浙江大学物理学在高新材料中的应用-六省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

物理学在高新技术材料中应用（纳米科技）沙健第1页(一)基本概念(二)纳米材料研究方法(三)纳米材料应用第2页(一)基本概念第3页纳米科学和技术纳米材料科学和技术纳米电子科学和技术纳米生物科学和技术纳米机械,纳米加工…...第4页第5页纳米科学和技术0.1

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纳米

微米通常把1-100纳米作为纳米科技适用范围原子分子块体微观

介观宏观第6页材料结构单元尺度：1——100nm零维团簇,纳米颗粒,C60族等准一维纳米管、线、棒纳米材料三维纳米块体纳米多孔材料纳米材料（按形貌分类）二维超晶格薄膜

第7页金属合金有机高分子其它陶瓷无机氧化物等

纳米材料种类（按成份和结构分类）第8页纳米材料有天然存在第9页n-Cu室温轧制超塑性K.Lu,etal,Science,287,1463,只有那些变成纳米尺寸后能显示出新性质，或原有性质发生了改进材料才有制作和研究价值。人工制作纳米材料第10页第11页Fibonaccinumber:AB8/5,C:13,21Fibonacci级数:1,2,3,5,8,13,21,34,55…….第12页第13页第14页团簇幻数第15页C60固体结构85年发觉，96年Nobel奖第16页

1991,IgimafirstexperimentallyobtainedCNano-TubesAfterthat,manypeopleplungedintothisarea,andmoreandmoreCNTswithmultiple-layersorsinglelayer,differentdiameterandlengthappearintheworldHREMimageofC-Nano-TubeModelforthestructure第17页1991,IgimafirstexperimentallyobtainedCNano-Tubes第18页第19页Lastyear,Germanyscientists

OliverG.SchmidtandKarlEberl

madeaSi-GeNano-tubebyrollupafilm.

Nature418()168。第20页ThenwegiveamodeltothegrowthoftheSiNTs:第21页AFMimageofsurfaceofNCA.Density~107/mm2

Diameter>10nmAlAl2O3wall

10µmNano-ChannelAl2O3asSubstrate

ChannelDiameter>20mm第22页第23页L(μm)>>r(nm)线、管、同轴缆线、带第24页第25页1）小尺寸效应当结构单元尺寸减小到与一些物理特征尺度相当初，纳米材料

宏观物理性质发生改变。如超导相破坏、磁性矫顽力突增、发生结构相变、熔点降低、对光反射率降低等。2）量子尺寸效应当纳米材料结构单元某一维度上尺寸下降到某个值时候，费米面附近电子能谱由准连续变到离散，表面结构和电子态急剧改变，能隙变宽，处于分离量子化能级中电子波动使其产生一系列反常，如场至发光、光吸收带移动、载流子量子约束和量子输运、导体变成绝缘体等。3）表面效应纳米材料结构单元表面与内部原子数量比、比表面积（m2/g）、比表面能都伴随基元尺寸下降而快速提升。（R=10nm,20%,66m2/g,5.9X102J/mol,1nm,99%,660m2/g,5.9X103J/mol,

主要起源于：第26页(二)纳米材料研究方法第27页纳米材料制备方法物理化学生物PVDBMSolgelCVD人工合成蛋白第28页

传统从大到小方式1mΧФ500第29页

纳米科技独特从小到大方式分级组装结构设计基本性质研究新概念器件信息存放材料生物和医学光通讯基元制备第30页现实状况(基础研究）：

⊕零维纳米材料，研究了近20年；

⊕二维纳米材料，依靠薄膜领域内已研究得很深入。

⊕三维纳米材料（块体），也无太多基本问题。准一维纳米材料，还未被人们深入了解。新物相，新特征。第31页~一维纳米材料~

头发头发~

大树何谓一维纳米材料？第32页SynthesisofSiNWs

MotivationofmakingSiNWsCompatiblewiththetraditionalSibulkmaterialinITItispossibleforSiNWS:Signalgeneration、Signaltransmission、SignalstorageSiNWsservedualpurpose:bothactivedevicesandinterconnects.CrossedSiNWsarchitectureprovidesnaturalscalingandpotentialforintegrationathighestdensities.PtypeNtypeDiodeconnect第33页Topredictrationallygrowthconditionswemustidentify(i)catalystmaterial(ii)composition(iii)growthcondition.Thesecanbedeterminedfromphasediagrams.e.g.Startingliquid:Au+SiBinaryAu-SiPhaseDiagram

SyntheticDesign第34页ExperimentalOverview*Breakingsymmetryfor1Dgrowth,andadditionofSiduringthewholeprocess.

*

Thekeyissueforcontrollednano-wiregrowthisthegenerationofnano-scale“Si+catalyst”droplet*ThegrowthprocessbeginswhenthedropletbecomessupersaturatedwithsiliconNano-sizecatalystparticle,supersaturateprecipitationgrowthpreferredorientationdroplet第35页VLSmechanism(Vapor-Liquid-Solid)AuSiSiSynthesisofarrayorderlySiNWsDie(Nano-tube)SiInCVDsystem,900K第36页AlAl2O3wall

1µmAnodicAl2O3(AAO)plateasdie

Nano-TubeDiameter>5nmAFMimageSEMimageAAOsurface.Density~107/mm2Diameter>5nm1cmCVDsystemAl2O3第37页1931，Ruska和Knoll研制成功了第一台电子显微镜1938，Ruska，分辨率只有10nm1956，Menter，分辨率到达0.8nm现在，已经到达0.1---0.2nm，TEMSTEM(TransmissionElectronMic