学术报告感想范本
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在这个学期中，老师们将他们的精彩报告讲给我们听，我们受益匪浅，我们了解到了怎样去思考关于我们研究自己课题的方法，还有思考研究的大致思路，最重要的是告诉我们要不懈的努力，去得到我们想要的预期成果。至于在科研中遇到的难题，更要不断的去查找文献，看着别人是怎样研究出来的。在此，我要感谢老师的悉心教导，将自己的宝贵经验告诉我们。在所有的老师报告中，我对纳米材料的报告比较感兴趣，这主要是因为我的研究和老师将的内容有共同之处。
目前电子器件已能够实现纳米量级，而由传统电介质构成的光器件由于衍射极限的限制，尺寸却还在微米量级，在微型化及高度集成化中遇到瓶颈。因此，为了适应现代信息化的要求，就需要尽快地寻求突破衍射极限的新技术。
表面等离激元的内涵
近年来，人们发现了一种能够突破衍射极限的新机理，即在金属/介质界面上存在着一种表面束缚的电磁波模式，能够克服衍射极限且可将能量高度限制在分界面处，称为“表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)”。SPPs 为突破衍射瓶颈带来了希望，采用 SPPs作为信息载体，最终可以实现光电子元器件在纳米尺度的高度集成。目前，人们不断地研究各种方法来利用 SPPs 实现亚波长光子器件。且通过研究发现，与传统电介质构成的光器件相比，基于 SPPs 的光子器件不仅能实现纳米尺度超衍射极限光传输的有效调控，而且呈现出了很多特殊的现象及功能。因此，基于SPPs 亚波长光器件的研制成为近几年来的研究热点。
SPPs 是约束在金属/介质界面的一种非辐射电磁波，具有很多新的特性，可以突破光的衍射极限，成为近场光学研究的一个重要分支。这为亚波长集成光学器件的研究提供了新的途径，使光电子元器件能够实现纳米量级上的集成。
表面等离子体激元(SPPs)是局域在金属表面的一种自由电子与光子相互作用而形成的混合激发态，在这种相互作用中，外来电磁波使金属中的自由电子产生集体振荡，光波电磁场和表面电荷振荡间相互作用最终就形成了具有特殊性质的SPPs。
SPPs 的突出特性可概括为以下两个方面:
1. 具有局域场增强效应：当入射光波与金属中的自由电子产生集体振荡时，将有一部分入射光能量被限制在介质表面，且垂直于界面向两侧呈指数级衰减。因此当一定波长的入射光波照在金属平板时，反射光会大幅度地减少从而在金属表面局域范围内产生极强的光场。对于纳米金属颗粒，光场入射时也能够在颗粒表面产生局域增强场。
2. 具有表面波的特性：SPPs不仅可以沿着介质表面传播，而且在其被完全吸收前传播的距离可达几个到几十个微米远。
基于 SPPs 以上优异特性，其为制造应用于高速光通信的集成光路带来了新的希望。SPPs 与光波的相互作用和其本身性质紧密相连，通过改变金属表面SPPs 的一些特性，比如改变金属表面亚波长结构，SPPs的色散关系、激发模式以及耦合效应等性质都会发生较大的变化。基于SPPs独特的光学特性，近年来对表面等离子体光学的研究已经成为一门新兴学科，其在亚波长SPPs波导器件、生物传感、SPPs光刻技术、新型光源、超高分辨率成像等方面都有着广泛的应用前景。基于SPPs的光 纳米材料，能够在金属/介质界面以SPPs形式引导光的传播，实现新的纳米材料与纳米技术的飞跃。
纳米材料的内涵
纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级(通常指1~ 100 nm)的极细颗粒组成的固体材料。从广义上讲, 纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。通常分为零维材料(纳米微粒), 一维材料(直径为纳米量级的纤维), 二维材料(厚度为纳米量级的薄膜与多层膜), 以及基于上述低维材料所构成的固体。从狭义上讲, 则主要包括纳米微粒及由它
构成的纳米固体(体材料与微粒膜)。纳米材料的研究是人类认识客观世界的新层次, 是交叉学科跨世纪的战略科技领域。
纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成。纳米晶粒内部的微观结构与粗晶材料基本相同, 因此在这方面的研究报道不多。纳米材料突出的结构特征是晶界原子的比例很大, 当晶粒尺寸为10nm时, 一个金属纳米晶内的界面可达610m 时, 晶界原子达15% ~ 50% ,可以用TEM (透射电镜)、X 射线、中子衍射以及其他方法来表征纳米材料及其结构 。由于纳米材料中晶界的原子结构十分复杂,使其在80年代末至90 年代初曾一度成为纳米材料研究的一个热点。为描述纳米晶界结构,人们提出了许多模型,概括起来可分为三种不同的学说 : Gleiter的完全无序说、Siegel的有序说和有序无序说。
但是,目前很难用一个统一的模型来描述纳米晶界的微观结构。其原因在于纳米材料中的晶界结构相当复杂,它不但与材料的成分、键合类型、制备方法、成型条件以及所经历的热历史等因素密切相关,而且在同一块材料中不同晶界之间也各有差异。可以认为纳米材料中的界面存在着一个结构上的分布,它们处于无序到有序的中间状态,有的与粗晶界面结构十分接近,而有的则更趋于无序状态。
材料的结构决定材料的性质。纳米材料的特殊结构决定了纳米材料具有一系列的特异效应。正是由于上述纳米材料结构上的特殊性和处于热力学上极不稳定的状态, 导致了它具有各种的特异效应, 其中一种就是表面效应。表面效应是指纳米微粒表面原子与总原子数之比, 随粒径的变小而急剧增大后引起性质上的变化。纳米材料的颗粒尺寸小,位于表面的原子所占的体积分数很大,产生相当大的表面能。随着纳米粒子尺寸的减小,比表面积急剧加大, 表面原子数及比例迅速增大。由于表面原子数增多,比表面积大,使得表面原子处于/裸露状态。周围缺少相邻的原子,原子配位数不足,存在未饱和键,导致了纳米颗粒表面存在许多缺陷, 使这些表面具有很高的活性,特别容易吸附其他原子或与其他原子发生化学反应。这种表面原子的活性不但引起纳米粒子表面输运和构型的变化,同时也引起表面电子自旋、构象、电子能谱的变化。它是纳米粒子及其固体材料的最重要的效应之一。由于纳米粒子存在界面效应与表面效应,因而产生粒子表面过剩电荷、电荷载流子的相互作用、魔聚数与粒子稳定性以及粒度控制等研究课题。
纳米材料的物理化学方面性质与应用
纳米材料的物理性质和化学性质既不同于宏观物体,也不同于微观的原子和分子。当组成材料的尺寸达到纳米量级时,纳米材料表现出的性质与体材料有很大的不同。在纳米尺度范围内原子及分子的相互作用,强烈地影响物质的宏观性质。纳米材料的物理化学方面性质与应用：(1)光学性质与应用(2)电磁场性质与应用（3)化学性质与应用(4)催化性质与应用 (5)其他性质与应用。具体如下：
(1)光学性质与应用
纳米材料的光学性质研究之一为线性光学性质。当金属材料的晶粒尺寸减小到纳米量级时, 其颜色大都变成黑色,且粒径越小,颜色越深,表明纳米材料的吸光能力越强。纳米材料的吸光过程还受其能级分离的量子尺寸效应和晶粒及其表面上电荷分布的影响。由于晶粒中的传导电子能级往往凝聚成很窄的能带,因而造成窄的吸收带。
纳米材料光学性能研究的另一个方面为非线性光学效应。纳米材料由于自身的特性,光激发引发的吸收变化一般可分为两大部分:由光激发引起的自由电子-空穴对所产生的快速非线性部分和受陷阱作用的载流子的慢非线性过程。最典型的如CdS纳米材料, 由于能带结构的变化,导致载流子的迁移、跃迁和复合过程不同于其粗晶材料,因而呈现出不同的非线性光学效应。Ohtsuka等采用脉冲激光法研究了CdT e纳米材料的三阶非线性光学效应, 结果发现其具有较大的三阶非线性吸收系数。采用四波混频研究InAs纳米材料的非线性光学效应时, 252
发现量子化的纳米晶粒是其呈现非线性的根本原因,而且三阶非线性极化率与人射光强度成正比。其他的研究报道还有很多。
此外,纳米晶体材料的光伏特性和磁场作用下的发光效应也是纳米材料光学性质研究的热点。通过以上两种性质的研究,可以获得其他光谱手段无法得到的一些信息。
(2)电磁场性质与应用
金属材料中的原子间距会随其粒径的减小而变小,因此,当金属晶粒处于纳米范畴时, 其密度随之增加。这样,金属中自由电子的平均自由程将会减小,导致电导率的降低。由于电导率按ad( d为粒径)规律急剧下降,因此原来的金属良导体实际上已完全转变成为绝缘体, 这种现象称之为尺寸诱导的金属-绝缘体转变。纳米材料与粗晶材料在磁结构上也有很大的差异,通常磁性材料的磁结构是由许多磁畴构成的。畴间由畴壁分隔开, 通过畴壁运动实现磁化。而在纳米材料中,当粒径小于某一临界值时,每个晶粒都呈现单磁畴结构, 而矫顽力显著增长。纳米材料的这些磁学特性是其成为永久性磁体材料、磁流体和磁记录材料的基本依据。
(3)化学性质与应用
纳米材料由于其粒径的减小,表面原子数所占比例很大,吸附能力强,因而具有较高的化学反应活性。许多金属纳米材料室温下在空气中就会被强烈氧化而燃烧,如TiN纳米晶粒(平均粒径为45 nm )在空气中加热即燃烧成为白色的TiO2 纳米晶粒。即使是耐热、耐腐蚀的氮化物纳米材料也变得不稳定,暴露在大气中的无机纳米材料会吸附气体,形成吸附层,因此可以利用纳米材料的气体吸附性制成气敏元件,以便对不同气体进行检测。
宏观体系中均相基元反应的反应级数是由化学计量数决定的,速率常数不随浓度和时间而改变。但是,当处于分子筛笼内反应物的运动受到诸如容器、相界、力场、溶剂等空间阻碍及影时,反应的动力学显示出与均相反应不同的结果。Q zin等人于1991年首次对分子筛笼内的化学反应进行了动力学研究,揭示了纳米反应器具有不同于气相和液相的动力学特征。并通过测定不同温度时的反应速率常数,进而得到了反应的活化熵和活化能。
(4) 催化性质与应用
早在50年代,人们对金属纳米材料的催化性能就进行了系统的研究,发现其在适当的条件下可以催化断裂H-H、C-C、C-H 和C-O 键。这主要是由于比表面积大,出现在表面上的活性中心数增多所致。纳米材料作为催化剂具有无细孔、无其他成分、能自由选择组分、使用条件温和以及使用方便等优点, 从而避免了常规催化剂所引起的反应物向其内孔缓慢扩散带来的某些副产物的生成。并且这类催化剂不必附在惰性载体上使用,可直接放入液相反应体系中, 反应产生的热量会随着反应液流动而不断向周围扩散, 从而保证不会因局部过热导致催化剂结构破坏而失去活性。另外,纳米材料作为光催化剂时因其粒径小,粒子到达表面的数量多,所以光催化效率也很高。
(5)其他性质与应用
除上述几方面物理化学特性外,与宏观物质相比,纳米材料在力学光催化性能、储氢性能、烧结性能和热学(大尺寸固态物质经过超细化后,发现其熔点将显著降低,当颗粒小于10 nm 量级时尤为显著)等方面也显示出特异性能。由于纳米晶界原子间隙的增加和气孔的存在, 使纳米材料的杨氏模量比粗晶材料减小30%以上。同时, 由于晶粒减小到纳米级,使材料的强度和硬度随粒径的减小而增大,近似遵从经典的Hall-Petch关系式: Hvd-123 (其中d为平均粒径,Hv为0.2%屈服强度或硬度)。可见,纳米材料所具有的特性还表现在:硬度高, 可塑性强;高比热和热膨胀;高导电率和扩散性;高磁化率和高矫顽力。并且在熔点、蒸气压、相变温度、烧结、超导等许多方面也显示出与宏观晶体材料不同的特殊性能。
总结
这是我在这些报告中获得最深的感受，让我了解到科研的魅力所在的同时，也了解到科研之路的艰辛与成功之后的欣喜。在此，我要再次感谢老师的精彩报告，我们享受到一场知识的盛宴。
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