銅納米顆粒能級偏移的尺寸效應研究.pdf

1、銅納米顆粒及其顆粒薄膜，相比于銅塊體材料，具有較大的表體比，即在表面具有大量低配位原子，而對于塊體材料，這些低配位原子所占比例幾乎可以忽略。這些低配位原子表現(xiàn)出與塊體內(nèi)原子不同的性質(zhì)，從而使得銅納米顆粒出現(xiàn)了諸多反常特性，因而展現(xiàn)出廣泛的應用前景。由能帶理論知道，不同的能帶結(jié)構使得材料具有不同的性能，比如導電性。銅納米顆粒及其顆粒薄膜由于尺寸的限制，它們的能帶結(jié)構相對銅塊體都有相應的修正，帶隙和能級都會隨著銅納米顆粒尺寸的變化而變化，其

2、中，各能級的偏移將會影響銅納米顆粒的整體性能。因此，研究銅納米顆粒能級偏移的尺寸效應就顯得尤為重要。
　　本文首先對銅納米顆粒、斷鍵理論、XPS和AES進行簡單介紹，然后基于斷鍵理論和能帶理論，利用實測XPS和AES能譜數(shù)據(jù)進行解譜、計算等理論分析，討論了銅納米薄膜的能級偏移以及能級偏移的尺寸效應，并得出以下結(jié)論：
　　(1)通過對0.7nm和2.5nm銅納米顆粒薄膜的實測XPS譜的解譜，得出Cu2p3/2能級相對于塊體材料

3、時出現(xiàn)了正偏移，這種能級正偏移是由于銅納米薄膜表面的配位數(shù)缺失引起了化學鍵的收縮和鍵能的增強，從而對電子在晶格中的哈密頓量進行了修正所致。另外，利用不同的配位數(shù)對應的能級關系，預測了局域應變、原子結(jié)合能等隨原子配位數(shù)的變化。通過對銅的XPS進行解譜，我們得到了Cu2p3/2能級電子的單原子結(jié)合能和塊體偏移量。
　　(2)針對在HOPG、CYL和Al2O3基底上生長的銅納米顆粒，結(jié)合斷鍵理論、XPS和AES研究了Cu2p3/2和3d

4、5/2能級隨尺寸的偏移情況，得到了尺寸和能級偏移量的具體表達關系，理論分析了導致這種偏移的具體原因以及不同基底對能級偏移的影響。
　　結(jié)果表明，能級產(chǎn)生正偏移的主要原因是尺寸引起了鍵弛豫，從而引起局域應變、量子勢阱以及哈密頓量微擾的變化，從而導致了能級的正偏移。事實證明，結(jié)合斷鍵理論、XPS和AES的綜合分析方法在研究銅納米顆粒能級偏移及其尺寸效應方面是很有效的。這不僅有利于解決現(xiàn)有理論在研究一些納米材料方面所遇到的困難，而且可以