纳米科技与纳米材料课程总结.docx

西南科技大学

纳米科技与纳米材料课程总

结

报

告

报告人：理学院光信息1102班杨星

早在1959年，美国著名的物理学家，诺贝尔奖金获得者费曼就设想：“如果有朝一日人们能把百科全书存储在一个针尖大小的空间内并能移动原子，那么这将给科学带来什么！”这正是对纳米科技的预言，也就是人们常说的小尺寸大世界。

纳米科技是研究尺寸在0.1～100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。

纳米材料和技术是纳米科技领域最富有活力、研究内涵十分丰富的学科分支。“纳米”是一个尺度的度量，最早把这个术语用到技术上的是日本在1974年底，但是以“纳米”来命名的材料是在20世纪80年代，它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到1～100nm范围。

可以说纳米技术是前沿科学，有很大的探索空间和开展领域，比方：医疗药物、环境能源、宇航交通等等。而今纳米时代正走向我们，从古文明到工业革命，从蒸汽机到微电子技术的应用，纳米时代的到来将不会很远。

这门课程我最深刻的内容是：第二讲扫描隧道显微镜及其应用

引言：

在物理学、化学、材料学和生物研究中，物质真实外表状态的研究具有重要意义。常用的手段有：

光学显微镜：由于可见光波长所限，光学显微镜的分别率非常有限〔一般1000nm，分辨率高的可到250nm，理论极限为200nm〕。

扫描电镜：虽然给外表观察及分析提供了有力的工具，但由于高能电子束对样品有一定穿透深度，所得的信息也不能反映“真实”外表状态，分辨率3nm。

透射电镜：虽有很高的分辨率，但它所获得的图像实际上是很薄样品的内部信息，用于外表微观观察及分析几乎是不可能的。分辨率0.1nm。

针对这一问题，宾尼与罗雷尔于1982年创造了扫描隧道显微镜。在不到5年的时间内，分辨率就到达了原子水平。分辨率0.01nm。

扫描隧道显微镜的根本原理：

1982年，国际商业机器公司〔IBM〕苏黎世研究所的GerdBinnig和HeindchRohrer及其同事们成功地研制出世界上第一台新型的外表分析仪器，即扫描隧道显微镜〔ScanningTunnelingMicroscope，STM〕。它使人类第一次能够直接观察到物质外表上的单个原子及其排列状态，并能够研究其相关的物理和化学特性。因此，它对外表物理和化学、材料科学、生命科学以及微电子技术等研究领域有着十分重大的意义和广阔的应用前景。STM的创造被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一。由于这一杰出成就，Binnig和Rohrer获得了1986年诺贝尔物理奖。

STM的根本原理：

STM的根本原理是量子的隧道效应。它利用金属针尖在样品的外表上进行扫描，并根据量子隧道效应来获得样品外表的图像。通常扫描隧道显微镜的针尖与样品外表的距离非常接近〔一般为0.5~l.0nm〕，所以它们之间的电子云互相重叠，其间的势垒变得很薄，。当在它们之间施加一偏置电压Vb时，电子就可以因量子隧道效应由针尖〔或样品〕转移到样品〔或针尖〕，在针尖与样品外表之间形成隧道电流。

由于隧道电流I与针尖和样品外表之间的距离s成指数关系，所以，电流I对针尖和样品外表之间的距离s变化非常敏感。如果此距离减小仅仅0.lnm，隧道电流I将会增加10倍；反之，如果距离增加0.1nm，隧道电流I就会减少10倍。

由于STM具有极高的空间分辨能力〔平行方向的分辨率为0.04nm，垂直方向的分辨率到达0.01nm〕，它的出现标志着纳米技术研究的一个最重大的转折甚至可以说标志着纳米技术研究的正式起步。因为，在此之前人类无法直接观察物质外表上的原子和分子结构，使纳米技术的研究无法深入地进行。

恒电流模式:

恒电流模式是在STM图像扫描时始终保持隧道电流恒定，它可以利用反应回路控制针尖和样品之间距离的不断变化来实现。当压电陶瓷Px和Py控制针尖在样品外表上扫描时，从反应回路中取出针尖在样品外表扫描的过程中它们之间距离变化的信息〔该信息反映样品外表的起伏〕，就可以得到样品外表的原子图像。

恒高度模式:

恒高度模式那么是始终控制针尖的高度不变，并取出扫描过程中针尖和样品之间电流变化的信息〔该信息也反映样品外表的起伏〕，来绘制样品外表的原子图像。由于在恒高度模式的扫描过程中，针尖的高度恒定不变，当外表形貌起伏较大时，针尖就很容易碰撞到样品。所以恒高度模式只能用于观察外表形貌起伏不大的样品。

以上便是记得最深的局部，主要归功于老师布置的作业，我在网上查了好多关于STM的相关资料，因此也让我记忆尤新。〔以下便是那次作业的局部图〕

通过对纳米科技与纳米材料课程的学习，我的感触颇深。

人类对客观世界的认识是不断深入的。认识从直接用肉眼能看到的事物开始，