特种粉体与器件讲义(第二章).ppt

第一章粉体特性及表征超微粉体特征表面效应体内原子受到对称周围原子的作用力,表面原子是非对称性,它受体内原子单方面吸引力,表面原子的能量大于体内原子
超微粉体特殊的电学、光学、磁学、催化、热学等性质很大程度上与其比表面积大、表面能高这一表面效应有关量子尺寸效应有限尺寸的固体颗粒，电子的能量状态？？
Sommerfeld-Bloch模型，设想自由电子局域在边长为Ｌ的立方体内，电子能级应该为日本久保考虑在实际情况下颗粒的形状是不规则的，得出经验公式，分裂能级的平均间距与颗粒所含的自由电子总
数Ｎ呈反比关系：热能kT即使在室温温度300K，仅为0.025eV．
d≤10nm,即使在室温条件下，热激发也难以改变其电中性状态．
呈现量子尺寸效应的条件：分裂的能级间距应大于热能(kT)、静磁能(u0uBH)、静电能（edE)、光子能量（hv)等宏观量子隧道效应研究发现：对纳米镍微粒在4.2K仍然可处于超顺磁状态（可能的解释是低温下存在某种隧道效应）
产生隧道效应的原因：量子力学的零点振动可在低温下起类似于热起伏的效应，从而使绝对温度超微颗粒的磁化矢量重新取向，保持有限的弛豫时间
从量子力学文策－克拉茂－布里渊近似出发可求出临界温度T0.
T≤T0,量子隧道效应占主导,T0与居里温度Te比
T0/Te∝a/2r(a为自旋间距离,r为颗粒半径)
未来微电子基础：量子尺寸效应和宏观隧道效应
电学性质当ωτ≥1时当金属微颗粒镶嵌于介质中,有效介电常数与所含金属微颗粒的体积分数f?光学性质米氏理论对电磁波与颗粒相互作用进行了计算:
光束通过球状颗粒的介质时，进入介质z距离光强度I(z)=I0exp(-γz)
γ=NCext/V=N(Csca+Cabs)/V
考虑到一束单色的线偏振平面波入射到颗粒Ｐ上，根据麦克斯韦方程式，电场E与磁场B是相互依存的
B=(n/c)E,其中n=(εu)1/2
对场方程式求解，可得消光系数消光系数γ∝V0与∝N/V
ε1+2εm=0,γ最大，金属呈现绚丽的色彩
超微金属颗粒对光的反射率通常低于1%，对于太阳光谱似乎具有全吸收性质，又称太阳黑体
黄金Au→黑色，银白色Pt变为Pt黑
半导体Si和Ge都属于间接带隙半导体材料，通常情况下难以发光，粒径减小到4nm以下时，因能带结构的变化，有明显的可见光发射现象，且d↓，发光强度↑，光谱蓝移
纳米CdS、SnO2、Al2O3、TiO2和TiO2等也具有高度的光学非线性
磁学性质微粉永磁体：超微颗粒高矫顽力的单畴特性
磁性液体：超微颗粒矫顽力为零的超顺磁性
磁性超微粉体应用广泛
磁记录材料：γ-Fe2O3,Co-γ-Fe2O3,FeCo金属，CrO2、Fe4N等铁氧体微粉
磁性液体应用的有Fe3O4等各种纳米铁氧体微粉以及铁、镍、钴及其合金纳米微粉热学性质对应于Tm(r)=0的临界尺寸r0则为超微熔点降低的现象具有其实际的应用价值,采用超微粉体有利于陶瓷、高熔点金属粉末的烧结
金的常规熔点为1064℃，当颗粒尺寸减小到10nm时，则降低27℃，2nm时的熔点仅为327℃左右
银的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料
日本川崎制铁公司采用0.1~1微米的铜、镍超微颗粒制成导电浆料可代替钯与银等贵金属
采用纳米级电子陶瓷粉体可大幅度降低陶瓷的烧结温度，降低电子的制造成本催化性质△Eg为反应过程中所需克服的势垒高度
催化剂的作用是降低反应中势垒高度，使反应过程分解为几个小势垒的反应过程来完成对含有S催化剂的反应可书写成下列形式:(2)烷烃转换
如氢解、骨架、差向异构化，通常催化反应速率随颗粒尺寸减小而增大。例如乙烷氢解，如用Ni/SiO2作催化剂，当颗粒尺寸从22nm减小至2.5nm时，催化反应速率增加10倍
(3)同位素交换及氢解
通常催化剂反应速率随颗粒尺寸减小而降低，例如
CO+3H2—CH4+H2O
Ni/SiO2颗粒尺寸12nm减小至0.5nm时,反应速率降低粒径

粒径分布（均一性）

粒形颗粒粒径单颗粒的粒径几何学粒径投影径球当量径粒径的物理意义伶猖漠铜他垃参虑哎敬烁析烘都奥危票遍腾款族腐磺镀扫绊准卤桩丸浊纯特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章)粒径分布粒径分布频率分布和累积分布累积分布表示小于(或大于）某粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量与该粒径的关系（积分型）
采用质量基准时，累积分布的具体方法是：用大于或小于某一粒径D的颗粒质量∑Wi占颗粒群总质量W的百分数来表示筛余累积百分数或筛下累积百分数粒径分布函数以个数为基准的粒径分布，个数频率分布可由下式表示：

其中：

对数正态分布
粉碎产品的粒度分布往往因为细粉偏多粗颗粒较少而向