由于STM能够直接观察到原子在物质表面的排列状态和跟表面电子行为有关系的物理化学性质，因此，STM对表面科学、材料科学、生命科学和微电子科学技术的研究都有着重大的意义和广阔的应用前景。如图3-53为各种纳米材料的SPM图像，利用仪器的软件分析，可得到纳米材料的粒径分布等信息。在纳米尺度上进一步研究材料的特性，相位成像技术不可缺少。图3-54为利用STM对Fe原子与CO分子逐步进行反应的实时观察过程。......
2023-06-20
纳米材料电子能态特性探究
【摘要】：同时原来的电子能级也会发生分裂，使得体系所处的基态的性质也发生相应的改变。如果两个纳米微粒的尺寸小到一定程度，它们之间的电容也会小到一定程度，以至于电子不能集体传输，只能一个一个单电子传输，这种不能集体传输电子的行为被称为库仑堵塞。一个量子点上的单个电子穿过势垒进入到另一个量子点上的行为称为量子隧穿。
纳米材料的尺寸一般在1～100 nm之间，体系中只含有少量电子，因此电子的结构可近似看作单个原子壳层，可以参考处理原子的电子结构模型。如果将这一体系看成是一个势阱，则电子被限制在此势阱中。显然电子可占据的能级与势阱的深度和宽度有关。在强限制的情况下，即势阱很深时，纳米材料具有类原子的特性，可称为类原子材料。它的基态与所包含的电子数目的奇偶性有关，从而影响到它的物理性质。另外，类原子材料内所包含的电子数目容易变化，电子数目的涨落会强烈地影响到类原子的能级结构和性质。但对于非零维材料，电子的能级所处的基态和激发态的性质都与纳米材料的具体性质、尺寸、形状有关［1］。
2.纳米材料的电子关联和激发
当材料尺寸减小到纳米级别时，电子之间的相互作用变得更强。由于电子被严格限制在一个很小的区域内，电子波函数会受到材料内表面散射的影响，而散射波和入射波的相互叠加使所有的电子波函数都相互关联在一起，成为强关联的电子系统，从而改变了这些纳米尺度材料的物理性质。同时原来的电子能级也会发生分裂，使得体系所处的基态的性质也发生相应的改变。电子被激发时，在原来的能级处会留下一个空穴。电子—空穴之间的相互作用相应发生变化，使得电子与空穴在一定时间内重新复合。同时，电子或空穴也会在材料内扩散。如果电子和空穴扩散到材料表面，被表面所捕获的时间小于电子—空穴对寿命时，那么不管是电子或空穴都将首先被表面捕获，而留下的激发态的电子或空穴保持相当高的浓度。由此可以看出纳米尺度材料的激发态可能是长寿命和高浓度的，这就为研究和利用激发态或激发过程提供了可能。
3.局域化输运和量子隧穿
在电学性质的研究过程中，导电是电子在导体内运动的表现，如果两个纳米微粒不相连，那么电子从一个微粒运动到另一个微粒就会像穿越隧道一样，若电子的隧道穿越是一个一个发生的，则在电压电流关系图上表出台阶曲线，这就是量子隧道效应。如果两个纳米微粒的尺寸小到一定程度，它们之间的电容也会小到一定程度，以至于电子不能集体传输，只能一个一个单电子传输，这种不能集体传输电子的行为被称为库仑堵塞。由于库仑堵塞能的存在，体系的充放电过程是不连续的。纳米材料体系中电子输运是相位相干的，经典的欧姆定律不再成立，电流电压的关系是非线性的。体系的电导不仅与两端之间的线路有关，还与测量点外的部分相关。一个量子点上的单个电子穿过势垒进入到另一个量子点上的行为称为量子隧穿。此时必须有V＞e／C。当纳米微粒的尺寸为1 nm时，可以在室温下观察到量子隧道效应和库仑堵塞，当纳米微粒的尺寸在十几纳米范围时，观察这些现象必须在极低的温度下，例如-196℃以下。利用量子隧道效应和库仑堵塞，就可研究纳米电子器件，其中单电子晶体管和量子开关等是重要的研究课题。
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2023-06-20
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2023-06-20
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纳米材料的独特性能与应用详细阅读
由于它独特的结构形态，从而产生了小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应与宏观量子隧道效应等，这些性能使得纳米材料拥有了传统材料所不具备的优良性能。此时，表面原子活性高，易与其他原子相结合，这一现象被称为纳米材料的表面效应。图1-1纳米材料形态宏观量子隧道效应：纳米材料的微观粒子具有贯穿势垒的能力被称之为隧道效应。表1-1纳米材料特性与应用续表......
2023-06-23
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活性材料响应特性的激活探究详细阅读
从本质上讲，活性材料的激活响应及其反应特性、延迟反应时间均与所受的冲击波应力密切相关。初始冲击波压力较小时，两个活性材料试样均未完全激活，试样激活长度主要取决于初始冲击波压力。式表明，对于相同配方的活性材料，其激活应力阈值σt和经验常数C一定时，碰撞应力对活性材料反应延迟时间影响显著。分别取经验常数C为0.3、0.2、0.1和0.05，活性材料激活应力阈值为2 GPa，则碰撞应力对反应弛豫时间的影响如图3.14所示。......
2023-06-18
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纳米材料概述详细阅读
表1-1单位换算进制2.纳米材料的定义材料是指可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质。所谓纳米材料，是指在一维、二维或三维的空间始终处于1～100 nm范围内的晶体或非晶体。实际上，纳米材料的尺度划分并不是很严格。在考虑其是否属于纳米材料时有两点要考虑具体如下。二是纳米结构材料。在当时的条件下，人们并不知道纳米材料的概念，更没有手段去研究、分析这些材料。......
2023-06-20
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表5-30 国外无烟煤干燥无灰基挥发分的理论绝热燃烧温度计算结果 ℃图6.4背照射式InGaAsMSM－PD的结构示意图；光响应和暗电流曲线［239］；具有透明肖特基接触的InGaAsMSM－PD结构示意图；不同金电极厚度下器件响应率随入射光功率变化的关系曲线图［240］；BCB侧壁钝化InGaAsMSM－PD的结构示意图；钝化前后器件的亮暗电流电压曲线［241］。为了得到较快的响应速度，一般都将MSM-PDs的感光区域做到μm尺度。......
2023-06-24
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应用于材料表征的研究材料表征研究：X射线光电详细阅读
根据激发光源和测量参数的不同，电子能谱法有多种分支。以X射线作为激发源的称为X射线光电子能谱；用紫外光作为激发源致样品光电离而获得的光电子能谱称为紫外光电子能谱；如果用电子束作为激发源，测量发射的俄歇电子的称为俄歇电子能谱。由于X射线光电子能谱对样品的表面损伤轻微，样品处理要求简单、适用性广泛、可获取丰富的化学信息等特点在材料科学领域中有着广泛的应用。......
2023-06-21
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