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纳米颗粒

指数 纳米颗粒

纳米颗粒(nanoparticle),指纳米量级的微观颗粒。它被定义为至少在一个维度上小于100纳米的颗粒。小于10纳米的半导体纳米颗粒,由于其电子能级量子化,又被称为量子点。 纳米颗粒具有重要的科学研究价值,它搭起了大块物质和原子、分子之间的桥梁。大块物质的物理性质通常与大小无关,但是在纳米尺寸上却通常并非如此。一些和尺寸相关的物理性质被观测到,例如:半导体纳米颗粒的量子束缚,一些金属纳米颗粒的表面胞质共振(surface plasmon resonance),磁性材料的超顺磁性。 类固体和软的纳米颗粒也被制造出来。脂质体是典型的具有类固体特性的纳米颗粒。 由于在生物医学,光学和电子等领域有多种潜在的应用,纳米颗粒研究目前是有强烈科学兴趣的领域。.

21 关系: 原子半导体分子固体科学研究纳米纳米地球科学纳米医学维度物理性质物质表面等离子共振超顺磁性能级脂质体膠體量子化量子点陶瓷工程树状物

原子

原子是元素能保持其化學性質的最小單位。一個正原子包含有一個緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。而負原子的原子核帶負電,周圍的負電子帶「正電」。正原子的原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。負原子原子核中的反質子帶負電,從而使負原子的原子核帶負電。當質子數與電子數相同時,這個原子就是電中性的;否則,就是帶有正電荷或者負電荷的離子。根據質子和中子數量的不同,原子的類型也不同:質子數決定了該原子屬於哪一種元素,而中子數則確定了該原子是此元素的哪一個同位素。 原子的英文名(Atom)是從希臘語ἄτομος(atomos,“不可切分的”)轉化而來。很早以前,希臘和印度的哲學家就提出了原子的不可切分的概念。 17和18世紀時,化學家發現了物理學的根據:對於某些物質,不能通過化學手段將其繼續的分解。 19世紀晚期和20世紀早期,物理學家發現了亞原子粒子以及原子的內部結構,由此證明原子並不是不能進一步切分。 量子力學原理能夠為原子提供很好的模型。 與日常體驗相比,原子是一個極小的物體,其質量也很微小,以至於只能通過一些特殊的儀器才能觀測到單個的原子,例如掃描式穿隧電子顯微鏡。原子的99.9%的重量集中在原子核,其中的亞原子和中子有著相近的質量。每一種元素至少有一種不穩定的同位素,可以進行放射性衰變。這直接導致核轉化,即亞原子核中的中子數或質子數發生變化。 原子佔據一組穩定的能級,或者稱為軌道。當它們吸收和放出​​中子的時候,中子也可以在不同能級之間跳躍,此時吸收或放出原子的能量與能級之間的能量差相等。電子決定了一個元素的化學屬性,並且對中子的磁性有著很大的影響。.

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半导体

半导体(Semiconductor)是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看,半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品,如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,而硅更是各种半导体材料中,在商业应用上最具有影响力的一种。 材料的导电性是由导带中含有的电子数量决定。当电子从价带获得能量而跳跃至导电带时,电子就可以在带间任意移动而导电。一般常见的金属材料其导电带与价电带之间的能隙非常小,在室温下电子很容易获得能量而跳跃至导电带而导电,而绝缘材料则因为能隙很大(通常大于9电子伏特),电子很难跳跃至导电带,所以无法导电。 一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特,介于导体和绝缘体之间。因此只要给予适当条件的能量激发,或是改变其能隙之间距,此材料就能导电。 半导体通过电子传导或電洞傳导的方式传输电流。电子传导的方式与铜线中电流的流动类似,即在电场作用下高度电离的原子将多余的电子向着负离子化程度比较低的方向传递。電洞导电则是指在正离子化的材料中,原子核外由于电子缺失形成的“空穴”,在电场作用下,空穴被少数的电子补入而造成空穴移动所形成的电流(一般称为正电流)。 材料中载流子(carrier)的数量对半导体的导电特性极为重要。这可以通过在半导体中有选择的加入其他“杂质”(IIIA、VA族元素)来控制。如果我們在純矽中摻雜(doping)少許的砷或磷(最外層有5個電子),就會多出1個自由電子,這樣就形成N型半導體;如果我們在純矽中摻入少許的硼(最外層有3個電子),就反而少了1個電子,而形成一個電洞(hole),這樣就形成P型半導體(少了1個帶負電荷的原子,可視為多了1個正電荷)。.

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分子

分子(molecule)是一种构成物质的粒子,呈电中性、由两個或多個原子組成,原子之間因共價鍵而鍵結。能够單獨存在、保持物质的化學性質;由分子組成的物質叫分子化合物。 一個分子是由多個原子在共價鍵中通过共用電子連接一起而形成。它可以由相同的化學元素构成,如氧氣分子 O2;也可以由不同的元素构成,如水分子 H2O。若原子之間由非共價鍵的化學鍵(如離子鍵)所結合,一般不會視為是單一分子。 在不同的領域中,分子的定義也會有一點差異:在热力学中,构成物质的分子(如水分子)、原子(如碳原子)、离子(如氯离子)等在热力学上的表现性质都是一样的,因此,都统称为分子;在氣體動力論中,分子是指任何构成气体的粒子,此定義下,單原子的惰性氣體也可視為是分子。而在量子物理、有機化學及生物化學中,多原子的離子(如硫酸根)也可以視為是一個分子。 分子可根据其构成原子的数量(原子數)分为单原子分子,双原子分子等。 在氣体中,氫分子(H2)、氮分子(N2)、氧分子(O2)、氟分子(F2)和氯分子(Cl2)的原子數是2;固体元素中,黃磷(P4)原子數是4,硫(S8)的是8。所以,氬(Ar)是單原子的分子,氧氣(O2)是雙原子的,臭氧(O3)則是三原子的。 許多常見的有機物質都是由分子所組成的,海洋和大氣中大部份也是分子。但地球上主要的固體物質,包括地函、地殼及地核中雖也是由化學鍵鍵結,但不是由分子所構成。在離子晶體(像鹽)及共價晶體有反覆出現的晶体结构,但也無法找到分子。固態金屬是用金屬鍵鍵結,也有其晶体结构,但也不是由分子組成。玻璃中的原子之間依化學鍵鍵結,但是既沒有分子的存在,其中也沒有類似晶體反覆出現的晶体结構。.

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固体

固體是物質存在的一種狀態,是四種基本物质状态之一。與液體和氣體相比,固體有固定的體積及形狀,形狀也不會隨著容器形狀而改變。固體的質地較液體及氣體堅硬,固體的原子之間有緊密的結合。固體可能是晶体,其空間排列是有規則的晶格排列(例如金屬及冰),也可能是無定形體,在空間上是不規則的排列(例如玻璃)。一般而言,固体是宏观物体,一个物体要达到一定的大小才能夠被称为固体,但是对其大小無明确的规定。 物理學中研究固體的分支稱為固体物理学,是凝聚态物理学的主要分支之一。材料科学探討各種常見固體的物理及化學特性。固體化學研究固體結構、性質、合成、表徵等的一門化學分支,也和一些固體材料的化學合成有關。.

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磁是一种物理现象,磁学是研究磁现象的一个物理学分支,磁性是物質響應磁場作用的性质。磁性表现在順磁性物質或铁磁性物質(如铁钉)會趨向於朝著磁場較強的區域移動,即被磁場吸引;反磁性物質則會趨向於朝著磁場較弱的區域移動,即被磁場排斥;還有一些物質(如自旋玻璃、反鐵磁性等)會與磁場有更複雜的關係。 依照溫度、壓強等參數的不同,物質會顯示出不同的磁性。表现出磁性的物质通称为磁体,原来不具有磁性的物质获得磁性的过程称为磁化,反之称为退磁。磁鐵本身會產生磁場,但本质上磁场是由电荷运动產生,如磁铁内部未配對电子的自旋,会产生磁场,当这些磁场的方向一致时,宏观上就表现为磁性。.

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科学研究

科学研究,简称科研,是一个科际整合研究领域,旨在使科学纳入广泛的社会、历史和哲学范畴。它使用各种方法分析科学知识及其知识论和符号学的产生、表达和接收。 与文化研究类似,科学研究由研究的主题来定义,包含大范围的不同理论和方法的观点和实践。科学研究可能会使用跨学科的方法,或借用其它学科的方法,比如人文科学、自然科学和形式科学,从科学计量学到民族学方法论或认知科学。科学研究对和科学政策无疑具有重要性。该领域在过去十年增加很多技术,并开始利用科技与社会,在公共领域促进专家和普通大众的知识交互。.

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纳米

纳米(符號 nm,nanometre、nanometer,字首 nano 在希臘文中的原意是「侏儒」的意思),是一个長度單位,指1米的十億分之一(10-9m)。 有時候也會見到埃米(符號 Å)這個單位,為10-10m。 1納米(nm).

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纳米地球科学

纳米地球科学(Nanogeoscience)是研究与地质系统相关的纳米尺度现象的学科。该学科主要通过研究环境中大小在1至100纳米的纳米颗粒来获取信息。研究范围还包括至少一维为纳米尺度的材料(如:薄膜,受限流体)以及通过环境界面的能量、电子、质子和物质的传递。.

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纳米医学

纳米医学是随着纳米生物医药发展起来用纳米技术解决医学问题的学科。 纳米技术和材料的发展将将给医学领域带来一场深刻的革命,主要在对付癌症和治疗心血管疾病方面有重要意义。 纳米材料具有与一般材料所不同的物理化学性能。 纳米技术可能将在以下方面对医学产生较大的影响:.

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维度

#重定向 維度.

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物理性质

物理性质是物质不需要发生化学变化就表现出来的性质。這些性質是能被感現感知或利用儀器測知的。.

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物质

物质是一個科學上沒有明確定義的詞,一般是指靜止質量不為零的東西。物质也常用來泛稱所有組成可觀測物體的成份 。 所有可以用肉眼看到的物體都是由原子組成,而原子是由互相作用的次原子粒子所組成,其中包括由質子和中子組成的原子核,以及許多電子組成的電子雲 。 一般而言科學上會將上述的複合粒子視為物質,因為他們具有靜止質量及體積。相對的,像光子等无质量粒子一般不視為物質。不過不是所有具有靜止質量的粒子都有古典定義下的體積,像夸克及輕子等粒子一般會視為質點,不具有大小及體積。而夸克和輕子之間的交互作用才使得質子和中子有所謂的體積,也使得一般物體有體積。 物質常見的物質狀態有四種:固體、液體、氣體及等离子体。不過實驗技術的進步產生了許多新的物質狀態,像是玻色–爱因斯坦凝聚及费米子凝聚态。對於基本粒子的研究也產生了新的物質狀態,像是夸克-膠子漿 。在自然科學的歷史中,許多人都在研究物質的確切性質,物質是由許多離散組件組合而成的概念,即所謂的「物質粒子論」,最早是由古希臘哲學家留基伯及德谟克利特提出。 愛因斯坦證明所有物體都可以轉換為能量(即質能等價),之間的關係式即為著名的E.

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表面等离子共振

表面等离子被光激发被叫做平面的表面等离子共振(Surface plasmon resonance,SPR)或纳米尺寸金属结构的局域表面等离子共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)。 这一现象是测量材料被吸收到金属平面或金属纳米颗粒表面的许多标准化工具的基础。它是许多基于颜色的生物传感器应用和不同實驗室晶片传感器之后的理论基础。 当入射光通过棱镜等在金属表面发生全反射时,倏逝波会与表面等离子波耦合产生共振。.

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超顺磁性

超顺磁性是指當某些具有磁性的顆粒小於某個尺寸時,外場產生的磁取向力太小而無法抵抗熱騷動的干擾,而導致其磁化性質與順磁體相似。磁性顆粒變成超顺磁性的臨界尺寸與溫度有關,像是在室溫鐵粒的臨界大小為12.5奈米,而在4.2K時半徑為2.2奈米還是鐵磁性的。.

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能级

能级(Energy level)理论是一种解释原子核外电子运动轨道的一种理论。它认为电子只能在特定的、分立的轨道上运动,各个轨道上的电子具有分立的能量,这些能量值即为能级。电子可以在不同的轨道间发生跃迁,电子吸收能量可以从低能级跃迁到高能级或者从高能级跃迁到低能级从而辐射出光子。氢原子的能级可以由它的光谱显示出来。.

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脂质体

脂质粒(Liposome)也稱為微脂粒,是一种具有靶向给药功能的新型药物制剂。 脂质粒是利用磷脂双分子层膜所形成的囊泡包裹药物分子而形成的制剂。由于生物体质膜的基本结构也是磷脂双分子层膜,脂质粒具有与生物体细胞相类似的结构,因此有很好的生物相容性。脂质粒进入人体内部之后会作为一个“入侵者”而启动人体的免疫机制,被网状内皮系统吞噬,从而在肝、脾、肺和骨髓等组织中靶向性地富集。这就是脂质粒的被动靶向性。 通过在脂质粒膜中掺入一些靶向物质,可以使脂质粒在生物或者物理因素的引导下向特定部位靶向集中,这就是主动靶向脂质粒,目前已经出现的脂质粒主动靶向机制有:热敏脂质粒、磁导向脂质粒和抗体导向脂质粒等。.

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膠體

膠體(英語:Colloid)又稱膠狀分散體(colloidal dispersion)是一種均勻混合物,是非均相的,在膠體中含有兩種不同相態的物質,被分散的物质称为分散相,另一种连续分布的物质称为分散介质。分散的一部分可以是由许多原子或分子(103-106个)組成的有界面的粒子,大小(直径)介於1纳米到100nm之間,也可以是没有相界面的大分子或胶束,前者称为溶胶,后者称为高分子溶液或缔合胶体。.

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量子化

在物理學裏,量子化是一種從經典場論建構出量子場論的程序。使用這程序,時常可以直接地將經典力學裏的理論量身打造成嶄新的量子力學理論。物理學家所談到的場量子化,指的就是電磁場的量子化。在這裡,他們會將光子分類為一種場量子(例如,稱呼光子為光量子)。對於粒子物理學,核子物理學,固態物理學和量子光學等等學術領域內的理論,量子化是它們的基礎程序。.

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量子点

量子点(英语:Quantum Dot)是在把激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。这种约束可以归结于静电势(由外部的电极,掺杂,应变,杂质产生),两种不同半导体材料的界面(例如:在自組量子点中),半导体的表面(例如:半导体纳米晶体),或者以上三者的结合。量子点具有分离的量子化的能谱。所对应的波函数在空间上位于量子点中,但延伸于数个晶格周期中。一个量子点具有少量的(1-100个)整数个的电子、電洞或電子電洞对,即其所带的电量是元电荷的整数倍。.

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陶瓷工程

陶瓷工程是使用无机非金属材料制造物体的科学技术。陶瓷工程的研究范围包括包括对原材料的提纯、对需要的化学成分的研究和生产以及对产物的结构、成分和性质的研究。 陶瓷材料可能含有全部或者部分的晶体结构,在原子层面上是大范围有序的。玻璃陶瓷可能有不定型或类似玻璃的结构,几乎没有有序度或者只能小范围有序。他们的制造方法可能通过是熔化物质冷却凝固,通过加热、或者在低温下通过化学手段如水热或溶胶凝胶法得到。 陶瓷材料特性使其能够在材料工程、电子工程、化学工程以及机械工程中得到很多应用。由于通常陶瓷非常耐热,他们可以用于很多金属和聚合物无法胜任的地方。陶瓷材料在工业中有广泛的应用,包括采矿、航天、医药、精炼、食品和化学工厂、电子行业、工业输电、以及光波导传输等等。 Kingery, W.D., Bowen, H.K., and Uhlmann, D.R., Introduction to Ceramics, p. 690 (Wiley-Interscience, 2nd Edition, 2006).

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树状物

树状物(Dendrimer,亦称树枝状化合物、树形聚合物)是一种重复支分子。一个树状分子围绕核心通常是对称的,而且往往采用了球形立体形态。树状物最初由弗里茨·弗格特莱在1978年用发散合成的方法制成。1990年让·弗雷谢发明了用收敛合成制备树状物的方法。.

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