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纳米材料单分散新理论(1)-线性和波动曲线

已有 4861 次阅读 2013-12-12 10:40 |个人分类:纳米粉体|系统分类:论文交流| 氧化物, 杜邦公司, 半导体, 经典理论, 化合物

纳米材料自从1965年诺奖得主费曼提出概念后, 紧接着其后最重要的一个理论是日本科学家久保Kubo提出的关于金属纳米微粒的理论,另外1991年美国杜邦公司的研究者包括其华裔科学家,也提出了半导体纳米团簇材料的理论结果,还有MIT、欧美的研究者也提出了一些修正久保理论的结果,这些研究由于时代所限,实际很多无太多实验数据的支持或者数据准确度不足.久保的理论虽然可以解释一些纳米材料的实验现象和问题,但是对于更多的纳米材料新现象和问题却不能给出合理解释.多年来,这些作为纳米材料的经典原创理论,被大量文献所引用.  

根据我们多年对于纳米材料的实验研究, 我们对于纳米材料的单分散有了更深一步的认识. 由此针对纳米材料单分散提出了一种新的理论, 涵盖了金属纳米颗粒和半导体氧化物等化合物纳米颗粒,得到了一些与久保纳米理论不同的结果和推论. 久保理论中,纳米材料随着粒径变小,表面电子能级间隔增大,是线性增加的;而我们的研究表明, 单分散纳米材料随着粒径变小,表面能级间隔增大,是波动非线性增加的,而不是久保理论指出的线性增加,同时新理论与久保理论同样很好解释了这一现象的离散性,但将离散性与量子力学和纳米尺度的本质联系却是从全新机制予以解释的,而且与我们纳米粉体单分散试验结果符合更好.新能级间隔波动性增加理论,不但解释了久保理论已经解释的纳米材料实验现象, 还可以解释更多不同种类的纳米材料的实验现象.特别是纳米材料表观熔点降低和颜色变化等. 而且有意思的是,我们新的理论更符合量子力学波动性特征,只是与经典量子力学研究尺度相比,尺度放大了。我们指出完美石墨烯常温下稳定尺度有限,诺奖公告预测宏观应用存在不准确问题的研究结论,也来源于这一理论的一个推论。

因为久保理论是一个已经几十年的经典理论,实际在很多年前试验中,我们已经发现总结了新的纳米材料规律,来源于我们自己的实验,考虑到久保理论在国际纳米材料界的影响力, 为了谨慎起见,为此我们又做了多年试验研究和理论推演,我们有了实验结果后(少部分发表,大部分实验结果未发表),我们关于纳米材料单分散的实验结果是支持我们新理论的纳米材料随着粒径变小而波动曲线变化的观点,因此才在去年正式陆续将理论结果部分发表为系列论文, 其中在美国材料协会MRS2012falling meeting 上交流了部分这方面的理论研究结果, 目前其中一篇会议论文发表在MRS Proceedings / Volume 1505 /2013,DOI: http://dx.doi.org/10.1557/opl.2013.485

在我们国内大力提倡原创性基础和应用研究的今天,有的学生也因此认为国内科研都是模仿或者低水平重复,而对从事科研工作失去信心。我写此文的目的是表明,我们只要沉下心来去研究,我们不但在试验研究,在原创性基础理论研究中也是可以取得进展的,即使经典理论也可以对其有一点点的发展。



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