基本介紹
- 中文名：團簇
- 外文名：cluster
- 實質：微觀或亞微觀聚集體
- 空間範圍：幾埃至幾百埃
- 狀態：原子分子向大塊物質轉變的過渡態
- 團簇材料：矽、鍺、碳等
研究對象,團簇材料,原子團簇,團簇研究意義,
研究對象
團簇科學研究的幾個主要方向是：
（1）研究團簇的組成及電子構型的規律、幻數和幾何結構、穩定性的規律；
（2）研究團簇的成核和形成過程及機制，研究團簇的製備方法、尤其是獲取尺寸均一與可控的團簇束流；（3）研究金屬、半導體及非金屬和各種化合物團簇的光、電、磁、力學、化學等性質，它們與結構和尺寸的關係，及向大塊物質轉變的關節點；
（4）研究團簇材料的合成和性質；
（5）探索新的理論，不僅能解釋現有團簇的效應和現象，而且能解釋和預知團簇的結構，模擬團簇動力學性質，指導實驗；
（6）發展新的方法對團簇表面進行修飾和控制。
團簇材料
團簇是介於原子、分子與大塊材料之間的一種物質狀態，與納米材料和微粒並無嚴格概念上的界限，只是傳統意義上的研究側重面不一樣。基於團簇的新材料，新團簇材料的製備及性能研究是團簇走向套用的主要途徑之一，是人們極感興趣的團簇科學的一大課題，一-般的團簇顆粒大小在納米量級，必會伴隨很強的量子限制效應，導致許多新現象和新性質的出現，新團簇材料的研究尚處於發展階段，主要集中在其物理性質研究方面。
(1)矽、鍺、碳等IV族元素團簇嵌入玻漓、沸石、氟化銼等基質中，會出現光學頻移、非常的激子態、振轉態、電子態及電子輸運等量子受限特徵，團簇材料隨尺寸變化的電子態特徵尤其使人感興趣，如多孔矽發光受限Cd和Se等團簇的發光藍移及碳球團簇光致發光等。
(2)團簇材料的非線性回響及超快弛豫特徵。例如，澳化亞銅及氣化亞銅團簇的三階光學非線性係數隨尺寸變化有一最大值，並發現其激子相干態的飛秒弛豫現象，具有非常的催化性質的金屬團簇在飛秒域的振盪弛豫特徵等。
(3)納米尺寸金屬團簇間的自合金化。
(4)過渡金屬團簇材料的奇異磁性質。例如，Fe .Ce、Ni等團簇比塊材料有較大的磁矩，而Gd，Tb，Dy等團簇比塊材料的磁矩要小，有趣的是，Mb塊材料沒有磁性而在團簇狀態卻有很大的磁矩。
團簇沉澱在晶體表面會與表面發生相互作用，直接影響自由團簇的結構和狀態，導致其化學活性的變化，這方面研究的技術主要有透射電鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、射線衍射、雷射拉曼光譜、光吸收、光發射等。氣相團簇與表面碰撞研究內容包括物質的能量、電荷的交換結構和活性的變化等。通過這些研究有助於認識這一領域的基本規律,這方面的主要研究手段當推反射式飛行質譜技術。同時，尺寸選擇的離化團簇成膜新技術對基礎和套用研究所需的團簇膜材料的製備都是極其重要的。團簇廣泛地存在於自然界各種過程，如宇宙塵埃的形成和演化、大氣煙霧的成核和凝聚、燃燒中元素合成和分解等。但是，用人工方法製備和檢測團簇是團簇研究和套用的基礎。人工產生團簇的基本方法可分為物理製備法和化學合成法，按生成條件又可分為真空、氣相和凝聚相合成。不同研究的所採用的團簇合成方法也不同。
原子團簇
人們把團簇看成介於原子、分子與巨觀固體之間物質結構的新層次或新凝聚態，即介觀層次，是各種物質由原子、分子向體相物質轉變的中間過渡態，或者說代表了凝聚態物質的初始態。
(1)幻數。具有特殊數目原子或分子的團簇特別穩定，這個數目叫做幻數。不同的元素或化合物的幻數序列不相同，表明其物理根源有差異。
(2)團簇的性質。原子團簇獨特的性質源於其結構上的特點，因其尺寸小，處於表面的原子比例極高，而表面原子的幾何構型、自旋狀態以及原子間作用力都完全不同於體相內的原子。材料的性質與內部單元的表面性質息息相關。例如僅僅通過調節團簇的大小，物質特性就有極大的不同。10個鐵原子的團簇在催化氨合成時要比17個鐵原子的團簇效能高出1000倍。
伴隨著尺寸而來的另一效應是量子效應，原子團簇的研究證明了許多量子力學的假設和預言，提出了無數更有趣的新問題。例如在由純金屬原子組成的多面體團簇中，只有當原子數目是“幻數系列”，即為2，8，20，28，50，82，126，…時，結構才是穩定的，甚至在加熱到液態時也不會被破壞。同樣的“幻數系列”在元素周期律中早已為人所知，但其理論解釋仍無定論。
