今天,我们就来聊聊超微颗粒、纳米半导体颗粒以及硅半导体材料的光学性质。
超微颗粒的光学性质
超微颗粒除了对光波有吸收作用外,还有散射作用。
超微金属颗粒对光的反射率甚低,通常可低于1%,而对太阳光谱似乎具有全吸收性质,因此通常又称为“太阳黑体”。例如,颗粒尺寸为10nm 的金微粒对波长0.3~2.5pm的光波反射率低于1%,称为全黑。
应用
铬黑普遍用于太阳能的选择吸收体,铂黑是著名的催化剂。金属微粒对光的全吸收在实用上是十分有用的,例如可作为光-热转换材料、光检测器、红外隐身材料等。
纳米半导体颗粒的光学性质
纳米半导体材料的光学性质是近年来深受关注的热点。
纳米半导体微粒的表面与体内的分子轨道态
图中表示半导体微粒由于量子尺寸效应导致的分裂能级,图中亦表明了表面能级状态。能级的位置与颗粒尺寸密切相关,随着颗粒变小,能级间距变大,吸收光谱蓝移。
应用
将经过包覆处理后的纳米ZnO 粉末添加到化妆品中,可以有效地防止紫外线辐照对皮肤的损伤,防止皮肤癌的产生。
纳米TiO2 粉末亦可起相同作用,在纤维和衣服中加入它,可以有效地防止紫外线,具有抗菌、防臭的功效。
含锑氧化锡超微颗粒,可用于电视机和计算机的显像管防带电和防反射。
将纳米ZrC粉末加人到纤维中,可制成保暖纤维,它能吸收阳光转变为热,可使温度提高5~10C。因此,对超细粉体光学性质的研究与人们日常生活是休戚相关的。
硅半导体材料的光学性质
硅是半导体最基础的材料,是微电子器件的基础,但因它是间接带隙的能带结构,发射光子时需要场子参与,因此发光效应串甚低。此外,硅的光学能除约为1.12eV,所发射的光属红外波段,因此长期以来人们认为硅不能成为光电材料。
然而20 世纪90 年代以来,人们采用降低硅材料的空间维度,使其成为纳米硅、多孔硅,以改变其能带结构,从而产生了令人惊喜的强的可见光。波长从红、橙、黄直至绿色。这一重大进展标志着硅不仅是微电子材料,同时有可能成为重要的光电子材料,从而为把电子和光并用于信息处理的超速计算机的研制开辟了一条道路。
应用
此外,硅半导体材料还可能在大屏幕显示等领域得到应用。根据电子显微镜研究结果,多孔硅实际上是由2~3nm 的纳米颗粒所构成,这种光致发光现象通常认为主要是量子尺寸效应所致。
继多孔硅的光致发光效应后,纳米碳化硅、氮化镓的光致发光现象因更具现实应用的可能而更受关注,氮化镓的蓝光发光管与激光二极管已进人商品生产阶段。此外,将C60团簇置于13X 等分子筛中亦可观察到甚强的光致发光现象。