1第一章纳米物理基本概念与纳米材料-1讲

纳米材料物理基础第一讲2015级物理学硕士2016年3月物理与微电子科学学院SchoolofPhysicsandMicroelectronicsScience讲课内容第一讲第一章纳米物理基本概念与纳米材料——2周第二章纳米材料的制备方法（4人）——3-4周第三章纳米材料的表征方法（4人）——5-6周第四章纳米材料的力学性能（4人）——7-8周第五章纳米材料的热学性能（4人）——9-10周第六章纳米材料的电学性能（4人）——11-12周第七章纳米材料的磁学性能（4人）——13-14周第八章纳米材料的光学性能（4人）——16-17周上课安排：共分四个组，每组四位学生，主题见上页。每组选一位组长，负责内容协调。成绩构成：上课签到：30%；课堂讲解：30%结题报告：40%上课安排及成绩构成1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段1.1纳米、纳米科技、纳米物理1.2纳米材料纳米长度单位，1nm=10-9m纳米科学：研究nm尺度，原子、分子和其它物质运动、变化规律；纳米技术：用该规律，在nm尺度对原子、分子操纵和加工。不仅尺度纳米化，使人类迈入新微观世界，物质运动受量子原理主宰。特点：交叉、综合性。现代科学（量子力学、介观物理、混沌物理、分子生物学）和现代技术（计算机，扫描探针显微，电子束和电镜、激光和核分析技术）结合产物。纳米科技与其它交叉引发新学科、技术，nm电子学、nm生物学、nm材料学、nm机械学、nm光子学。nm材料和器件分支学科交点。纳米物理：分支，研究原子以上100nm以下nm世界（介观）物理问题及应用科学。研究对象：至少一维度100nm以下原子或分子集合体。任务：研究nm材料与结构物理制备法，探索原子或分子性质反应规律。纳米材料：至少一维nm尺度，或它们为基本单元构成特殊性能材料。分类按维数，三类：（1）零维：空间三维均在纳米尺度，纳米尺度颗粒、原子团簇（2）一维：空间二维处纳米尺度，纳米丝、纳米棒、纳米管（3）二维：空间一维处纳米尺度，超薄膜表示：Lowdimentionalnanomaterials（0D,1D,2D）零维一维二维1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段1.1纳米、纳米科技、纳米物理1.2纳米材料按形状：（1）nm颗粒和粉体，nm管，nm线，nm棒，nm带，nm片，nm薄膜，介孔材料，nm针，nm孔洞，nm电缆，nm角，……nanoparicles,nanotubes,nanowires,nanorods,nanobelts,nanoplatelets,nano-films,mesoporousmaterials,nanosheets,nanoneedles,nanocable,nanohorns,……（2）纳米棒、丝与线：AspectRatio（纵横比）=Length/diameterAR小=纳米棒length1mAR大=纳米丝、线length1m1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段1.1纳米、纳米科技、纳米物理1.2纳米材料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（nanopores,mesoporous）新化学物种，20世纪80年代发现。团簇：几至几百个原子聚集体，粒径或=1nm，Fen（n,m，含原子数），CunSm,CnHm和碳族(C60，C70)等。物质第五态（四态准晶、等离子、非晶态2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段苯2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段埃克森美孚2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段石墨烯金刚石富勒烯巴基球富勒烯富勒烯管2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporousC60结构：12个五元环和20个六元环组成球形32面体，外形足球。六元环每个C原子双键与其他C原子结合，形成类苯环，键不同石墨sp2杂化轨道形成键，不同金刚石sp3杂化轨道形成键，以sp2.28杂化轨道（s30％，p70％）形成键。C60两键夹角106°1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporousC60固体绝缘体，碱金属掺杂金属导体，掺杂C60为超导体。Hebard发现Tc18K的K3C60超导体；变掺杂，获Tc更高超导体：Cs2RbC60为33K；Rb2.7Tl2.2C60为45K。掺杂C60Tc高仅次铜氧化物超导体。C60固体低温铁磁性。1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous1992瑞士联邦大学D.Vgarte高强度电子束对C棒长t照射，发现多层相套巴基球，结构像洋葱，巴基葱（Buckyonlons）。70多层（图5）。C801.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous埃克森美孚1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous纳米晶1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段2.1团簇(clusters)2.2纳米粒子(Nanoparticles)2.3一维纳米材料Onedimentional(1D)nanomaterials2.4量子阱、量子线、量子点2.5纳米孔nanopores,mesoporous1.纳米物理一些基本概念2.纳米材料的基本单元3.由纳米基本单元构筑的纳米材料4.纳米材料研究的三个阶段2.1团簇(clust