《纳米材料与器件》全套教学课件.pptxVIP

纳米材料和器件;SiO2nanowiresareseveralmicronsin

lengthwhile

maintainingaroughly10-nanometerdiameter;

CVD方法制得SiO2纳米线，借助于Au颗粒的

化;Humanhairfragmentandanetworkofsingle-walledcarbonnanotubes(Image:JirkaCech);纳米材料和器件课程介绍;主要涵盖的内容;具体内容;主要参考资料;课程;课程考试;第一讲：纳米材料概述;纳米技术——无所不在;什么是纳米（nanometer)？

InGreek,“nano”meansdwarf

纳米(nm)是一个长度计量单位，1nm=10-9m

Si原子的尺寸～0.1nm。

纳米尺度通常指1～100nm的尺度范围

纳米技术通常指在纳米尺度上对物质进行研究处理的技术。;从空间尺度上看纳米材料;纳米材料与其它学科的关系;人工纳米材料的分类;零维纳米材料：指空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米微粒或团簇（量子点）。;纳米金属镍;In2O3;2007年最佳纳米级显微图像揭晓：量子森林

托斯藤-兹欧姆巴在德国实验室中捕获，它展示了锗硅量子点（SiGequantumdot)：高15nm，直径70nm。;一维纳米材料：指空间二维处于纳米尺度，如纳米量子线、丝、棒、管（量子线）。;庆典礼花——用物理气相沉积（PVD）法制备的ZnO纳米棒的SEM图象;森林——直立在Au薄膜上的单壁碳纳米管的STM图像;使用静电力显微镜获取直径为18nm的碳纳米管发出的电荷。图中明亮的光晕是由纳米管帽发射出的电荷所产生的，放电时，纳米管则变暗。;二维纳米材料：指空间一维处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格（量子阱）。;三维纳米固体材料：指由纳米基本单元构成的块体材料，如纳米晶块体材料

（纳米陶瓷、纳米结构材料）、纳米复合材料、纳米多孔材料（多孔碳，分子筛）……;纳米晶结构材料的剖面示意图

（实心球表示体相原子，空心球表示界面原子）;沸石的笼结构;纳米材料是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（l～100nm）调制的各种固体材料。

它的存在形式包括零维的原子团簇和纳米微粒，一维调制的纳米多层膜；二维调制的纳米颗粒膜（涂层）；以及三维调制的纳米块体材料。;表面效应小尺寸效应

量子尺寸效应

量子隧道效应;表面;表面效应;SnO2气敏元件;随粒径减小，光;小尺寸效应;金属超微颗粒对太阳光的宽频???强吸收：

所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑，金属超微颗粒对光的反射率通常低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光，对太阳光谱几乎具有全吸收性质；

可以制备出“太阳黑体”物质，作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。

非金属纳米颗粒（氮化硅、碳化硅及氧化铝)对红外光的宽频带强吸收：纳米粒子大的比表面导致了平均配位数下降，不饱和键和悬挂键增多。没有一个单一的、择优的键振动模式，而存在一个较宽的键振动模式的分布，对红外吸收的频率存在一个较宽的分布。;特殊的热学性质;MeltingpointofGoldnanoparticles;NanoAl;案例1：常规A12O3陶瓷的烧结温度在1800-1900°C，在一定条件下纳米A12O3颗粒可在1150-1500°C烧结，致密度可达99．7％。

案例2：超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。;Rangeofpercentageofatomsingrainboundariesofananocrystallinesolidasfunctionofgraindiameter,assumingthattheaveragegrainboundarythicknessrangesfrom0.5to1.0nm

[MaterialsScienceandEngineeringR45(2004)1–88];小尺寸效应;量子尺寸效应;由于其电子能级δ变大，低温下的热扰动不足以使电子克服能隙的阻隔而移动，电阻率增大，从而使金属良导体变为绝缘体。;半导体纳米材料的特殊光电性质：在尺寸小于100nm的纳米尺度范围内，半导体纳米微粒随着其粒径的减小也会呈现量子化效应，显现出与常规块体不同的光学和电学性质。

硅纳米颗粒的发光现象：

普通的硅有良好半导体特性，但不能发光。

当硅纳米晶粒的直径低于5nm时，可在室温下光致发光；当硅晶粒的直径超过3nm时发红光，直径为2~3nm时发绿光，直径在2nm以下