银-螺旋氧化锌复合纳米管的制备及其光催化性能研究(3)
4.宏观量子隧道效应
隧道效应是基本的量子现象之一，是由微观粒子波动性引起的，又称为势垒贯穿。可以简单理解为即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，按照经典力学来说应该穿不过，但该粒子却能穿越这一势垒。这一现象称为势垒贯穿。近年来，人们研究发现了许多宏观量具有隧道效应，比如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷，它们在穿越宏观系统的势阱过程中产生变化，故人们称之为宏观量子隧道效应[7]。
同时纳米材料具有极为优异的力学性能，如高的强度、高的硬度以及良好的塑性。人们发现在不牺牲材料的塑性和韧性的条件下，金属材料的屈服强度和硬度随着晶粒尺寸的减小而提高[8]。当晶粒的尺寸达到纳米量级时，金属将会显示出一些非金属的特征。在磁结构方面，纳米材料与常规材料存在着很多不同，因此磁学性能方面也拥有着很大差异。例如，当晶粒尺寸减小至临界值时，常规的铁磁性材料将会转变为顺磁性，甚至转变到超顺磁状态。纳米材料的比表面积/ 体积很大，因此它的化学活性非常之高。正因如此，纳米材料在响应、催化和敏感等性能方面拥有杰出的表现。
5.介电限域
纳米粒子的介电限域效应受到的关注较少。实际样品中，粒子被各种介质包围着，例如空气﹑聚合物﹑玻璃和溶剂等。这些介质的折射率一般比无机半导体要低。光照射时，由于折射率不同产生了界面，邻近纳米半导体表面的区域﹑纳米半导体表面甚至纳米粒子内部的场强比辐射光的光强增大了[9]。这种局部的场强效应，直接的影响着半导体纳米粒子的光物理特性还有非线性光学特性。介电限域效应对无机-有机杂化材料以及用于多相反应体系中光催化材料的反应过程和动力学有着很大的影响。
上述的小尺寸效应﹑表面效应﹑量子尺寸效应﹑宏观量子隧道效应和介电限域应都是纳米微粒和纳米固体的基本特征，这一系列效应导致了纳米材料在熔点﹑蒸气压﹑光学性质﹑化学反应性﹑磁性﹑超导及塑性形变等许多物理和化学方面都显示出特殊的性能[10]。它使纳米微粒和纳米固体表现出很多奇特的物理性质和化学性质。
1.2 氧化锌纳米材料简介
1.2.1 氧化锌的结构
氧化锌是一种直接宽带隙II-Ⅵ族半导体，其带隙宽度为3.37eV，激子结合能为60meV。闪锌矿，纤锌矿和岩盐矿是三种氧化锌晶体的基本结构，如下图1.1所示。在三种基本结构之中，纤锌矿结构最为稳定，因此在自然条件下，氧化锌是以单一的吹冰方纤锌矿结构稳定存在的，晶体空间点群为 C6v4=P63mc。在室温下（25℃），当压强达 9GPa 时，纤锌矿结构将会转变为岩盐矿结构，体积也会相应缩小17%[11]
图1.1 ZnO晶体的三种基本结构
1.2.2 纳米氧化锌的制备
1.物理方法
物理法包括机械粉碎法和深度塑性变形法两种方法。机械粉碎法是指利用特别的电火花爆炸、机械粉碎等工艺,将氧化锌从普通级别粉碎至超细状态。张伟[12]等人研究了利用立式振动磨制备纳米粉体的过程和技术,得到了α-A12O3、ZnO、MgSiO3等超微粉,最细粒度可达到0.1μm工艺简单,但能耗大,产品纯度低,粒度分布不均匀,磨介的尺寸和进料的细度影响粉碎性能。这种方法得到的纳米粉体粒径达不到10nm以下的级别。深度塑性变形法是原材料在准静压作用下发生严重塑性形变,使材料的尺寸细化到纳米量级，该法制得的氧化锌粉体纯度高、粒度可控,但对生产设备要求高[13]。
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