零維材料和三維材料的區別是什麼?

時間 2021-06-01 05:04:38

1樓:AnR

真正的零維應該是沒有大小的點,量子點材料是一種準零維材料,因為物質都是有體積的,做不到真正的零維。在材料方面,我們說的低維是指能夠發生量子效應的尺寸,一般來說當材料的某個維度或者某幾個維度尺寸小於20nm就能夠看到比較明顯的量子效應了,我們把這些材料叫做低維量子材料。

2樓:

這裡說的幾維是奈米材料

在奈米材料中電子有幾個自由度就是幾維材料。在奈米纖維裡面電子只有乙個自由度,也就是直線運動,這樣的材料就是一維材料,如碳纖維、玻璃纖維、碳奈米管等。相應地,電子可以在兩個尺度上自由運動的材料就是二維奈米材料,如石墨烯。

零維材料中三個維度的尺度都特別小,尺寸在100奈米以內,其中的電子看做沒有自由度,如足球烯。三維材料是零、一、二維材料中的一種或多種基本單元組成,如奈米金屬、奈米陶瓷、奈米玻璃等

說錯的地方請指正

3樓:家居多肉動物

就奈米材料來說,維度指有這個材料多少個方向不在奈米級,比如奈米粒子上下前後左右全是奈米級,那就是0維材料,奈米線就是一維材料,以此類推

4樓:Sebastian

零維材料——量子點、奈米晶

一維材料——奈米線

二維材料——薄膜

三維材料——普通體材料

這裡的維度並不是指數學意義上的維度。材料在某個方向上的尺寸遠大於另乙個方向(在乙個方向上表現出小尺寸的性質),就可以描述為維度的變化。比如說,二維材料,一般就是指各種薄膜。

薄膜厚度一般在數十奈米,甚至更小。數十奈米是什麼概念?人的頭髮絲的直徑一般在十萬奈米數量級上。

所以不要把塑料布保鮮膜什麼的都當成材料學上的薄膜……那麼依此類推,以為材料就是奈米線,直徑在數十奈米到數百奈米,長徑比一般至少是100:1。零維材料就是各種量子點。

量子點說白了就是很小的奈米顆粒。包含的原子或分子數量可以小到數百。由於小尺度下,材料的能級結構會發生變化,所以有一些特殊性質。

而什麼叫體材料呢?就是我們傳統的大尺寸的材料。比如,一塊鑄鐵,他其中的晶粒大小都在微公尺數量級,所以不會有小尺寸下表現出的性質。

5樓:

我們總是假設可以用分離變數法來解薛丁格方程,如果某種材料在乙個方向上的尺度很小,在這個方向上,最低能級和第一激發態的能量相差很多,以至於在低溫下(相對於能隙)幾乎所有的電子都集中在基態,我們就可以在接下來的考慮中忽略掉這個維度。

舉個例子,電子滿足的薛丁格方程為

其中表示電子感受到的方向勢肼。我們通過分量變數法解方程,方向波函式滿足

可以解得這個方向上的波函式...,對應本徵值能量為...,如果能量差遠大於溫度,則電子則會集中在基態能量,最終波函式可以寫成,方向的維度可以忽略。

而通常在某一方向上尺度越小,電子受到的限制越嚴重,其能量差越大,也就越容易滿足以上的條件。這種效應通常叫做quantum confinement,下圖

表現了quantum confinement的效果。

實際上物體總是有一定的尺寸,不過對於巨集觀物體,其本徵能量的差遠遠小於溫度,也遠小於我們所能分辨的極限,所以可以看成是連續的三維物體。當某一方向的限制使其能量本徵值明顯不連續後,我們就認為這個「維度「沒有了,成為低維物體

最後在分別舉一下各個維度的例子。從零維開始

上面的圖表示的是nanocrystal,不同大小的球第一激發態能量不同,通過紫外光激發電子可以發光,也就是photoluminescence。

一維比較著名的例子是碳奈米管,由於兩個方向上的限制,除了方向能量都是分立的,其能帶結構如下

可以根據能帶畫出其DOS(density of state)圖

quantum well是比較典型的二維材料,和上面類似我就不多說了,改變其厚度可以改變電子的能級,乙個很有名的應用是二維拓撲絕緣體[B. Andrei Bernevig et al., Quantum Spin Hall Effect and Topological Phase Transition in HgTe Quantum Wells, Science 314, 1757-1761(2006)]。

當quantum well的厚度大於乙個特定值時,能帶發生反轉,實現了二維拓撲絕緣體。

6樓:thomas王

材料科學中,如果乙個材料在乙個方向上的尺度小於或在奈米量級,我們就可以近似地認為它在這個方向上尺寸為零。以此為判斷標準才能夠說一維,二維,零維。

所以一般來說:

1.零維材料,一般是指奈米材料。即我們使用的是大量的在各個方向尺寸上為奈米量級的材料。

2.一維材料,是指線狀材料。比如晶須,在乙個方向上原子長程規則排列到厘公尺量級,在另外兩個方向上只有很少原子排列,為奈米量級;又比如碳纖維。

3.二維材料,是指帶狀材料(片層材料)。在空間兩個尺度上遠遠大於奈米量級,乙個尺度上仍為奈米量級。如非晶帶材(液態金屬),單片層狀石墨。

4.三維材料,就是日常生活中用的材料,如鐵錠。

區別三維和零維的關鍵在於我們是怎樣研究並使用它的。三維材料我們是在它的各個方向上考察它的力學或者物理化學效能。而零維材料我們是把它當做乙個點,考察的是大量奈米材料聚集在一起時的各項效能指標。

(可以看做是一把粉末)

舉個形象的栗子:你研究一支粉筆的效能,就是三維材料

你研究一把粉筆灰的效能,就是零維材料。

7樓:王羨之

題主想問的應該是物理問題,作為非材料專業的學生,說一點我自己的理解。

低維材料與體材料的主要區別是在某一維度上的尺度很小。

比如量子點,它肯定是有大小的,不是嚴謹的零維,不過在物理中可以算零維材料。

還有石墨烯,厚度很薄,單層的石墨烯厚度不到1奈米,普通的也是幾個幾十個奈米量級。也可以算二維材料。

他們與體材料在性質上的區別應該是由於尺度很小,使得統計效應減弱,量子效應更加明顯

8樓:陽樹

就像向量圖,對點來說,視角拉近它還會是個點。由於沒有任何積量,即積量等於0,所以放大倍數對於點來說是沒有意義的。就像數字零乘以任何數都等於零。

而模擬於乙個分數,有積量(面積,體積等)的物體在被縮小的時候,就像分數的分母趨近於無窮大的時候,它也只能趨近於零。所以當你看乙個物體,視角拉遠以後,它也只是看起來像乙個點,而不是乙個真正的點。而有關這個近似點的性質的選取,視研究物件而定。

舉個例子,研究原子核結構的時候,原子核再小,也不能把它當做點。而在研究引力的時候,大多數天體都被當做質點來研究。

關於真正的零維點是什麼,我覺得它更多的是概念裡的含義。比如用三個座標就能確定空間裡的乙個點。

9樓:黃sr

數學裡一般意義上的點是沒有體積的,所謂的沒有體積就是不論你放大縮小,遠看近看,躺著看,趴著看都沒有體積。

用我們數學老師的話說就是,題主你太想當然了。

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