表面效應(yīng)

表面效應(yīng)是指納米微粒表面原子與總原子數(shù)之比，隨粒徑的變小而急劇增大后引起性質(zhì)上的變化。納米材料的顆粒尺寸小，位于表面的原子所占的體積分?jǐn)?shù)很大，產(chǎn)生相當(dāng)大的表面能。隨著納米粒尺寸的減小，比表面積急劇加大，表面原子數(shù)及比例迅速增大。由于表面原子數(shù)增多，比表面積大，使得表面原子處于“裸露”狀態(tài)。周圍缺少相鄰的原子,原子配位數(shù)不足，存在未飽和鍵，導(dǎo)致了納米顆粒表面存在許多缺陷，使這些表面具有很高的活性，特別容易吸附其他原子或與其他原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這種表面原子的活性不但引起納米粒子表面輸運(yùn)和構(gòu)型的變化，同時(shí)也引起表面電子自旋、構(gòu)象、電子能譜的變化。它是納米粒子及其固體材料的*重要的效應(yīng)之一。

小尺寸效應(yīng)

隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會(huì)引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時(shí)其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。當(dāng)超細(xì)微粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，晶體的周期性的邊界條件將被破壞；在非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面層附近原子密度減少, 磁性、內(nèi)壓、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化性及熔點(diǎn)等與普通粒子相比都有很大變化, 這就是納米粒子的小尺寸效應(yīng)。納米材料之所以具有這些奇特的宏觀結(jié)構(gòu)特征, 是由于在納米層次上, 物質(zhì)的尺寸不大不小, 所包含的原子、分子數(shù)不多不少, 其運(yùn)動(dòng)速度不快不慢。而決定物質(zhì)性質(zhì)的正是這個(gè)層次的由有限分子組裝起來的集合體, 而不再是傳統(tǒng)觀念上的材料性質(zhì)直接決定于原子和分子。介于物質(zhì)的宏觀結(jié)構(gòu)與微觀原子、分子結(jié)構(gòu)之間的層次(即小尺寸效應(yīng))對材料的物性起著決定性作用。

量子尺寸效應(yīng)

當(dāng)粒子尺寸下降到某一值時(shí), 金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)的現(xiàn)象，納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的*被占分子軌道和*低未被占分子軌道能級(jí)，能隙變寬的現(xiàn)象均稱為量子尺寸效應(yīng)。當(dāng)能級(jí)間距大于熱能、磁能、光子能量或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時(shí)，則引起能級(jí)改變、能隙變寬, 使粒子的發(fā)射能量增加，光學(xué)吸收向短波方向移動(dòng)，直觀上表現(xiàn)為樣品顏色的變化，這些必導(dǎo)致納米晶體材料的光、熱、磁、聲、電等與常規(guī)材料有顯著的不同，如特異的光催化、較高的非線性光學(xué)效應(yīng)等。

量子隧道效應(yīng)

量子隧道效應(yīng)是從量子力學(xué)的粒子具有波粒二象性的觀點(diǎn)出發(fā)，解釋粒子能夠穿越比總能量高的勢壘，這是一種微觀現(xiàn)象。微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。