有很多优异的光学特性，且这些特性与其材料、形态、尺寸等都有关系。

1. 表面等离子体共振（LSPR）表面等离子体共振是指光吸收、散射与绕射的一种共振，其能量可以集中在小的区域内。

纳米颗粒通过表面等离子体共振的作用，可以增强光场强度，改变材料的光孔径、波长和色散等性质，使得其在光学传感、光学储存和光传输等方面具有重要应用。

2. 局域表面等离子体共振（LSPR）局域表面等离子体共振与表面等离子体共振类似，但其只针对纳米颗粒表面的坑穴、凸起等形貌特征，而不是整个表面。

局域表面等离子体共振通过特定材料的尺寸和形态，可以产生和调控表面等离子体共振，从而实现对光学信号的增强或减弱。

3. 散射光谱（SERS）散射光谱是指当纳米颗粒暴露在激光束中时，与周围物质相互作用而散射所产生光信号的谱线。

散射光谱通过纳米颗粒与分子之间作用的放大和选择性，可以实现较低浓度物质的检测，具有应用于药物和环境领域的潜在能力。

三、纳米材料在光学材料领域中的应用实例1. 光学传感器通过利用纳米材料的LSPR特性，可以实现对环境参数的快速测量。

例如，在制药、食品、医疗和环境监测等领域，可以利用金、银、铜等纳米材料制造传感器，实现对生物、化学、物理环境参数的检测与诊断。

纳米光电材料TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-纳米光电材料1.定义：纳米材料是一种粒子尺寸在1到100nm的材料。

纳米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料。

其中最重要的一点就是实现光电转化。

其原理如下：光作用下的电化学过程即分子、离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。

当一束能量等于或大于半导体带隙(Eg)的光照射在半导体光电材料上时，电子(e-)受激发由价带跃迁到导带，并在价带上留下空穴(h+)，电子与孔穴有效分离，便实现了光电转化[1]。

2.分类：纳米光电材料的分类纳米光电材料按照不同的划分标准有不同的分类，目前主要有以下几种：1.按用途分类：光电转换材料：根据光生伏特原理，将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料。

目前，小面积多结GaAs太阳能电池的效率超过40%[2]。

光电催化材料：在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料，它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。

例如，水的分解反应，该反应的ΔrGm﹥﹥0在光电材料催化下，反应可以在常温常压下进行[3]2.按组成分类：有机光电材料：由有机化合物构成的半导体光电材料。

主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等；无机光电材料：由无机化合物构成的半导体光电材料。

主要包括Si、TiO2、ZnS、LaFeO3、KCuPO4·6H2O、CuInSe2等；有机与无机光电配合物：由中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物。

主要有2，2-联吡啶合钌类配合物等[4]。

3.按形状分类纳米材料大致可分为纳米粉末、一维纳米材料、纳米膜等。

纳米粉：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中问物态的固体颗粒材料。

中国发光碳纳米粒子成功用于荧光墨水和激光材料2014年02月24日 09:33 来源：中国科学报469人参与10评论发光碳纳米粒子的新收获曲松楠科研团队的研究不仅证实了碳纳米粒子在绿光波段的发光为本征发光，还在绿光波段实现碳纳米粒子光泵浦激光。

这个发现将直接影响碳纳米粒子的应用领域及应用前景。

碳材料在小于1发光碳纳米粒子的新收获曲松楠科研团队的研究不仅证实了碳纳米粒子在绿光波段的发光为本征发光，还在绿光波段实现碳纳米粒子光泵浦激光。

这个发现将直接影响碳纳米粒子的应用领域及应用前景。

碳材料在小于10纳米时具有发光特性。

之前，国际上认为碳纳米粒子在绿光波段的发射是源自碳纳米粒子表面的缺陷，而这种缺陷发光来源被认为很难实现激光。

近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（以下简称长春光机所）副研究员曲松楠所在的科研团队实现了碳纳米粒子所发蓝光和绿光的调控，首次实现了碳纳米粒子在绿光波段的光泵浦激光。

新兴的发光材料早在2006年，美国克莱蒙森大学的科学家们就制造出一种碳纳米粒子，在光照的情况下，可以发出明亮的光。

当年，克莱蒙森大学化学博士孙亚平曾指出，碳不是半导体，发光碳纳米粒子不管是从理论角度还是从应用角度看都很有意思，它是一类新兴的发光材料，代表一个新的研究平台。

更早前，发光无机半导体纳米粒子的研究非常活跃，尤其是其在生物和医学中的应用。

无机半导体纳米粒子一般含重金属内核（铅、镉），有一定毒性，对环境也存在危害，所以科学家们开始以一些无毒的化合物制备新的发光纳米粒子。

发光碳纳米粒子具有独特的优点，如化学稳定性、无光闪烁、耐光漂、无毒、造价比较便宜以及优异的生物相容性。

2012年，长春光机所基于碳纳米粒子，研制出一种具有生物相容性的荧光墨水。

曲松楠正是当年这个技术的主要研发者。

他们以柠檬酸、尿素为原料，通过微波法制备出高荧光量子效率的碳纳米粒子。

绿光波段本征发光其实，近年来对于碳纳米点发光机理存在很大争议，主要围绕着是本征发光还是表面缺陷发光。

纳米材料的光电特性与应用嘿，咱们今天来聊聊纳米材料这个神奇的东西！特别是它那令人着迷的光电特性以及在生活中各种各样的应用。

我先跟您说个事儿啊，前阵子我去参加了一个科技展览。

在那儿，我看到了一个展示纳米材料光电特性的小实验。

实验员拿了一块小小的纳米材料薄膜，放在一个特殊的装置下，然后用一束光照上去。

哇塞，神奇的事情发生了！那薄膜瞬间就产生了电流，而且电流的强度还随着光照的强度变化而变化。

这可把我惊到了，就那么一小块看起来不起眼的材料，居然能有这么厉害的反应。

咱们言归正传，先来说说纳米材料的光电特性。

纳米材料的尺寸特别小，小到只有几个到几十个纳米。

这就使得它们的表面原子比例超级高，从而导致了独特的电子结构和光学性质。

比如说，纳米材料能够吸收特定波长的光，然后把光能转化为电能或者化学能。

而且它们的光电转换效率还特别高，比传统的材料厉害多了。

再讲讲纳米材料在太阳能电池中的应用。

您想想，传统的太阳能电池又大又笨重，效率还不咋高。

但是有了纳米材料就不一样啦！纳米材料可以制成薄膜太阳能电池，又薄又轻，还能贴在各种弯曲的表面上。

就像咱们家里的窗户，如果贴上这种纳米材料的太阳能薄膜，那窗户就能一边透光，一边发电，多酷啊！而且纳米材料的光电转换效率高，能让我们从太阳那里获取更多的能量。

还有呢，纳米材料在发光二极管（LED）里也有大用处。

LED 灯大家都不陌生吧，节能又耐用。

纳米材料可以让 LED 灯发出更纯净、更明亮的光，颜色也更加丰富多彩。

比如说，纳米量子点就可以用来制造超高清的显示屏，让咱们看电影、玩游戏的时候有更棒的视觉体验。

在生物医学领域，纳米材料也是大显身手。

有一种纳米材料能够在特定的光照射下释放药物，实现精准治疗。

这就好比是给药物装上了导航系统，让它们能够准确地到达病变部位，减少对其他健康组织的伤害。

我还听说，有科学家正在研究用纳米材料制造的微型传感器，植入人体后可以实时监测生理指标，一有异常就能及时发出警报。

纳米材料的光学特性和应用随着科技的迅速发展，纳米技术正在越来越广泛地应用于各个领域。

纳米尺度的材料具有很多独特的性质，特别是其光学性质表现出来的效果更为明显。

因此，纳米材料已成为光学应用领域的热点研究对象之一。

本文将对纳米材料的光学特性和应用进行探讨。

一、纳米材料的光学特性纳米材料由于其小的尺寸和表面积，与光的相互作用具有许多独特的性质。

首先就是纳米金属颗粒的表面等离子共振现象，该现象的产生源于金属颗粒内部的自由电子与外界电磁波相互作用。

在金属颗粒的尺寸小于波长时，这些光子极容易被激发并呈现出极大吸收强度。

因此，这种现象可以被应用于传感、标记和提高材料的吸光度等方面。

其次，利用金属颗粒表面的局域表面等离子体共振现象，可以制备出一些具有局域表面等离子体共振性质的纳米结构。

这种结构常被称为“表面等离子体共振芯片”（Surface Plasmon Resonance chip，SPR）。

在这种芯片上，抗体、DNA等分子识别分子可以稳定地吸附在金属纳米颗粒表面，然后再将这些分子加入测试区域，通过分析测试结果来了解分子间的互作。

这种技术被广泛应用于蛋白质、抗生素等药物的研究。

此外，纳米材料的局域电子浓度随着纳米颗粒大小和形状的改变而不同，从而形成了一些表现出不同光学性质的结构。

例如，一些具有静电吸引作用的纳米颗粒聚集在一起，可以形成一个类似于单个金属颗粒表面等离子体共振的许多颗粒的群体效应。

这种群体效应可以使吸收峰的位置更加红移，同时也会使峰宽变窄，从而增强了表面等离子共振吸收光谱的响应。

因此，纳米材料的局域电子浓度随其大小和形状的改变而改变，导致了其光学特性的多样性和灵活性，从而拓展了其各种应用领域的通用性。

二、纳米材料在光学应用中的应用1. 纳米颜料纳米颜料就是一种由纳米颗粒制成的颜料，可以在产生色彩的同时，为基底材料提供保护。

而且纳米颜料粒子的尺寸小，可提高纸张回弹性，使颜色更鲜艳醒目。

纳米颜料不像普通颜料一样会因为其尺寸过大而导致颜色的减淡，而是可以保持原有的鲜艳度。