學(xué)術(shù)報(bào)告感想范本
學(xué)術(shù)報(bào)告感想范本
在這個(gè)學(xué)期中，老師們將他們的精彩報(bào)告講給我們聽，我們受益匪淺，我們了解到了怎樣去思考關(guān)于我們研究自己課題的方法，還有思考研究的大致思路，最重要的是告訴我們要不懈的努力，去得到我們想要的預(yù)期成果。至于在科研中遇到的難題，更要不斷的去查找文獻(xiàn)，看著別人是怎樣研究出來的。在此，我要感謝老師的悉心教導(dǎo)，將自己的寶貴經(jīng)驗(yàn)告訴我們。在所有的老師報(bào)告中，我對(duì)納米材料的報(bào)告比較感興趣，這主要是因?yàn)槲业难芯亢屠蠋煂⒌膬?nèi)容有共同之處。
目前電子器件已能夠?qū)崿F(xiàn)納米量級(jí)，而由傳統(tǒng)電介質(zhì)構(gòu)成的光器件由于衍射極限的限制，尺寸卻還在微米量級(jí)，在微型化及高度集成化中遇到瓶頸。因此，為了適應(yīng)現(xiàn)代信息化的要求，就需要盡快地尋求突破衍射極限的新技術(shù)。
表面等離激元的內(nèi)涵
近年來，人們發(fā)現(xiàn)了一種能夠突破衍射極限的新機(jī)理，即在金屬/介質(zhì)界面上存在著一種表面束縛的電磁波模式，能夠克服衍射極限且可將能量高度限制在分界面處，稱為“表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)”。SPPs 為突破衍射瓶頸帶來了希望，采用 SPPs作為信息載體，最終可以實(shí)現(xiàn)光電子元器件在納米尺度的高度集成。目前，人們不斷地研究各種方法來利用 SPPs 實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)光子器件。且通過研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)電介質(zhì)構(gòu)成的光器件相比，基于 SPPs 的光子器件不僅能實(shí)現(xiàn)納米尺度超衍射極限光傳輸?shù)挠行д{(diào)控，而且呈現(xiàn)出了很多特殊的現(xiàn)象及功能。因此，基于SPPs 亞波長(zhǎng)光器件的研制成為近幾年來的研究熱點(diǎn)。
SPPs 是約束在金屬/介質(zhì)界面的一種非輻射電磁波，具有很多新的特性，可以突破光的衍射極限，成為近場(chǎng)光學(xué)研究的一個(gè)重要分支。這為亞波長(zhǎng)集成光學(xué)器件的研究提供了新的途徑，使光電子元器件能夠?qū)崿F(xiàn)納米量級(jí)上的集成。
表面等離子體激元(SPPs)是局域在金屬表面的一種自由電子與光子相互作用而形成的混合激發(fā)態(tài)，在這種相互作用中，外來電磁波使金屬中的自由電子產(chǎn)生集體振蕩，光波電磁場(chǎng)和表面電荷振蕩間相互作用最終就形成了具有特殊性質(zhì)的SPPs。
SPPs 的突出特性可概括為以下兩個(gè)方面:
1. 具有局域場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)：當(dāng)入射光波與金屬中的自由電子產(chǎn)生集體振蕩時(shí)，將有一部分入射光能量被限制在介質(zhì)表面，且垂直于界面向兩側(cè)呈指數(shù)級(jí)衰減。因此當(dāng)一定波長(zhǎng)的入射光波照在金屬平板時(shí)，反射光會(huì)大幅度地減少?gòu)亩诮饘俦砻婢钟蚍秶鷥?nèi)產(chǎn)生極強(qiáng)的光場(chǎng)。對(duì)于納米金屬顆粒，光場(chǎng)入射時(shí)也能夠在顆粒表面產(chǎn)生局域增強(qiáng)場(chǎng)。
2. 具有表面波的特性：SPPs不僅可以沿著介質(zhì)表面?zhèn)鞑�，而且在其被完全吸收前傳播的距離可達(dá)幾個(gè)到幾十個(gè)微米遠(yuǎn)。
基于 SPPs 以上優(yōu)異特性，其為制造應(yīng)用于高速光通信的集成光路帶來了新的希望。SPPs 與光波的相互作用和其本身性質(zhì)緊密相連，通過改變金屬表面SPPs 的一些特性，比如改變金屬表面亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，SPPs的色散關(guān)系、激發(fā)模式以及耦合效應(yīng)等性質(zhì)都會(huì)發(fā)生較大的變化�；赟PPs獨(dú)特的光學(xué)特性，近年來對(duì)表面等離子體光學(xué)的研究已經(jīng)成為一門新興學(xué)科，其在亞波長(zhǎng)SPPs波導(dǎo)器件、生物傳感、SPPs光刻技術(shù)、新型光源、超高分辨率成像等方面都有著廣泛的應(yīng)用前景�；赟PPs的光 納米材料，能夠在金屬/介質(zhì)界面以SPPs形式引導(dǎo)光的傳播，實(shí)現(xiàn)新的納米材料與納米技術(shù)的飛躍。
納米材料的內(nèi)涵
納米材料是指特征尺寸在納米數(shù)量級(jí)(通常指1~ 100 nm)的極細(xì)顆粒組成的固體材料。從廣義上講, 納米材料是指三維空間尺寸中至少有一維處于納米量級(jí)的材料。通常分為零維材料(納米微粒), 一維材料(直徑為納米量級(jí)的纖維), 二維材料(厚度為納米量級(jí)的薄膜與多層膜), 以及基于上述低維材料所構(gòu)成的固體。從狹義上講, 則主要包括納米微粒及由它
構(gòu)成的納米固體(體材料與微粒膜)。納米材料的研究是人類認(rèn)識(shí)客觀世界的新層次, 是交叉學(xué)科跨世紀(jì)的戰(zhàn)略科技領(lǐng)域。
納米材料主要由納米晶粒和晶粒界面兩部分組成。納米晶粒內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)與粗晶材料基本相同, 因此在這方面的研究報(bào)道不多。納米材料突出的結(jié)構(gòu)特征是晶界原子的比例很大, 當(dāng)晶粒尺寸為10nm時(shí), 一個(gè)金屬納米晶內(nèi)的界面可達(dá)610m 時(shí), 晶界原子達(dá)15% ~ 50% ,可以用TEM (透射電鏡)、X 射線、中子衍射以及其他方法來表征納米材料及其結(jié)構(gòu) 。由于納米材料中晶界的原子結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,使其在80年代末至90 年代初曾一度成為納米材料研究的一個(gè)熱點(diǎn)。為描述納米晶界結(jié)構(gòu),人們提出了許多模型,概括起來可分為三種不同的學(xué)說 : Gleiter的完全無(wú)序說、Siegel的有序說和有序無(wú)序說。
但是,目前很難用一個(gè)統(tǒng)一的模型來描述納米晶界的微觀結(jié)構(gòu)。其原因在于納米材料中的晶界結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜,它不但與材料的成分、鍵合類型、制備方法、成型條件以及所經(jīng)歷的熱歷史等因素密切相關(guān),而且在同一塊材料中不同晶界之間也各有差異�？梢哉J(rèn)為納米材料中的界面存在著一個(gè)結(jié)構(gòu)上的分布,它們處于無(wú)序到有序的中間狀態(tài),有的與粗晶界面結(jié)構(gòu)十分接近,而有的則更趨于無(wú)序狀態(tài)。
材料的結(jié)構(gòu)決定材料的性質(zhì)。納米材料的特殊結(jié)構(gòu)決定了納米材料具有一系列的特異效應(yīng)。正是由于上述納米材料結(jié)構(gòu)上的特殊性和處于熱力學(xué)上極不穩(wěn)定的狀態(tài), 導(dǎo)致了它具有各種的特異效應(yīng), 其中一種就是表面效應(yīng)。表面效應(yīng)是指納米微粒表面原子與總原子數(shù)之比, 隨粒徑的變小而急劇增大后引起性質(zhì)上的變化。納米材料的顆粒尺寸小,位于表面的原子所占的體積分?jǐn)?shù)很大,產(chǎn)生相當(dāng)大的表面能。隨著納米粒子尺寸的減小,比表面積急劇加大, 表面原子數(shù)及比例迅速增大。由于表面原子數(shù)增多,比表面積大,使得表面原子處于/裸露狀態(tài)。周圍缺少相鄰的原子,原子配位數(shù)不足,存在未飽和鍵,導(dǎo)致了納米顆粒表面存在許多缺陷, 使這些表面具有很高的活性,特別容易吸附其他原子或與其他原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這種表面原子的活性不但引起納米粒子表面輸運(yùn)和構(gòu)型的變化,同時(shí)也引起表面電子自旋、構(gòu)象、電子能譜的變化。它是納米粒子及其固體材料的最重要的效應(yīng)之一。由于納米粒子存在界面效應(yīng)與表面效應(yīng),因而產(chǎn)生粒子表面過剩電荷、電荷載流子的相互作用、魔聚數(shù)與粒子穩(wěn)定性以及粒度控制等研究課題。
納米材料的物理化學(xué)方面性質(zhì)與應(yīng)用
納米材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)既不同于宏觀物體,也不同于微觀的原子和分子。當(dāng)組成材料的尺寸達(dá)到納米量級(jí)時(shí),納米材料表現(xiàn)出的性質(zhì)與體材料有很大的不同。在納米尺度范圍內(nèi)原子及分子的相互作用,強(qiáng)烈地影響物質(zhì)的宏觀性質(zhì)。納米材料的物理化學(xué)方面性質(zhì)與應(yīng)用：(1)光學(xué)性質(zhì)與應(yīng)用(2)電磁場(chǎng)性質(zhì)與應(yīng)用（3)化學(xué)性質(zhì)與應(yīng)用(4)催化性質(zhì)與應(yīng)用 (5)其他性質(zhì)與應(yīng)用。具體如下：
(1)光學(xué)性質(zhì)與應(yīng)用
納米材料的光學(xué)性質(zhì)研究之一為線性光學(xué)性質(zhì)。當(dāng)金屬材料的晶粒尺寸減小到納米量級(jí)時(shí), 其顏色大都變成黑色,且粒徑越小,顏色越深,表明納米材料的吸光能力越強(qiáng)。納米材料的吸光過程還受其能級(jí)分離的量子尺寸效應(yīng)和晶粒及其表面上電荷分布的影響。由于晶粒中的傳導(dǎo)電子能級(jí)往往凝聚成很窄的能帶,因而造成窄的吸收帶。
納米材料光學(xué)性能研究的另一個(gè)方面為非線性光學(xué)效應(yīng)。納米材料由于自身的特性,光激發(fā)引發(fā)的吸收變化一般可分為兩大部分:由光激發(fā)引起的自由電子-空穴對(duì)所產(chǎn)生的快速非線性部分和受陷阱作用的載流子的慢非線性過程。最典型的如CdS納米材料, 由于能帶結(jié)構(gòu)的變化,導(dǎo)致載流子的遷移、躍遷和復(fù)合過程不同于其粗晶材料,因而呈現(xiàn)出不同的非線性光學(xué)效應(yīng)。Ohtsuka等采用脈沖激光法研究了CdT e納米材料的三階非線性光學(xué)效應(yīng), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)其具有較大的三階非線性吸收系數(shù)。采用四波混頻研究InAs納米材料的非線性光學(xué)效應(yīng)時(shí), 252
發(fā)現(xiàn)量子化的納米晶粒是其呈現(xiàn)非線性的根本原因,而且三階非線性極化率與人射光強(qiáng)度成正比。其他的研究報(bào)道還有很多。
此外,納米晶體材料的光伏特性和磁場(chǎng)作用下的發(fā)光效應(yīng)也是納米材料光學(xué)性質(zhì)研究的熱點(diǎn)。通過以上兩種性質(zhì)的研究,可以獲得其他光譜手段無(wú)法得到的一些信息。
(2)電磁場(chǎng)性質(zhì)與應(yīng)用
金屬材料中的原子間距會(huì)隨其粒徑的減小而變小,因此,當(dāng)金屬晶粒處于納米范疇時(shí), 其密度隨之增加。這樣,金屬中自由電子的平均自由程將會(huì)減小,導(dǎo)致電導(dǎo)率的降低。由于電導(dǎo)率按ad( d為粒徑)規(guī)律急劇下降,因此原來的金屬良導(dǎo)體實(shí)際上已完全轉(zhuǎn)變成為絕緣體, 這種現(xiàn)象稱之為尺寸誘導(dǎo)的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變。納米材料與粗晶材料在磁結(jié)構(gòu)上也有很大的差異,通常磁性材料的磁結(jié)構(gòu)是由許多磁疇構(gòu)成的。疇間由疇壁分隔開, 通過疇壁運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)磁化。而在納米材料中,當(dāng)粒徑小于某一臨界值時(shí),每個(gè)晶粒都呈現(xiàn)單磁疇結(jié)構(gòu), 而矯頑力顯著增長(zhǎng)。納米材料的這些磁學(xué)特性是其成為永久性磁體材料、磁流體和磁記錄材料的基本依據(jù)。
(3)化學(xué)性質(zhì)與應(yīng)用
納米材料由于其粒徑的減小,表面原子數(shù)所占比例很大,吸附能力強(qiáng),因而具有較高的化學(xué)反應(yīng)活性。許多金屬納米材料室溫下在空氣中就會(huì)被強(qiáng)烈氧化而燃燒,如TiN納米晶粒(平均粒徑為45 nm )在空氣中加熱即燃燒成為白色的TiO2 納米晶粒。即使是耐熱、耐腐蝕的氮化物納米材料也變得不穩(wěn)定,暴露在大氣中的無(wú)機(jī)納米材料會(huì)吸附氣體,形成吸附層,因此可以利用納米材料的氣體吸附性制成氣敏元件,以便對(duì)不同氣體進(jìn)行檢測(cè)。
宏觀體系中均相基元反應(yīng)的反應(yīng)級(jí)數(shù)是由化學(xué)計(jì)量數(shù)決定的,速率常數(shù)不隨濃度和時(shí)間而改變。但是,當(dāng)處于分子篩籠內(nèi)反應(yīng)物的運(yùn)動(dòng)受到諸如容器、相界、力場(chǎng)、溶劑等空間阻礙及影時(shí),反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)顯示出與均相反應(yīng)不同的結(jié)果。Q zin等人于1991年首次對(duì)分子篩籠內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究,揭示了納米反應(yīng)器具有不同于氣相和液相的動(dòng)力學(xué)特征。并通過測(cè)定不同溫度時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù),進(jìn)而得到了反應(yīng)的活化熵和活化能。
(4) 催化性質(zhì)與應(yīng)用
早在50年代,人們對(duì)金屬納米材料的催化性能就進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,發(fā)現(xiàn)其在適當(dāng)?shù)臈l件下可以催化斷裂H-H、C-C、C-H 和C-O 鍵。這主要是由于比表面積大,出現(xiàn)在表面上的活性中心數(shù)增多所致。納米材料作為催化劑具有無(wú)細(xì)孔、無(wú)其他成分、能自由選擇組分、使用條件溫和以及使用方便等優(yōu)點(diǎn), 從而避免了常規(guī)催化劑所引起的反應(yīng)物向其內(nèi)孔緩慢擴(kuò)散帶來的某些副產(chǎn)物的生成。并且這類催化劑不必附在惰性載體上使用,可直接放入液相反應(yīng)體系中, 反應(yīng)產(chǎn)生的熱量會(huì)隨著反應(yīng)液流動(dòng)而不斷向周圍擴(kuò)散, 從而保證不會(huì)因局部過熱導(dǎo)致催化劑結(jié)構(gòu)破壞而失去活性。另外,納米材料作為光催化劑時(shí)因其粒徑小,粒子到達(dá)表面的數(shù)量多,所以光催化效率也很高。
(5)其他性質(zhì)與應(yīng)用
除上述幾方面物理化學(xué)特性外,與宏觀物質(zhì)相比,納米材料在力學(xué)光催化性能、儲(chǔ)氫性能、燒結(jié)性能和熱學(xué)(大尺寸固態(tài)物質(zhì)經(jīng)過超細(xì)化后,發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)將顯著降低,當(dāng)顆粒小于10 nm 量級(jí)時(shí)尤為顯著)等方面也顯示出特異性能。由于納米晶界原子間隙的增加和氣孔的存在, 使納米材料的楊氏模量比粗晶材料減小30%以上。同時(shí), 由于晶粒減小到納米級(jí),使材料的強(qiáng)度和硬度隨粒徑的減小而增大,近似遵從經(jīng)典的Hall-Petch關(guān)系式: Hvd-123 (其中d為平均粒徑,Hv為0.2%屈服強(qiáng)度或硬度)�？梢�,納米材料所具有的特性還表現(xiàn)在:硬度高, 可塑性強(qiáng);高比熱和熱膨脹;高導(dǎo)電率和擴(kuò)散性;高磁化率和高矯頑力。并且在熔點(diǎn)、蒸氣壓、相變溫度、燒結(jié)、超導(dǎo)等許多方面也顯示出與宏觀晶體材料不同的特殊性能。
總結(jié)
這是我在這些報(bào)告中獲得最深的感受，讓我了解到科研的魅力所在的同時(shí)，也了解到科研之路的艱辛與成功之后的欣喜。在此，我要再次感謝老師的精彩報(bào)告，我們享受到一場(chǎng)知識(shí)的盛宴。
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