纳米结构的制备方法教材分析.docVIP

纳米结构的制备方法 学生姓名：曹琰 学号：20115041096 ：?令人惊讶的是自然界早就解决了这个问题，，30个原子就隐藏了不可思议的遗传信息，，，。[1]。无序堆积而成的纳米块体材料，由于颗粒之间的界面结构的复杂性，很难把量子尺寸效应和表面效应对奇特理化效应的机理搞清楚，纳米结构可以把纳米材料的基本单元（纳米微粒、纳米丝、纳米棒等）分离开来，这就使研究单个纳米结构单元的行为、特性成为可能。更重要的是人们可以通过各种手段对纳米材料基本单元的表面进行控制，这就使我们有可能从实验上进一步提示纳米结构中纳米基本单元之间的间距，进一步认识他们之间的耦合效应。因此，纳米结构出现的新现象、新规律有利于人们进一步建立新原理，这为构筑纳米材料体系的理论框架奠定基础[2]。 2.1纳米结构的概念 所谓纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造一种新的体系，它包括一维、二维、三维体系[3]。这些物质单元包括纳米微纳米薄膜，纳米阵列及介孔结构，其他还有很多不常见的纳米结构，如纳米笼、纳米纤维、纳米花、纳米泡沫、纳米网，纳米针膜，纳米环、纳米壳、纳米线等，其形貌如图1。 图1纳米结构形貌 2.2纳米结构的分类 关于纳米结构组装体系的划分至今并没有一个成熟的看法，根据纳米结构体系构筑过程中的驱动力是靠外因，还是靠内因来划分，大致可分为两类：一是人工纳米结构组装体系；二是纳米结构自组装体系和分子自组装体系。 所谓人工纳米结构组装体系，按人类的意志，利用物理和化学的方法人为地将纳米尺度的物质单元组装、排列构成一维、二维、三维的纳米结构体系，包括我们以前提到过的纳米有序阵列体系和介孔复合体系等。 纳米结构的自组装体系是指通过弱的和较小方向性的非共价键，如氢键、范德瓦尔斯键和弱的离子键协同作用把原子、离子或分子连接在一起构筑成一个纳米结构或纳米结构的花样[4]。自组织过程的关键不是大量原子、离子、分子之间弱作用力的简单叠加，而是一种整体的，复杂的协同作用。纳米结构的自组装体系的形成有两个重要的条件，一是有足够数量的、非共价键或氢键存在，这是因为氢键和范德瓦尔斯等非共价键很弱，只有足够量的弱键存在，才能通过协同作用构筑成稳定的纳米结构体系；二是自组装体系能量较低，否则很难形成稳定的自组装体系[5]。分子自组装指分子与分子在平衡条件下，依赖分子间非共价键力自发地结合成稳定的分子聚集体的过程。营造分子自组装体系主要划分为3个层次：第一，由中间分子体通过弱的氢键、范德瓦尔斯力及其他非共价键的协同作用，形成结构稳定的大的分子聚集体；第三，由一个或几个分子聚集体作为结构单元，多次重复自组织排成纳米结构体系。 3纳米结构的制备方法 纳米粉体、纳米纤维、纳米薄膜、纳米块体、纳米复合材料和纳米结构等纳米材料的制备方法有的相同，有的不相同，有的原理上相同，但工艺上有显著的差异[6]。从目前的研究来看，纳米结构的制备方法大体可分为：自组装法、人工构筑法、模板法。 3.1人工构筑法 在人工构筑法里人的设计和参与制造起到决定性的作用，就好像人们用自己制造的部件装配成非生命的实体(例如机器、飞机、汽车、人造卫星)等一样，人们同样可以形成具有各种对称性的和周期性的固体，人们也可以利用物理和化学的办法生长各种各样的超晶格和量子线。以纳米尺度的物质单元作一个基元按一定的规律排列起来形成一维、二维、三维的阵列称之为纳米结构体系，由于它具有纳米微粒的特征，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应等特点，又存在由纳米结构组合引起的新的效应，如量子耦合效应和协同效应等。其次，这种纳米结构体系很容易通过外场(电、磁、光)实现对其性能的控制，这就是纳米超微型器件的设计基础[7]。主要的人工构筑法有：光刻技术、束流刻蚀法、STM/AFM 加工法、纳米压印技术等。 光刻技术是集成电路制造中利用光学—化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。包括光复印和刻蚀两个工艺[8]。在狭义上，光刻工艺仅指光复印工艺。 束流刻蚀法是通过具有一定能量的电子束、离子束与固体表面相互作用来改变固体表面物理、化学性质和几何结构的精密加工技术，加工精度可达微米、亚微米甚至纳米级。比较成熟的有电子束曝光、离子束掺杂和离子束刻蚀。 电子束曝光是用具有一定能量的电子束照射抗蚀剂，经显影后在抗蚀剂中产生图形的一种微细加工技术。对于正性抗蚀剂，在显影后经电子束照射区域的抗蚀剂被溶解掉，而未经照射区域的抗蚀剂则保留下来；对负性抗蚀剂则情况相反。这样就在抗蚀剂中形成了需要制作的图形，电子束曝光有扫描和投影两种工作方式。而离子束刻蚀是用具有一定能量的离子束轰击带有掩模图形的固体表面，使不受掩蔽的固体表面被刻蚀，从而将掩模图形转