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为何单分散纳米材料或团簇可以稳定存在?(2)-量子尺寸效应

已有 6007 次阅读 2017-2-23 17:40 |个人分类:评论|系统分类:论文交流

近几十年来,纳米材料研究一直很热门,几乎所有科学技术倒要与之建立联系的趋势。但是我们是否真的从基本的物理化学层面对纳米材料有正确的认识和定义呢?大家都一般接受的定义是三维尺寸有一维小于100nm就是纳米材料。但是我的研究和试验证明这并未反映纳米特性的本质,这一定义属于表面的认识。纳米材料应当有一个量子力学和热力学层面的定义更合适。

    关于这一问题我在几年前2011年就已经在与包括诺奖Kroto得主在内的一些研究者讨论过,我本来已经发表了部分结果,而且我在科学网上也提到过,但是马上有多人反对,所以我迟疑到今年,我们试验和理论有了新进展,才专门又来阐述这一问题。

     过去几十年来,大家对于纳米材料之所以以一维尺寸100nm以下来定义,很重要的原因是因为量子尺寸效应,当然实验室的试验数据也显示很多实验现象是因为尺寸变小导致的,特别是100纳米以下会更显著。但这应当是表象的认识,特别是我们能制备不同粒度的同一种材料的纳米颗粒以后,对于这一点我们与主流的观点有了根本不同。

     纳米材料我们所讲的量子尺寸效应,性质不但与尺寸相关,而且还会随着尺寸变化。这是很多实验已经证明了的。但是这一过程,性质变化原因不是尺寸直接导致的,按照久保理论是纳米颗粒表面电子的性质变化导致的,但是我们的通过实验得出,实际是这一过程会导致能量的转移,单分散纳米材料本身不但表面电子能级变化,而且还有量子驻波储能的作用。

      那么是否可以导出一个定义纳米材料的热力学定义标准呢?答案是肯定的,我在论文中推导给出了纳米材料尺寸的热力学定义公式,这篇论文最早版本发表在中国科技论文在线,目前被下载快接近一万次了,后来我修订提高后,又提交了刊物正式出版发表。我们的结果因为论述受篇幅所限,所以我博文可以给出一个大致结果,就是单分散纳米材料每一种材料产生纳米量子尺寸效应的最大尺寸都不一样,具体与表面原子的外围电子性质相关,可以近似用其化学键能计算其尺寸,得到的结果是,单分散纳米材料统一用一个尺寸100nm来定义是不妥的。有的材料显示量子尺寸效应要到50nm以下,而有的材料显示纳米量子效应却在200nm以上,甚至微米级。而且不同维度方向尺度会相互影响,比如石墨烯和碳纳米管。

      此处我强调单分散的原因是,纳米尺度量子效应和特性硬团聚后会消失。




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2 张北 朱晓刚

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