銅納米顆粒能級(jí)偏移的尺寸效應(yīng)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(duì)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(yīng)用前景。由能帶理論知道，不同的能帶結(jié)構(gòu)使得材料具有不同的性能，比如導(dǎo)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(gòu)相對(duì)銅塊體都有相應(yīng)的修正，帶隙和能級(jí)都會(huì)隨著銅納米顆粒尺寸的變化而變化，其

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

3、時(shí)出現(xiàn)了正偏移，這種能級(jí)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(xué)鍵的收縮和鍵能的增強(qiáng)，從而對(duì)電子在晶格中的哈密頓量進(jìn)行了修正所致。另外，利用不同的配位數(shù)對(duì)應(yīng)的能級(jí)關(guān)系，預(yù)測(cè)了局域應(yīng)變、原子結(jié)合能等隨原子配位數(shù)的變化。通過(guò)對(duì)銅的XPS進(jìn)行解譜，我們得到了Cu2p3/2能級(jí)電子的單原子結(jié)合能和塊體偏移量。
　　(2)針對(duì)在HOPG、CYL和Al2O3基底上生長(zhǎng)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(jí)隨尺寸的偏移情況，得到了尺寸和能級(jí)偏移量的具體表達(dá)關(guān)系，理論分析了導(dǎo)致這種偏移的具體原因以及不同基底對(duì)能級(jí)偏移的影響。
　　結(jié)果表明，能級(jí)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(yīng)變、量子勢(shì)阱以及哈密頓量微擾的變化，從而導(dǎo)致了能級(jí)的正偏移。事實(shí)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(jí)偏移及其尺寸效應(yīng)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