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1、纳米材料基础与应用纳米材料基础与应用纳米材料基础与应用22.1 纳米材料的基本理论纳米材料的基本理论量子尺寸效应量子尺寸效应小尺寸效应小尺寸效应表面效应表面效应宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应库仑堵塞与量子隧穿效应库仑堵塞与量子隧穿效应介电限域效应介电限域效应量子限域效应量子限域效应LUMOHOMO)exp()(!1)(nnPn 32122).3(2nmEFNEF34 NEF3432433/212/ )1018. 1 (/) 1(6)3(434dKKndmnNKEKBBeBFBNEF343212).3(2nmEF2D量子阱量子阱1D量子线量子线0D量子点量子点3D大块材料大块材料Differe

2、nt samples of CdSe nanocrystals in toluene solution100纳米纳米10纳米纳米1纳米纳米0.1纳米纳米随着尺寸的减小，比表面积迅速增大随着尺寸的减小，比表面积迅速增大纳米材料基础与应用21表表2-1 纳米微粒尺寸与表面原子数的关系纳米微粒尺寸与表面原子数的关系粒径粒径(nm)包含的原子数包含的原子数表面表面原子原子比例比例表面能量表面能量(J/mol)表面能量表面能量/总能总能量量1030000204.081047.654000408.1610414.32250802.0410535.3130999.2310582.2TkReEcB028Dou

3、ble Barrier Tunneling Junction VDC1C2R1R2CoulombIslandICoulomb StaircaseVIe/CR1C1 /R2C2 or 1 Coulomb BlockadeVR1C1 R2C2e/Ce/RC 库仑堵塞效应的存在，电流随电压的上升不再是直线上升，库仑堵塞效应的存在，电流随电压的上升不再是直线上升，而是在而是在IV曲线上呈现锯齿形状的台阶曲线上呈现锯齿形状的台阶1和2分别为掺了粒径大于10 nm和5 nm的GaSeSi的玻璃的光吸收谱 纳米材料基础与应用纳米材料基础与应用纳米材料基础与应用39纳米半导体微粒增强的量子限域效应使它的光学性能不同纳米半导体微粒增强的量子限域效应使它的光学性能不同于常规半导体。于常规半导体。纳米材料界面中的空穴浓度比常规材料高得多。纳米材料纳米材料界面中的空穴浓度比常规材料高得多。纳米材料的颗粒尺寸小，电子运动的平均自由程短，空穴约束电子的颗粒尺寸小，电子运动的平均自由程短，空穴约束电子形成激子的概率高，颗粒愈小，形成激子的概率越大，激形成激子的概率高，颗粒愈小，形成激子的概率越大，激子浓度愈高。子浓度愈高。这种量子限域效应，使能隙中靠近导带底形成一些激子能这种量子限域效应，使能隙中靠近导带底形成一些激子能

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