从纳米晶到三维超晶格结构

纳米晶体正交结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容：纳米晶体正交结构是指纳米晶体在三维空间中呈现出正交晶系的结构特征。

纳米晶体是一种具有晶体特征但尺寸在纳米级别的材料，其晶体尺寸通常为1-100纳米，具有较高的比表面积和特殊的物理、化学性质。

正交结构是晶体学中的一种晶系，具有平行于坐标轴的三个相互垂直的晶系参数，其晶胞形状为长方体。

根据这种结构的特性，纳米晶体正交结构在材料科学领域中具有重要的应用前景。

纳米晶体正交结构的研究对于理解和掌握纳米级材料的物理和化学性质非常重要。

由于其比表面积的增大和晶格尺寸效应的存在，纳米晶体正交结构在光、电、磁等领域显示出与宏观材料截然不同的特性。

例如，纳米晶体正交结构的比表面积较大，可以增加材料的反应活性，使其在催化、光催化等领域具有潜在的应用。

此外，由于纳米晶体正交结构的晶格尺寸接近光的波长，纳米晶体正交结构也表现出材料各向异性和色散效应，使其在光学器件、传感器等领域有着广泛的应用前景。

因此，本文旨在从纳米晶体的定义和特征出发，介绍纳米晶体正交结构的基本概念和特点。

通过对正交结构的解析和讨论，揭示纳米晶体正交结构在材料科学领域中的重要性和应用前景。

最后，总结本文内容，给出对纳米晶体正交结构未来研究的展望。

通过本文的研究，我们可以更好地理解和应用纳米晶体正交结构，推动纳米科学与技术的发展。

文章结构部分是用来介绍整篇文章的组织结构和各个部分的内容。

以下是文章结构部分的内容：1.2 文章结构为了系统地介绍纳米晶体正交结构，本文将分为以下几个部分：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的在引言部分，我们将对纳米晶体正交结构的研究进行概述，明确本文的研究方向和重要性。

同时，我们将对整篇文章的结构进行介绍，以帮助读者更好地理解和阅读本文。

最后，我们将阐明本文的研究目的，明确要解决的问题和达到的目标。

2. 正文2.1 纳米晶体的定义和特征2.2 正交结构的介绍在正文部分，我们将首先介绍纳米晶体的定义和其独特的特征，包括纳米尺寸效应、巨大比表面积等方面的特点。

纳米科技导论课程小论文题目:纳米技术简介学号班级教师摘要：纳米材料作为材料科学中的重要一元，最近几年来受到科学界的普遍重视。

本文将从纳米材料的概况，制备工艺，及其部份应用等方面作出综合评判关键词：纳米材料制备方式1、纳米材料概述纳米是一种长度单位,一纳米相当于十亿分之一米,大约相当于几十个原子的长度.人类对纳米的研究是在高技术领域或继信息技术和生命科学以后的又一个里程碑.正如中国的纳米首席科学家张立德所说: “大多数人竟然一无所知,纳米即将是一次产业革命”.由于物质组成的精细度达到纳米级时,就能够表现出一些独特的物理、化学的性能,从而为新材料的产生制造条件.纳米技术能在原子和分子水平上操纵物质,制造和制备优良性能的材料.因此,纳米技术是一项引领时期潮流的前沿技术,是科技之峰颠. 1982 年,科学家发明了纳米的重要工具——扫描隧道显微镜为咱们揭露了一个可见的原子、分子世界,对纳米科技的进展产生了踊跃的增进作用.纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为大体单元组成的材料。

若是按维数，纳米材料的大体单元可分为三类：1．零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等。

2．一维，指在空间中有两维处于纳米尺度，如纳米四、纳米管、纳米棒等。

3．二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。

因为这些单元往往具有量子性质，因此对零维、一维、二维的大体单元又别离有量子点，量子线，量子阱之称。

纳米材料是新型材料，由于它的尺寸小、比表面大及量子尺寸效应，它具有常规粗晶材料不具有的特殊性能。

小尺寸效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长和超导态的相干长度或透射深度等物理特点尺寸相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏;非晶态纳米微粒的颗粒表面层周围原子密度减小,致使声、光、电磁、热力学等待性呈现新的小尺寸效应。

例如:光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移;磁有序态向磁无序态的转变;超导相向正常相的转变;声子谱发生改变。

纳米物理基本概念与纳米材料一、纳米材料的基本概念从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。

1.1 纳米材料广义地讲，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的具有特殊性能的材料。

纳米材料的分类•如果按维数，纳米材料可以分为以下三类：•（1）零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等。

•（2）一维：指在空间中有二维尺度处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等。

•（3）二维：指在空间中有一维处于纳米尺度，如超薄膜等。

如果按形状，纳米材料可以分为•（4）纳米颗粒和粉体、纳米管、纳米线、纳米带、纳米片、纳米薄膜、介孔材料纳米棒、纳米丝与纳米线:1.2 纳米材料的基本单元•团簇(clusters) •纳米粒子（nanoparticle）•一维纳米材料(1D) •量子阱、量子线、量子点•纳米孔洞1.3 纳米粒子纳米粒子（纳米颗粒、纳米微粒、超微粒子、纳米粉）：一般指颗粒尺寸在1－100nm之间的粒状物质。

它的尺度大于原子簇，小于通常的微粉。

早期称作超微粒子。

纳米颗粒是肉眼和一般的光学显微镜看不见的微小粒子。

名古屋大学的上田良二（R.Uyeda）给纳米颗粒的定义是：用电子显微镜才能看到的颗粒称为纳米颗粒。

纳米颗粒所含原子数范围在103－107个（1－100nm）。

其比表面比块体材料大得多，加之所含原子数很少，通常具有量子效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因而展现出许多特异的性质。

1.4一维纳米材料（纳米管、纳米线（丝）、纳米棒）：指在两维方向上为纳米尺度，长度比其它两维方向的尺度大得多，甚至为宏观量（如毫米、厘米级）的纳米材料。

根据具体形状分为管、棒、线、丝等。

通常纵横比小的称为纳米棒，纵横比大的称为纳米丝或纳米线。

四、低维纳米体系的理论基础和光谱特征在边界处，晶体材料的平移对称性被打破了，导致了表面和界面振动模式的出现。

此外，加工处理和生长过程中，晶粒的外层原子常常与相邻原子再作用（点阵重构、钝化/腐蚀层、污染物等）而经受陡峭的热化学梯度，产生了新相，这些新相产生了新谱。

这些因素在体材料Raman谱中常常被忽略了，但可以预言在纳米晶体中它们将变得非常有意义，因为对纳米结构这些贡献是非常大的。

12纳米粒子的特征：1 维度、尺寸与特征长度1）几何维度和几何大小2）特征长度指物力长度：退相长度（dephasing length ）L φ、扩散长度（diffused length ）L d 以及电子（激子）的波尔半径r e 、粒子的德布罗意波长λd 和电磁波长λ等。

不同外界条件下的同一特征长度的几何尺寸可能会不同，如：氢原子中电子的波尔半径只有0.05nm ，而在GaAs 中传导电子的波尔半径可达10nm 。

4.1低维纳米体系的晶格动力学和光散射理论研究1949年Frohlich第一个提出并研究了有限，尺寸晶体声子谱，理论。

Frohlich研究一个双原子球形样品，球半径大于晶格常数但小于红外波长，他证明：1）球内的计划是均匀的；2）在体材料的纵、横光学声子频率ωL和ωT之间出。

现一个新的光学模——称为Frohlich模ωF随后，小尺寸晶体的晶格动力学和拉曼散射的工作不断进展，形成新的学科分支。

564.1.1 超晶格半导体超晶格结构如图所示，此结构将导致与体材料不同的新的色散和光谱特征。

1）沿生长方向，构成了光学声子势阱，阱中声子的能量特征与势阱中的电子相类似;2）新的晶格周期L = (n 1a 1+n 2a 2), (其中，n 1和n 2是单层数，a 1和a 2分别是单层厚度，一般，L >> a;体材料-π/a —π/a 的大布里渊区变为-1/L —1/L 的小布里渊区。

对1和2体材料色散曲线差别不大（声学声子通常如此），则体色散曲线“折叠”入小布里渊区，超晶格中材料1和2的声子的能量分别“分裂”成n 1+n 2个能级。

第十二章纳米结构著名的诺贝尔奖获得者查德·费曼早就提出了一个令人深思的问题：“如何将信息储存到一个微小的尺度？令人惊讶的是自然界早就解决了这个问题，在基因的某一点上，仅30个原子就隐藏了不可思议的遗传信息……，如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和分子，那将创造什么样的奇迹。

”今天，纳米结构的问世以及它所具有的奇特的物性正在对人们生活和社会的发展产生重要的影响，费曼的预言已成为世纪之交科学家最感兴趣的研究热点。

纳米结构体系是当前纳米材料领域派生出来的含有丰富的科学内涵一个重要的分支学科，由于该体系的奇特物理现象及与下一代量子结构器件的联系，因而成为人们十分感兴趣的研究热点。

20世纪90年代中期有关这方面的研究取得重要的进展，研究的势头将延续到21世纪的初期。

所谓纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造一种新的体系，它包括一维、二维、三维体系。

这些物质单元包括纳米微粒、稳定的团簇或人造原子、纳米管、纳米棒、纳米丝及纳米尺寸的孔洞。

我们知道，以原子为单元有序排列可以形成有自身特点的，相对独立的一个新的分支学科。

关于纳米结构组装体系的划分至今并没有一个成熟的看法，根据纳米结构体系构筑过程中的驱动力是靠外因，还是靠内因来划分，大致可分为两类：一是人工纳米结构组装体系；二是纳米结构自组装体系和分子自组装体系。

所谓人工纳米结构组装体系，按人类的意志，利用物理和化学的方法人为地将纳米尺度的物质单元组装、排列构成一维、二维、三维的纳米结构体系，包括我们以前提到过的纳米有序阵列体系和介孔复合体系等。

这里人的设计和参与制造起到决定性的作用，就好像人们用自己制造的部件装配成非生命的实体（例如，机器、飞机、汽车、人造卫星等）一样，人们同样可以形成具有各种对称性的和周期性的固体，人们也可以利用物理和化学的办法生长各种各样的超晶格和量子线。

以纳米尺度的物质单元作一个基元按一定的规律排列起来形成一维、二维、三维的阵列称之为纳米结构体系，由于它具有纳米微粒的特征，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应等特点，又存在由纳米结构组合引起的新的效应，如量子耦合效应和协同效应等。

纳米材料绪论纳米和纳米科技的概念什么是纳米？纳米是一个长度计量单位，1纳米 = 10-9米。

纳米结构？纳米结构：所谓纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造一种新的体系，它包括一维、二维、三维体系。

纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下（1-100nm）的微小结构。

纳米技术？在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。

纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术。

什么是纳米科技？创造和制备各种新型具有优异性能的纳米材料；设计、制备各种纳米器件和装置；探测分析纳米材料,器件的结构,性质及其相互关系和机理。

纳米科技概念的提出与发展人类能够用宏观的机器制造比其体积小的机器,而这较小的机器可以制作更小的机器, 这样一步步达到分子线度, 即逐级地缩小生产装置, 以至最后直接按意愿排列原子,制造产品.那时, 化学将变成根据人们的意愿逐个地准确放置原子的问题。

当2000年人们回顾历史的时候, 他们会为直到1959年才有人想到直接用原子, 分子来制造机器而感到惊讶。

纳米材料纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(10-9～10-7m)或由它们作为基本单元构成的材料.绪论(ⅰ) 零维指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等；(ⅱ) 一维指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；(ⅲ) 二维指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜；超晶格等。

纳米材料和技术领域发展的历史第一阶段：纳米颗粒(纳米晶、纳米相、纳米非晶等)以及由它们组成的薄膜和块体；第二阶段：纳米复合材料；第三阶段：纳米组装体系。

二、纳米材料的奇异性能纳米材料的特殊性能是由于纳米材料的特殊结构，使之产生四大效应，即小尺寸效应、量子效应（含宏观量子隧道效应）、表面效应和界面效应，从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能。

由于纳米材料在磁、热、光、电、催化、生物等方面具有奇异的特性，使其在诸多领域有着非常广泛的应用前景，并已经成为当今世界科技前沿的热点之一。

一.四大效应小尺寸效应:当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或与磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常的现象光：纳米微粒较大的比表面导致了平均配位数下降，不饱和键和悬键增多，因而存在较宽的键振动模分布，使得纳米微粒的频带吸收宽化。

力：纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性热：纳米微粒的表面能高、比表面原子数多，这些表面原子临近配位不全，活性大以及熔化时所需增加的内能小，使得纳米微粒熔点急剧下降常见现象1、金属纳米相材料的电阻增大与临界尺寸现象（电子平均自由程）动量2、宽频带强吸收性质（光波波长）3、激子增强吸收现象（激子半径）4、磁有序态向磁无序态的转变（超顺磁性）（各向异性能）5、超导相向正常相的转变（超导相干长度）6、磁性纳米颗粒的高矫顽力（单畴临界尺寸）量子尺寸效应: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的现象；纳米半导体颗粒存在不连续的最高被占据分子轨道(HOMO) 和最低未被占据分子轨道能级(LUMO )，能隙变宽的现象，光吸收兰移，称为量子尺寸效应。

1. 导体向绝缘体的转变2.吸收光谱的兰移现象3. 磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关4. 纳米颗粒的发光现象表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒子尺寸的减小而大幅度的增加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子物理、化学性质的变化1、比表面积的增加2、表面原子数的增加3、较高的表面能。

主要影响1、表面化学反应活性(可参与反应)。

2、催化活性。

3、纳米材料的（不）稳定性。

4、铁磁质的居里温度降低。

5、熔点降低。

6、烧结温度降低。

7、晶化温度降低。

8、纳米材料的超塑性和超延展性。