氧化镁纳米管团簇的结构和性质

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3、和化学性质随着原子数目而变化【¨。团簇在几何构型、电子结构、磁性和光学性质等方面，其性质往往既不同于气态下游离的单个原子或分子，也不同于凝聚态下的宏观液体或固体。因此，有人把团簇看成是介于气态和凝聚态之间的物质结构新层次，称为物质的第五态12】。团簇具有许多独特的性质，如光吸收显著增加、超导相向正常相转变、金属熔点降低、微波吸收增强等。主要的是来自于团簇体系的两个典型效应：尺寸效应和表面效应。因为团簇的尺寸很小，所以晶体的周期性边界条件被破环，金属在费米能级附近的连续能带，随着团簇尺寸的减小，将逐渐变为准连续直至离散能级，使得金属变为准

4、金属或半导体。对于半导体材料，随着尺寸的减小，能隙也将变大。这被称为团簇的量子尺寸效应p】。随着团簇原子数目的增加，团簇的一些物理化学性质并不完全呈单调变化趋势。对于较小的团簇，每增加一个原子，团簇的结构都可能发生重构，电子亲和能、电离能、结合能、反应活性等，可能变大，也可能变小，甚至奇偶振荡。一个典型的现象就是幻数效应，即当原子数目恰好等于幻数时，团簇表现出最高的稳定性，例如Na。团簇在n=8、20、40、58、92时特别稳定；实验中观测的具有特殊稳定性的幻数硅氧团簇[41。团簇具有很高的比表面积，这些表面原子的配位数不足，具有较高的

5、能量，容易与其它原子相结合，所以具有很高的化学活性。这种表面原子的活性不但引起团簇表面原子输运和构型变化，同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。团簇的制备方法大体可以分为物理制备法和化学合成法。物理制备法包括溅射法、离子发射法和气相凝聚法；化学合成法包括胶体化学、水解、共沉淀、溶剂蒸发等方法。通过质谱、吸收光谱、显微技术等方法检测表征出团簇的大小、结构和其它信息。团簇的理论研究方法目前可分为三种：一种是经验算法，即采用经验的相互作用形式，计算体系的能量；第二种是采用第一性原理计算的方法；第三种是介于两兰州大学硕士研究生毕业论文者之

6、间的半经验算法。经验算法模型简单，计算量较小，可以处理很大的体系，对很多体系可以得到不错的结果。第一性原理计算理论上适合于任意团簇的计算，计算量很大，适用于小团簇的计算。但随着计算机水平的不断发展，计算机的计算能力越来越强，第一性原理计算的应用越来越广。利用第一性原理计算不仅可以得到团簇的构型，还可以得到振动、电子结构等许多信息，这些信息可以直接与实验测量值进行比较，从而确定计算的正确性，并从本质上研究团簇的其它性质。半经验算法适用于计算量较大又有较高精度要求的团簇分析，例如紧束缚方法【51，它用第一性原理的方法计算大量参考体系，从中拟

7、合出合适的紧束缚参数，用一个只依赖于原子间距和轨道对称性的函数形式来代替电子积分，大大减小计算量，同时具有较高的计算精度。1．2氧化镁纳米管团簇的特性及研究现状固体MgO是典型的宽带隙绝缘体，是优异的高熔点惰性材料，被广泛应用于∞mj■”o二毹2㈨nIll蓦鬻?“善I{-_—_—·__囊萋。#，⋯。靠jFig．1LowmagnificationTEMimageoftheMgOnanotubebundles(a)，magnifiedTEMimgageofaMgOnanotubebundle(b)，magnifiedTEMimageofth

8、eMgOnanotubesinabundle(c)andTEMimageofanindividualMgOnanotube(d)；theupperleftinsetisSAEDpattemoftheMgOn