纳米尺度的电磁现象.ppt

叶邦角 中国科学技术大学 《Nature》公布2001十大科技成果纳米电脑列首位 《自然》杂志资深编缉菲尔-斯祖罗米表示：“尽管真正意义的微型计算机还需几年时间才能制成，但纳米技术在计算机领域的应用意味着今后人们的日常生活将发生巨大的变化，装有纳米计算机芯片的电灯可以完全实现智能化，根据居室的自然照明情况自动调节亮度，……。”　　在研制纳米计算机方面做出很大贡献的研究人员包括美国哈佛大学的Yu Huang及其同事，他们研制的微型电线是普通电线的千分之一，可以轻松地安装到硅芯片上.　　 《Science》杂志评出2001年世界十大科技突破 纳米技术领域获得多项重大成果 继在2000年开发出一批纳米级装置后，科学家今年再进一步将这些纳米装置连接成为可以工作的电路，这包括纳米导线、以纳米碳管和纳米导线为基础的逻辑电路、以及只使用一个分子晶体管的可计算电路。分子水平计算技术的飞跃 有可能为未来诞生极微小但极快速的分子计算机铺平道路。 内容提要 纳米材料 纳米尺度的电现象 纳米尺度的磁现象 纳米材料 纳米材料发展历史 纳米结构单元 纳米材料的基本特性 纳米材料发展历史 诺贝尔奖获得者Feynman在六十年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。 ??? 1984年德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡实验室的Siegel相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。Gleiter在高真空的条件下将粒径为6nm的Fe粒子原位加压成形，烧结得到纳米微晶块体，从而使纳米材料进入了一个新的阶段。 1985年，英国Kroto等采用激光加热石墨蒸发并在甲苯中形成碳的团簇，质谱分析发现C60和C70的新的谱线. C60具有高稳定性的新奇结构，它是由32面体构成，其中有20个六边形和12个五边形所构成． 纯C60固体是绝缘体，用碱金属掺杂之后就成为具有金属性的导体，适当的掺杂成分可以使C60固体成为超导体。从此，对 C60的研究热潮应运而来。 1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。 会上正式提出纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学和纳米机械学的概念，并决定出版《纳米结构材料》、《纳米生物学》和《纳米技术》的正式学术刊物。 1994年在美国波士顿召开的MRS秋季会议上正式提出纳米材料工程． 纳米材料研究的基础上通过纳米合成、纳米添加发展新型的纳米材料. 现在，人们关注纳米尺度颗粒、原子团簇、纳米丝、纳米棒、纳米管、纳米电缆和纳米组装体系。 纳米组装体系是以纳米颗粒、纳米丝或纳米管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系，如人造超原子体系、介孔组装体系、有序阵列等。 纳米材料发展的三个阶段 第一阶段（1990年以前） 主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1994年前） 人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 纳米结构单元 构成纳米结构块体、薄膜、多层膜以及纳米结构的基本单元有下述几种： 团簇 原子团簇是一类新发现的化学物种，是在20世纪80年代才出现的，原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体（粒径小于或等于 1nm），如Fen，CunSm，CnHm和碳簇（C60, C70和富勒烯等）等。 绝大多数原子团簇的结构不清楚，但已知有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等等． 纳米微粒 纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺度大于原子簇，小于通常的微粉．通常，把仅包含几个到数百个原子或尺度小于1nm的粒子称为“簇”，它是介于单个原子与固态之间的原子集合体。纳米微粒一般在 1～100nm之间，有人称它为超微粒子。纳米微粒是肉眼和一般显微镜看不见