第八章 自组装纳米加工技术

章自组装纳米加工(jiā

gōng)技术10.1引言(yǐnyán)自上而下:复杂的电路结构由平面衬底表面逐层建造形成

(xíngchéng)。自上而下的加工方式其最小可加工结构尺寸最终受限于加工工具的能力:光刻工具或刻蚀设备的分辨能力。自下而上:大自然,在上亿年间通过自组装（Selfaseinbly)和自构建(Self-ConStmCtion)方式,从分子水平基础上创造了世间复杂万物。而分子这一最基本的构建单元与目前最小可加工的结构相比至少小一个数量级,所以纳米加工技术的最终发展是分子水平的自组装技术。如果把分子自组装看做是一种微纳米结构加工手段,则从分子水平出发构建纳米或微米结构是一种“自下而上”（Botom-Up)的加工方式,它彻底颠覆了传统的自上而下的加工理念。词语：尺寸拼音：chǐ

cun解释：尺和寸，指量具。《管子·形势解》：“以规矩为方圜则成，以尺寸量长短则得，以法数治民则安。”《商君书·修权》：“夫释权衡而断轻重，废尺寸而意长短，虽察，商贾不用，为其不必也。”清钱泳《履园丛话·杂记下·尺》：“尺寸之长短，一代长於一代，若以今之裁衣尺较工部尺，则又盈一寸许矣。”形容事物些许、细小或低微。《孟子·告子上》：“无尺寸之肤不爱焉，则无尺寸之肤不养也。”《汉书·孔光传》：“臣以朽材，前比歷位典大职，卒无尺寸之效，幸免罪诛，全保首领。”宋欧阳修《答枢密吴给事见寄》诗：“报国愧无功尺寸，归田仍值岁丰穰。”明李东阳《与刘方伯书》：“虽官阶不过尺寸，而事权之重轻，藩地之邇远，有大不同者。”清纪昀《阅微草堂笔记·滦阳消夏录三》：“乌鲁木齐关帝祠有马……每至塑望祭神，必昧爽先立祠门外，屹如泥朔，所立之地，不失尺寸。”瞿秋白《赤都心史》三七：“虽然通译的才能或者不足，然而始终有尺寸的功效。”指些少或微小的事物。如土地、才能、功劳、距离等。《史记·项羽本纪论》：“然羽非有尺寸乘埶，起陇亩之中。”《魏书·彭城王勰传》：“今遭圣化，正应力兹愚老，申展尺寸，但在南百口，生死分张，乞还江外，以申德泽。”宋岳飞《辞少保第五札子》：“臣方将策駑礪钝，冀效尺寸以报陛下天地生成之德。”《水浒传》第九五回：“﹝郁保四﹞紧紧跟随宋先锋，不离尺寸。”法规；标准。《韩非子·安危》：“六曰有尺寸而无意度。”汉严遵《道德指归论·善建》：“我身者，彼身之尺寸也；我家者，彼家之权衡也。”宋苏轼《谢王内翰启》：“窃以求士之道，古难其全……欲求规矩尺寸之士，则病其齷齪，而不能有所为。”明何景明《与何粹夫书》：“畧於章句之末，而超於尺寸之外。”杨朔《三千里江山》第十五段：“其实这根尺最公平，最合理。起码的尺寸是看你肯不肯为人民做点事。”分寸，指适当的限度或程度。老舍《骆驼祥子》二一：“乡下人急了，不会拿着尺寸说话，她抖着底儿把最粗野的骂出来。”指高低、长短、大小等。唐高墉《龙华寺窣堵波塔铭》：“天虽高兮，尺寸可知。”宋曾巩《山水屏》诗：“秋刀剪新屏，尺寸随折曲。”冰心《南归》：“所以这次我对于母亲寿衣的材料、颜色、式样、尺寸，都不厌其详的叮咛嘱咐了。”指尺脉和寸脉。《灵枢经·终始》：“少气者，脉口人迎俱少，而不称尺寸也。”分子自组装纳米加工有两方面的优势:一是组装结构为分子尺度,远远小于目前传统纳米加工所能实现的结构尺寸;二是低成本。原理上,分子自组装过程是自动的､自发的,不需要昂贵的加工设备,但真正实现上述两方面优势还需要相当长的研发(yán

fā)过程。目前分子自组装或其他自组装技术作为一种微纳米加工手段还是相当原始的,大多数自组装结构呈现二维准晶格阵列结构。即使是二维准晶格阵列,要实现大面积长程有序（long

range

ordered)还是相当困难的。在大多数情况下,自组装必须与传统微纳米加工技术相结合,即所谓“自上而下与自下而上相结合”,以保证自组装的结构有实用价值。词语：干涉拼音：gānshè解释：强行过问；干预。《后汉书·东夷传·濊》：“其俗重山川，山川各有部界，不得妄相干涉。”《朱子语类》卷七十：“如初上则各在事外，不相干涉，所以无争。”《古今小说·汪信之一死救全家》：“你自家有绢，自家做人情，莫要干涉老娘。”李大钊《太上政府》：“你居然干涉我们的言论自由，说什么‘警告’、‘取缔’、‘限期答复’。”巴金《家》八：“他们仍然胡闹。我们的人要维持秩序，只得出来干涉。这样就得罪了他们。”关涉，关系。宋苏轼《乞郡札子》：“臣与此两人有何干涉，而於意外巧构曲成，以积臣罪。”明焦竑《焦氏笔乘·金陵旧事上》：“近詔毁私创庵院，集庆庵一黠僧輒妄以瓦官名有处，因得幸免，然於古跡毫无干涉也。”清顾炎武《致颜光敏书》：“事歷三载，初无干涉。”国际法名词。一国、数国或国际组织干预他国的对内事务或对外事务，影响其独立和主权的非法行为。10.2自组装(zǔ

zhuānɡ)过程自组装是一个非常广义的概念,任何一种由独立个体自发地（无人为干涉）形成一个组织或系统的过程(guòchéng)都可以称之为自组装过程(guòchéng)。纳米加工意义上的自组装一般具有如下4个特征:1)由个体集合形成整体组织或系统的过程(guòchéng)是自发的､自动的。自发意味着一旦条件满足,个体组装成整体的过程(guòchéng)自然起始;自动意味着在组装过程(guòchéng)中不需要人为干涉进程。因此,自组装是个体之间相互作用的结果。词语：只有拼音：zhǐyǒu解释：唯有，仅有。宋苏轼《和陈述古拒霜花》：“千株扫作一番黄，只有芙蓉独自芳。”明李贽《与周友山书》：“煢然孤独，无与晤语，只有一塔墓室可以厝骸，可以娱老。”老舍《黑白李》：“我只有这么一个弟弟。”连词。表示必需的条件，现代汉语中下文多与“才”或“方”呼应。唐韩愈《皇太后挽歌》之三：“只有朝陵日，粧奩一暂开。”宋苏轼《建中靖国元年正月复过虔再次前韵》：“只有貂裘在，犹堪买钓舟。”如：只有社会主义才能救中国。2)

个体之间的结合是非共价键力的结合。微观层次的自组装依赖于分子间的吸引或排斥力,其中最常见的是氢键（hydrogen

bond)作用力,即通过氢键将不同分子链接成不同分子结构系统。氢键是一种非共价键（non-Covalent

bond),其键合力只有共价键力的1/20。非共价键结合一般在常温常压条件下就可以发生,而共价键结合如晶体生长通常需要在高温或高压(gāoyā)条件下进行,所以晶体生长不属于纳米加工意义的自组装。除此之外,纳米粒子间的自组装依赖于范德瓦耳斯力(Van

der

Waals

force)､表面张力（surface

tension)､毛细管力或弱静电作用力等短程作用力。介观与宏观层次的自组装依赖于电磁力或重力等长程作用力[3]。词语：随机拼音：suí

jī解释：依照情势；顺应时机。《陈书·徐世谱传》：“世谱性机巧，諳解旧法，所造器械，竝随机损益，妙思出人。”宋陈亮《酌古论·崔浩》：“而不知事固有随机立权者，乌可以琐琐顾虑哉！”鲁迅《集外集拾遗补编·“骗月亮”》：“他们只想到将来会碰到月亮，放鞭炮去声援，却没有想到也会碰到天狗。并且不知道即使现在并不声援，将来万一碰到月亮时，也可以随机说出一番道理来敷衍过去的。”3)组成整体组织或系统(xìtǒng)的个体必须能够自由运动或迁移。只有个体能够自由运动才能发生个体之间的相互作用,才能有自组装过程发生,所以分子或微观粒子的自组装一般是在液体环境中或固体表面发生。3)自组装形成的整体组织或系统(xìtǒng)是个体相互作用的热力学平衡或能量平衡的结果。在平衡条件下,个体之间保持等距离和长程有序周期分布,而不是随机聚集。词语：组装拼音：zǔ

zhuānɡ解释：把散件组合装配成整机。《人民文学》1979年第2期：“井下几位师傅，都等着这几张图纸，好组装掘进机。”《人民日报》1985.4.1：“有些紧俏产品生产技术不过关的，可以有计划地进口一些散件组装。”10.2.1

分子(fēnzǐ)自组装分子(fēnzǐ)水平的自组装是以分子(fēnzǐ)为个体单位自发组成新的分子(fēnzǐ)结构与纳米结构的过程。自组装单层膜SAM超分子(fēnzǐ)构架

superamolecular

architecturesSAM的形成过程:含有相关分子的液体或蒸气与固体表面接触(jiēchù),由于分子与固体表面的化学亲和势导致分子自动与表面形成非共价键结合,达到平衡后固体表面形成致密的单层膜,膜厚只有1-2

nm.只有某些分子系统与某些固体材料表面组合之间能够形成

SAM.在所有已开发的SAM中,最成功的也是研究报道最多的是烷

硫醇类(alkanethiol)分子CH3(CH2)nS-与金的（111)晶面表面的组合。烷硫醇中的硫原子与金原子有很强的化学(huàxué)亲和势,能够形成多键键合。由于硫原子的化学(huàxué)吸附,使整个烷硫醇链连接到金表面。而烷硫醇链之间的相互作用导致只有单层烷硫醇链附着在金表面,形成规则有序排列的致密的自组装单层膜。一般来说,有机硫化合物对元素周期表中的过渡元素材料表面都有较强吸附作用,但以金的自组装单层膜效果最好,应用得也最普遍。词语：表面拼音：biǎomiàn解释：事物的外在现象，一般指非本质的部分。巴金《怀念萧珊》：“表面上的平静是虚假的。”王西彦《古屋》第一部四：“我说，战争和快乐主义不能相容，这还是表面的世俗的看法。”物体跟外界接触的部分。如：这钢筋表面生锈。图10.1烷硫醇分子在金表面组装(zǔ

zhuānɡ)过程示意图词语：密度拼音：mìdù解释：精密的度数。度，指星度，躔度。《汉书·律历志上》：“姓等奏不能为算，愿募治历者，更造密度，各自增减，以造汉《太初历》。”密集的程度。魏巍《东方》第五部第十五章：“完全可以说明，当时的战斗是多么激烈，双方炮火的密度是多么惊人了。”物质的质量跟它的体积的比叫做这种物质的密度，即单位体积中所含的质量，用克/立方厘米表示。硫醇类SAM之所以研究报道的最多是因为它与其他SAM系统相比有一系列优点:硫醇类SAM的准晶格性最好（膜分子结构排列高度(gāodù)有序）缺陷密度低成膜过程简单快速膜在实验室环境条件下稳定性好､抗酸腐蚀性能强硫醇类SAM还是表面工程中的重要膜材料在银表面形成的十八烷硫醇（octadecanethiolate)SAM在常温条件下放置数月都不会改变性质;铜表面同样(tóngyàng)的SAM可以保护铜不受硝酸腐蚀;金表面由十六烷硫醇(hexadecanethiolate)SAM保护后可以使金的腐蚀速率降低106倍。词语：有机拼音：yǒujī解释：原指与生物体有关的或从生物体来的(化合物)，现指除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐和某些碳化物之外，含碳原子的(化合物)。如：有机玻璃；有机化学。指事物构成的各部分互相关连，具有不可分的统一性。王力《龙虫并雕斋文集·逻辑和语言》：“思维和语言是有机地联系着的，不可分割的。”《人民日报》1982.3.29：“山东省邹县发动群众普遍制定乡规民约，把思想教育、社会舆论、行政手段和经济措施有机地结合起来。”有机会。如：有机可乘。由于硫醇类分子是长链有机聚合物分子,一旦在表面形成SAM之后,其他有机分子可以(kěyǐ)加上去,进一步改变表面膜的性质。所以SAM实际上是将固体表面功能化了,即表面具有了识别分子的功能。图10.2自组装单层膜（SAM)的分子识别(shíbié)功能图10.3由氢键链接形成(xíngchéng)的超分子氢键键合是通过含有氢原子的施主分子（donor

molecule)与含有相对电负性原子的受主分子（acceptor

molecule)之间的键合。通常能与氢键合的电负性原子包括氟(F)､氧(0)､氮(N)､硫(S)､磷(P)､碳(C)等原子。一般施主分子中的氢键较强(键长度约为1.1

Å),而链接受主分子的氢键较弱（键长度约为1.6-2.0

Å).所以施主与受主之间可以通过氢键自组装形成不同的超分子结构。金属配位键是以金属离子(lízǐ)为中心的与多个电负性原子键合形成的超分子结构。10.1.2纳米(nà

mǐ)粒子自组装实现纳米粒子自组装需要满足3个条件:①纳米粒子必须能够自由(zìyóu)运动,以发生相互作用。为了满足这一条件,纳米粒子通常置于液体中。含有纳米粒子的悬浮液一

般呈胶体状,所以用于自组装的纳米粒子一般又称为“胶体粒子”（colloidal

particle),由胶体粒子组装形成的类晶体结构也称为“胶体晶体”（colloidal

crystal).词语：组装拼音：zǔ

zhuānɡ解释：把散件组合装配成整机。《人民文学》1979年第2期：“井下几位师傅，都等着这几张图纸，好组装掘进机。”《人民日报》1985.4.1：“有些紧俏产品生产技术不过关的，可以有计划地进口一些散件组装。”10.2.2纳米(nà

mǐ)粒子自组装能够自由(zìyóu)运动粒子(lìzǐ)足够小粒子直径均匀一致含有纳米粒子的悬浮液一般呈胶体状纳米粒子通常置于液体中词语：运动拼音：yùndòng解释：运行移动。汉董仲舒《雨雹对》：“运动抑扬，更相动薄。”宋曾巩《谢熙宁八年历日表》：“窃以治历於中，所以察天时之运动；班正於外，所以一王度之推行。”《封神演义》第四六回：“运动乾坤颠倒理，转移日月互为明。”孙中山《民权主义》第六讲：“那机器能够发生十万匹马力，来运动轮船，这便是机械本体的力量。”犹行动。汉陆贾《新语·慎微》：“若汤武之君，伊吕之臣，因天时而行罚，顺阴阳而运动。”《梁书·侯景传》：“臣虽才谢古人，实颇更事，抚民率众，自幼及长，少来运动，多无遗策。”鲁迅《故事新编·起死》：“还是莫管闲事罢，快到楚国去干你自家的运动。”运转；转动。《隋书·天文志上》：“梁华林重云殿前所置铜仪……其运动得东西转，以象天行。”清李斗《扬州画舫录·草河录上》：“至今木鹤尚存，惟首能运动，以定时刻。”孙中山《民生主义》第一讲：“近来外国利用瀑布和河滩的水力来运动发电机，发生很大的电力。”谓人或动物活动。《太平广记》卷二二六引唐颜师古《大业拾遗记·水饰图经》：“木人长二尺许，衣以綺罗，装以金碧，及作杂禽兽鱼鸟，皆能运动如生，随曲水而行。”《三国演

义》第七五回：“原来箭头有药，毒已入骨，右臂青肿，不能运动。”张天翼《移行·包氏父子四》：“他想把脚呀手的都运动个畅快。

”为达到某种目的而奔走活动。《朱子语类》卷一一五：“又如人作商，亦须先安排许多财本，方可运动；若财本不赡，则运动未得。

”《二十年目睹之怪现状》第五五回：“﹝苟鷽楼﹞后来又运动了官场，包收什么捐，尽情剥削。”丁玲《梦珂》一：“终日斗鸡走马，直到看看快把祖遗的三百多亩田花完了，没奈何只好去运动做官。”挥动；舞动。《英烈传》第三十回：“刘基便登将臺，把五方旗

号，按方运动，发出了三声号炮，击了三通鼓，诸将都臺下听令。”蒋光慈《我是一个无产者》诗：“手能运动飞舞的笔龙，口能做狮虎般的呼吼。”茅盾《子夜》七：“他机械地运动着他的刀叉。”犹施展。《西游记》第三二回：“只看你腾那乖巧，运动神机，仔细保你师父；假若怠慢了些儿，西天路莫想去得。”《古今小说·张道陵七试赵昇》：“鬼帅空施伎俩，魔王枉逞英雄，谁知大道有神通，一片精神运动。”发动；动员。陈少白《兴中会革命史要》：“其时台湾割给日本未久，日本政府恐中国人运动台湾人反对他，所以检查中国人进口，非常苛刻。”蔡元培《贫儿院与贫儿教育的关系》：“现在还没有这种组织，运动别人，别人也不肯信。”鲁迅《集外集·＜奔流＞编校后记》：“说到那一封信，我的运动达夫先生一并译出，实在也不只一次了。”指体育活动。冰心《超人·离家的一

年》：“他运动过度，玩足球伤了踝骨，卧了几天，心里很不好过。”秦牧《长街灯语·生命在于运动》：“让我们大家都来记住这句话：生命在于运动。”《新华月报》1952年第7期：“发展体育运动，增强人民体质。”10.军事用语。移动前进。刘白羽《平明小札·启明星》：“炮兵不敢再发射，不知我们的人运动到哪里了。”茹志鹃《百合花》：“我们十多副担架挤在一个小巷子里，准备往前运动。”孙绍钧《“向我开炮”》：“两个排敌人，从二号、四号目标，分四路向我运动上来，请开炮！”11.指政治、文化、生产等方面有组织、有目的而规模声势较大的群众性活动。梁启超《清代学术概论》一：“凡时代思潮，无不由‘继续的群众运动’而成。”贾植芳《更下》：“他也不是正牌军人，起先和我在北平一齐干过学生运动的。”柳青《创业史》第一部第十一章：“增福兄弟！自从运动一来，你兄弟忙得日夜不着家边。”孙犁《秀露集·克明＜荷灯记＞序》：“背着这个黑锅，经过一九六六年以来的运动，其遭遇的艰辛，是可以想象的。”12.哲学范畴。物质的存在形式及其固有属性。它包括宇宙间所发生的一切变化和过程，从简单的位置变动到复杂的人类思维。毛泽东《矛盾论》二：“矛盾是简单的运动形式（例如机械性的运动）的基础，更是复杂的运动形式的基础。”艾思奇《辩证唯物主义历史唯物主义》第二章二：“辩证唯物主义认为，运动是物质的不可分离的根本属性，物质的任何一种形态都处于运动中，运动是物质存在最根本的形式。”巴金《沉落》：“好像一切的运动已经停止，这个世界已陷入静止的状态，它的末日就快来了。”能够自由(zìyóu)运动粒子(lìzǐ)足够小粒子直径均匀(jūnyún)一致粒子直径直径一般应小于5

μm纳米粒子能自发地做随机“布朗运动”词语：稳定拼音：wěndìng解释：平稳安定。冰心《我的朋友的母亲》：“此后我绝口不提这件事，K的情绪反而稳定了下来。”使之平稳、安定。茅盾《色盲》五：“他想要在重新估定一切中找到了稳定自己心的法门。”如：繁荣市场，稳定物价。准定；必定。《金瓶梅词话》第三四回：“若不然，送东平府，女子稳定偿命。”能够自由(zìyóu)运动粒子(lìzǐ)足够小粒子(lìzǐ)直径均匀一致组装成复合类晶体结构组装成稳定的类晶体结构,有固定的晶格常数动力=“液面蒸发(zhēngfā)引起的液体由中央向边缘的流动”+”液体表面张力”(a)液面蒸发引起的流体(liútǐ)推动图10.5(a)说明当液滴因蒸发而使液面降低时,为了补充液体(yètǐ)在液滴边缘处的损失,中央液体(yètǐ)将向边缘区域流动,带动了胶体粒子向边缘区域的聚集。词语：高度拼音：gāodù解释：从地面或基准面向上到某处的距离；从物体底部到顶端的距离。巴金《灭亡》第一章：“在他底前面真正立着一根竹竿，而且还拼命地往上长，差不多到了不可捉摸的高度。”引申指抽象事物发展所达到的高的程度。洪深《戏剧导演的初步知识》上篇三：“所以发展至高度时，程式与原来事物的关联虽犹存留可见，而往往添出奇异‘细节’以直捷痛快地表达特有的意义。”程度很高。魏巍《东方》第四部第二章：“今天，他的精神更是高度集中。”(b)表面张力(biǎomiànzhānglì)推动图10.5(b)说明在边缘粒子聚集区域由于液面降低到粒子直径的高度以下,因为粒子聚集区之外的液体(yètǐ)表面张力总是大于粒子之间的液体(yètǐ)表面张力,液面的表面张力将推动粒子之间互相靠拢。词语：粒子拼音：lìzǐ解释：（ｌì?ｚｉ）见‘粒’①。另见粒子（ｚǐ）。如果胶体(jiāo

tǐ)粒子小球的直径均匀一致,在上述两种力的作用下,小球将紧密排列形成二维类晶体结构。图10.6胶体(jiāo

tǐ)粒子自组装的实例液面低于纳米球直径高度纳米粒子自组装(zǔ

zhuānɡ)才能发生大面积纳米粒子(lìzǐ)自组装在衬底表面涂覆胶体溶液的方法:旋转涂覆法L-B(Langmuir-Blodgett)膜法胶体溶液浓度(nóngdù)的影响:浓度(nóngdù)太高:产生局部多重沉积,难以获得均匀的准二维晶体结构浓度(nóngdù)太低:自组装形成的胶体会有大量的缺陷纳米粒子组装成的二维或三维类晶体结构的用途:直接用来(yònɡ

lái)作为光子晶体材料,或高密度磁存储介质通过自组装形成类晶体的不仅仅是聚苯乙烯纳米球,还可以是其他各种材料,如二氧化硅纳米球､金属材料纳米球､半导体材料纳米球､磁材料纳米球或由聚苯乙烯包裹的其他材料的纳米球。作为母版,由其翻制成其他材料的周期性纳米结构。图10.7由二氧化硅(èr

yǎng

huà

guī)纳米球自组装形成的三维类晶体

结构图10.8由聚苯乙烯小球自组装三维类晶体(jīngtǐ)翻制成的三维周期结构10.3可控自组装(zǔ

zhuānɡ)水分子结晶形成的各种(ɡè

zhǒnɡ)形状的雪花自然环境(zì

rán

huán

jìnɡ)条件下的自组装是不可控固体(gùtǐ)表面的自组装控制分子(fēnzǐ)到达表面的数目控制表面条件控制(kòngzhì)分子参与自组装过程的分子的数量表面温度

控制分子迁移率电子态晶体结构表面形态词语：处理拼音：chǔlǐ解释：处置；办理。唐韩愈《黄家贼事宜状》：“处理得宜，自然永无侵叛之事。”《旧唐书·韩皋传》：“皋奏报失实，处理无方。”毛泽东《改造我们的学习》：“任何一个部门的工作，都必须先有情况的了解，然后才会有好的处理。”指定刑；处罚。《北史·车路头

传》：“性无害，每评狱处理，常献宽恕之议。”魏巍《东方》第四部第二三章：“你还是好好检查一下，在全体社员面前做个检讨，我可以说服大家从宽处理。”在固体(gùtǐ)表面沉积的随机分布的分子在特定温度下会自动形成纳米晶体结构(a)制作(zhìzuò)非晶硅天层结构(b)高温(gāowēn)退火处理(C)清除衬底与夹层词语：电位拼音：diàn

wèi解释：单位正电荷从某一点移到无穷远时，电场所作的功就是电场中该点的电位。正电荷越多，电位也越高。也叫电势。物理过程分子或原子在固体表面的迁移与扩散分子间发生电子交换化学过程不同分子电位与极性之间相互吸引和排斥分子(fēnzǐ)纳米粒子(lìzǐ)自组装词语：方法拼音：fāngfǎ解释：测定方形之法。《墨子·天志中》：“中吾矩者谓之方，不中吾矩者谓之不方，是以方与不方，皆可得而知之。此其故何？则方法明也。”办法；门径。《百喻经·口诵乘船法而不解用喻》：“此长者子善诵入海捉船方法：若入海水漩洑洄流磯激之处，当如是捉，如是正，如是住。”唐韩愈《送韩侍御归所治序》：“﹝韩重华﹞使耕其傍便近地……又为之奔走经营，相原隰之宜，指授方法，故连二岁大熟。”《朱子语类》卷一一七：“伯丰有才气，为学精苦，守官治事，皆有方法。”冰心《南归》：“﹝我﹞除了将一切交给上天之外，没有别的办法了。”方术，法术。唐张籍《书怀》诗：“别从仙客求方法，时到僧家问苦空。”亦指技术；技巧。《英烈传》第七回：“﹝剑﹞有八尺餘长，长兄舞得如花轮儿一般，空中只见寳剑不见人，这方法从那里学来？”清张云锦《桂枝香》词：“作羹方法留佳话，但空传当壚宋嫂。”法则。《＜艾青诗选＞自序》：“形象思维的方法，是诗、也是一切文学创作的基本方法。”巴金《探索集·探索之三》：“我的探索和一般文学家的探索不同，我从来没有思考过创作方法、表现手法和技巧等等的问题。”10.3.1

表面形貌(xínɡ

mào)导向所谓表面形貌导向,是指在固体表面通过传统微纳米加工方法制作一些表面起伏的几何图形,如坑槽之类的结构。由于(yóuyú)物理边界的限制,纳米粒子只在这些坑槽中自组装。(a)表面形貌诱导(yòudǎo)组装示意图(b)聚苯乙烯小球在V形槽中的组装(C)金纳米粒子在沟槽中的组装词语：液体拼音：yètǐ解释：有一定体积无一定形状可以流动的物质。性质介于气体和固体之间。在常温下，水、酒、水银等都是液体。有表面起伏几何图形的衬底相当于一个模版（template),模版导向是控制纳米粒子自组装的一个重要方法。纳米粒子自组装生成(shēnɡ

chénɡ)的类晶体宏观结构决定于模版的几何结构。(a)表面形貌诱导组装示意图(b)聚苯乙烯小球在V形槽中的组装(C)金纳米粒子在沟槽中的组装以坑槽内组装形成的类晶体结构为基础,进一步的组装会沿着已有的准晶结构继续生长,发展形成多层三维类晶体结构。坑槽内的自组装结构相当于“种子”,引导(yǐndǎo)纳米粒子的组装。图10.12通过(tōngguò)表面V形槽导向生成的三维聚苯乙烯小球类晶体结构10.3.2表面(biǎomiàn)能量导向所谓(suǒwèi)表面能量导向,是控制固体表面的亲疏水性,表面能高为亲水表面,表面能低为疏水表面。使纳米粒子悬浮液仅在特定的亲水表面区域附着,这样只有亲水表面区域才有纳米粒子自组装发生。获得高的表面(biǎomiàn)能反差的方法:

1）利用SAM技术2）微接触压印技术1）在硅衬底表面形成100

nm的SiO2和100

nm的TiO2双层膜结构;2）用光刻在TiO2上做出图形并通过反应离子刻蚀去除图形区内的TiO2,暴露出下面的

SiO2表面3）将加工(jiā

gōng)后的衬底浸人0.5毫摩尔（mmol)浓度的十

二基磷铵液中浸泡48

h,然后用

清水冲洗。这一程序可以使TiO2图形覆盖区域自组装形成磷烷基的SAM,而SiO2表面不变。于是SAM覆盖区成为疏水区,SiO2表面成为亲水表面。含有纳米粒子的悬浮液将只附着于SiO2表面。纳米粒子的自组装也只发生于暴露SiO2表面的区域。利用SAM技术(jìshù)获得高的表面能反差(a)光刻与刻蚀制作SiO2表面(biǎomiàn)图形(b)在TiO2上自组装SAM(C)加纳米粒子悬浮液(d)纳米粒子自组装利用微接触压印技术获得高的表面(biǎomiàn)能反差通过印章将SAM图形转移到衬底表面,不同的SAM有不同的疏水性质。可以通过软印章将溶于乙醇(yǐ

chún)中的HS(CH2)15CO2H印到金膜表面,然后浸人HS(CH2)17CH3溶液中浸泡1

h。HS(CH2)15CO2H覆盖的区域呈亲水性,HS(CH2)17CH3覆盖的区域呈疏水性。这一表面能反差足以满足选择性自组装的要求。10.3.3静电力导向(dǎo

xiànɡ)带静电电荷的纳米粒子会吸附到带相反极性电荷的表面,这是静电力引导纳米粒子自组装的基本原理。与化学亲和势､表面张力以及范德瓦耳斯力等短程力相比,静电力是长程力,可以(kěyǐ)在大范围内影响纳米粒子的自造装。实现静电力导向纳米粒子自组装的关键是如何使纳米粒子和衬底表面带电。词语：导向拼音：dǎoxiànɡ解释：引向。吴玉章《辛亥革命》一：“在这个时期所发生的一切社会、政治和思想的变化，可以说都是导向这次革命的。”使衬底表面带电(dài

diàn)方法

利用带有分子离子的SAM覆盖表面.用PDMS软印章将HS(CH2)15CO2H印到金膜表面,形成负电荷图形,以HS(CH2)11N(CH3)3+Cl-冲洗(chōngxǐ)表面,使其余区域带正电荷,或以HS(CH2)15CH3冲洗(chōngxǐ)使其余区域中性化。

用接触法将电荷从一个固体表面转移到另一个固体表面。

以金属电极与外部电源连接。金属电极可以通过光刻方法制作成不同图形。带电纳米粒子自动在静电力作用下在金属电极表面自组装,金属电极图形成为纳米粒子自组装的导向图形。图10.14制作表面(biǎomiàn)静电荷图形的方法使纳米粒子带电(dài

diàn)的方法绝大多数纳米粒子自组装是以聚苯乙烯（PS)纳米小球作为组装单元,因为PS纳米球本身为绝缘体,因此可以很容易地使其携带静电荷。PS小球在大多数电解液或含有自由(zìyóu)离子的溶液中会带上静电荷[34],例如,PS小球在水中自然携带负电荷。对PS小球表面做特殊处理,可以使其或者只带正电荷或者只带负电荷。一般以竣基覆盖（Carboxylterminated)的小球可以使其带负电荷,以脒基覆盖（

amidine

terminated)的小球可以使其带正电荷。对于导体小球如金纳米粒子,可以在粒子表面包裹一层高分子材料,然后使其带电荷。词语：纳米拼音：nàmǐ解释：长度单位，1纳米等于一百万分之一毫米。ZnO纳米(nà

mǐ)带的静电力自组装静电力自组装(zǔ

zhuānɡ)ZnO纳米棒为花状结词语：电场拼音：diàn

chǎng解释：由带电体形成的场，能传递带电体之间的相互作用。参看‘场’⑥。电泳(diàn

yǒnɡ)沉积自组装电泳沉积利用胶体溶液中带静电荷的粒子在电场作用下向相反极性的电极表面运动的原理,将这些胶体溶液中的悬浮粒子沉积到特定电极表面。需要注意的是,沉积到电极表面的粒子都是带相同极性的静电荷,它们之间是互相排斥的。因此,虽然电泳沉积可以使胶体粒子沉积到表面,但并不一定能实现自组装,形成(xíngchéng)二维或三维类晶体结构。提高电极间的电场强度,或从电极背面照射紫外光,都可以帮助诱导带电纳米粒子的自组装。词语：胶体拼音：jiāo

tǐ解释：指分散质微粒的直径大小在1～100纳米之间的分散系。静电力导向与表面毛细管力结合实现纳米(nà

mǐ)粒子在表面的自组装首先通过静电力导向使带电胶体悬浮粒子聚集到衬底

表面带电区域,然后将衬底从胶体溶液中取出,让衬底表面的溶液蒸发,随着液面的降低,毛细管力发生作用(zuòyòng),推动纳米粒子自组装。如果表面带电区域足够小,这种方法甚至可以将单个纳米粒子固定在表面电荷区。词语：吸引拼音：xīyǐn解释：犹言引申发挥。清王夫之《薑斋诗话·附录》：“其有截头缩脚，以善巧脱卸吸引为工，要亦就文句上求语气，於理固无多也。

”吸收引进。周恩来《关于武汉工作问题》：“你们要迅速地从工人斗争中吸引新的党员，吸引新的干部并引进他们到指导机关中来。

”将物体、力量或他人的注意力引到自己这方面来。秦牧《艺海拾贝·核心》：“磁石能够把周围的铁吸引过来，但是一块普通的石头，却不能够发生这样的作用。”10.3.4

磁力(cílì)导向图10.17磁力导向实现胶体粒子选择性组装(zǔ

zhuānɡ)的原理磁性胶体粒子的自组装是外加磁场与表面局部磁场综合作用的结果。胶体溶液中悬浮的超顺磁小球先由外加磁场磁化,其磁化方向与外界磁场一致。磁化后的胶体粒子同时受到衬底表面局部磁场的作用,根据局部磁极方向受到吸引或排斥而有选择地组装到不同(bù

tónɡ)局部磁场位置。词语：方法拼音：fāngfǎ解释：测定方形之法。《墨子·天志中》：“中吾矩者谓之方，不中吾矩者谓之不方，是以方与不方，皆可得而知之。此其故何？则方法明也。”办法；门径。《百喻经·口诵乘船法而不解用喻》：“此长者子善诵入海捉船方法：若入海水漩洑洄流磯激之处，当如是捉，如是正，如是住。”唐韩愈《送韩侍御归所治序》：“﹝韩重华﹞使耕其傍便近地……又为之奔走经营，相原隰之宜，指授方法，故连二岁大熟。”《朱子语类》卷一一七：“伯丰有才气，为学精苦，守官治事，皆有方法。”冰心《南归》：“﹝我﹞除了将一切交给上天之外，没有别的办法了。”方术，法术。唐张籍《书怀》诗：“别从仙客求方法，时到僧家问苦空。”亦指技术；技巧。《英烈传》第七回：“﹝剑﹞有八尺餘长，长兄舞得如花轮儿一般，空中只见寳剑不见人，这方法从那里学来？”清张云锦《桂枝香》词：“作羹方法留佳话，但空传当壚宋嫂。”法则。《＜艾青诗选＞自序》：“形象思维的方法，是诗、也是一切文学创作的基本方法。”巴金《探索集·探索之三》：“我的探索和一般文学家的探索不同，我从来没有思考过创作方法、表现手法和技巧等等的问题。”

可以用微纳米加工方法在衬底表面制作出各种磁性薄膜图案,而且这些磁场图形可以像计算机记录磁盘那样编程改变,使磁性纳米粒子的组装具有如计算机数据存储一样的灵活性和多样性。

参与自组装的磁性单元是有极性的,表面局部磁场单元也是有极性的,因此磁性单元的自组装总是首尾相接。这就要求表面单元与组装单元的尺寸(chǐ

cun)互相匹匹配配。。图10.18磁力导向与表面(biǎomiàn)形貌导向相结合实现自组装的原理10.4纳米(nà

mǐ)系统的基本建筑单元在微纳米(nàmǐ)加工领域,利用自然界现成的纳米(nàmǐ)系统或纳米(nàmǐ)结构作为基本建筑单元来进一步构造新的纳米(nàmǐ)系统,代表了未来微纳米(nàmǐ)加工技术发展的一个方向。DNA构架碳纳米(nàmǐ)管嵌段共聚物多孔氧化铝词语：传统拼音：chuántǒng解释：谓帝业、学说等世代相传。《后汉书·东夷传·倭》：“自武帝灭朝鲜，使驛通於汉者三十许国，国皆称王，世世传统。”南朝梁沉约《立太子恩诏》：“守器传统，於斯为重。”明胡应麟《少室山房笔丛·九流绪论上》：“儒主传统翼教，而硕士名贤之训附之。”世代相传的具有特点的风俗、道德、思想、作风、艺术、制度等社会因素。孙犁《秀露集·耕堂读书记（一）》：“从庄子到柳宗元，我以为是中国散文的非常重要的传统。”指世代相传的，旧有的。杨沫《青春之歌》第一部第五章：“这些作品的主题全是反抗传统的道德，提倡女性的独立的。”10.4.1

DNA构架(ɡòu

jià)DNA分子链是一个天然的纳米线,DNA本身的直径只有1

~2

nm,传统纳米加工技术无法(wúfǎ)获得如此细的线条结构。DNA分子链又足够长,整个分子链的长度可达毫米至厘米之长,能够直接应用于传统加工技术制作的纳米器件结构之中。①将DNA分子(fēnzǐ)链展开②DNA分子(fēnzǐ)链的精确定位③改变DNA分子(fēnzǐ)导电性词语：并用拼音：bìnɡ

yònɡ解释：全都使用；一同使用。《左传·襄公二十七年》：“天生五材，民并用之。”晋郭璞《江赋》：“咨五才之并用，寔永德之灵长。

”《宋史·礼志十一》：“攷国朝之制，祖宗旧讳二字者，皆著令不许并用。”清钱泳《履园丛话·杂记上·戒杀放生》：“要之扶危济困，是君子之存心；而救蚁埋蛇，亦仁人所并用。”并，现写作“并”。刘大白《看月之群》诗之五：“常人只能用眼看月，诗人却能用心看月，看诗人诗里的月，是要眼和心并用的呵！”退缩(tuì

suō)液面法拉伸DNA分子链图10.19退缩液面法拉伸DNA分子(fēnzǐ)链的原理将含有DNA分子的液滴滴在玻璃(bō

lí)片上,并用另一片玻璃(bō

lí)将液滴扣住,使玻璃(bō

lí)片之间的液体保持在20

Jim左右的厚度。如果DNA分子链的一端被固定在玻璃(bō

lí)片表面,随着玻璃(bō

lí)片之间液滴的蒸发缩小,液面退缩产生的拖拽力（表面张力）可以将缠

绕的DNA分子链拉直,但这个力又不至于将分子

链拉断。当液滴全部蒸发后,拉直的DNA分子链

就留在了玻璃(bō

lí)片表面。为了使DNA分子链的一端固定在玻璃(bō

lí)片上,可以将玻璃(bō

lí)片表面通过分子自组装事先附着一层硅烷(silane)分子层,该分子层对DNA分子链的端部分子有特别强的键合作用。词语：分子拼音：fēnzǐ解释：支庶之子孙。《穀梁传·庄公三十年》：“北伐山戎，危之也。则非之乎？善之也。何善乎尔？燕，周之分子也。”范宁注：“分子，谓周之别子孙也。”成分。孙中山《建国方略·物质建设》：“钢铁与士敏土为现代建筑之基，且为今兹物质文明之最重要分子。

”鲁迅《南腔北调集·为了忘却的记念》：“我的决不邀投稿者相见，其实也并不完全因为谦虚，其中含着省事的分子也不少。”沙汀《丁跛公》：“茶客的分子复杂，也有绅士，也有歪戴帽子的赌徒。”一个分数中，写在横线上面的数。如2/3，2是分子。物质中保持原物质的一切化学性质、能够独立存在的最小微粒。分子由原子组成。份子。共同送礼或筹办事情，每人分摊的钱财。宋赵彦卫《云麓漫钞》卷五：“随州有后汉修义井记，悉列出钱人姓名，云五大夫某郡某钱若干，凡六七十人，下列分子，某郡钱若干。”《红楼

梦》第六二回：“今日是平姑娘的好日子，外头预备的是上头的，这如今我们私下又凑了分子，单为平姑娘预备两桌请他。”沈从文《泸溪·浦市·箱子岩》：“乡下人需要酬谢土地，同时也需要公众娱乐，因此常常有头行人出面敛钱集分子。”属于一定阶级、阶层、集体或具有某种特征的人。柳青《铜墙铁壁》第九章：“他舅舅沉三早被镇川县保安科抓去，和堡里旁的嫌疑分子一块往吴庄区转移去了。”徐铸成《报海旧闻·＜国闻通讯社＞和旧＜大公报＞》：“以后，他曾先后任北京、上海《中华新报》总编辑，被目为政学会的分子。”光镊法拉伸(lā

shēn)DNA分子链利用激光束聚焦光斑作为光镊,将DNA分子链的一端固定

在玻璃(bō

lí)片表面,另一端固定在一个聚苯乙烯小球上,光镊将聚苯乙烯小球捕获后通过移动玻璃(bō

lí)衬底可以将DNA分子链拉直。DNA分子(fēnzǐ)链的精确定位DNA分子链的精确定位可以依靠DNA本身所具有的分子识别功能实现(shíxiàn)。金-硫醇分子-低核苷酸-DNA分子一旦DNA分子链的一端固定到金电极表面,通过定向流体动力学拉伸可以将DNA分子链拉直并自动固定到另一个金电极表面。所谓定向流体动力学拉伸,是通过流速为50

~

100-8—1的流体流动,利用流体所产生的切向力迫使缠绕的DNA展开,并沿着流体流动方向伸直。改变(gǎibiàn)DNA分子导电性DNA本身是有机高分子,因此是不导电(dǎodiàn)的。以DNA分子链为纳米线无法直接应用到纳米电子器件中。让DNA分子链导电(dǎodiàn)的方法是将DNA分子链金属化。10.4.2

碳纳米管10.4.3

嵌段共聚物词语：分布拼音：fēnbù解释：散布。郑观应《盛世危言·商战》：“﹝钱﹞分两成色悉与外来逼肖无二，铸成分佈。”散布。《国语·周语上》：“阴阳分布，震雷出滞。”《后汉书·刘陶传》：“西寇浸前，去营咫尺，胡骑分布，已至诸陵。”《剪灯新话·永州野庙记》：“是夜，梦駃卒来追，与之偕行，至大宫殿，侍卫罗列，曹局分布。”翦伯赞《内蒙访古》：“古城遗址最大多数分布在阴山南麓通向山北的峪口，也有分布在阴山北麓的。”铝表面形成氧化(yǎnghuà)层随着氧化(yǎnghuà)层增厚,氧化(yǎnghuà)层间电场强度增大,高电场使氧化(yǎnghuà)层表面龟裂由于电解液本身也是氧化(yǎnghuà)铝的腐蚀液,在氧化(yǎnghuà)层龟裂处电解液对氧化

(yǎnghuà)铝的腐蚀加剧,在表面形成大量孔洞。氧化(yǎnghuà)层腐蚀孔洞最初是随机分布的,但随着氧化(yǎnghuà)和腐蚀的时间增加,氧化(yǎnghuà)和腐蚀达到某种平衡,均匀规则的孔洞开始出现。10.4.4

多孔氧化铝词语：发展拼音：fāzhǎn解释：事物由小到大、由简单到复杂、由低级到高级的变化。《孽海花》第二八回：“他们兄弟俩，各依着天赋的特性，各自向极端方面去发展。”毛泽东《关于正确处理人民内部矛盾的问题》一：“矛盾不断出现，又不断解决，就是事物发展的辩证规律。”刘少奇《论共产党员的修养》五：“全世界的共产主义运动正处在迅速生长和发展的过程中。”巴金《探索集·怀念烈文》：“刊物在发展，读者在增多。”胡采《＜在和平的日子里＞序》：“革命不断前进，事业不断发展。”指变化的趋势。魏巍《东方》第五部第十五章：“根据情况发展，晚几天再到前面去。”柳青《铜墙铁壁》第十三章：“众人疑心不定地等着发展，渐渐到晌午的时光了。”丁玲《我读＜东方＞》：“从《东方》的七十几万字里，整个抗美援朝战争的发展，是比较清楚的。”扩大。巴金《要有个艺术民主的局面》：“我们文艺界当前的主要工作是发展和繁荣社会主义文艺。”高云览《小城春秋》第六章：“不久，秀苇的‘街坊访问’发展到剑平家里来了。”权宽浮《牧场雪莲花》：“调到昆仑山牧场去了，帮助塔吉克族同胞发展畜牧业。”发挥，施展。巴金《关于丽尼同志》：“他的才能没有得到很好的发展，我常常这样想。”曹禺《北京人》第一幕：“他心地并不算奸恶，回国后，很想大大发展一下。”两步氧化法:按常规阳极氧化生成1

um左右厚度的随机分布多孔氧化层,然后将该氧化层腐蚀清除。进行第二次氧化,由于第一次氧化生成的氧化层被清除后表面会留下凹坑(āo

kēnɡ),再次氧化时凹坑(āo

kēnɡ)会发展成规则的深孔。a)磷酸(lín

suān)b)草酸c)硫酸纳米(nà

mǐ)压印技术（NIL）词语：纳米拼音：nàmǐ解释：长度单位，1纳米等于一百万分之一毫米。①

纳米压印光刻技术始于Chou教授主持的普林斯顿大学的纳米结构实验室②

它是通过将具有纳米图案的模板以机械力（高温､高压）压在涂有高分子材料的硅基板上,是等比例压印复制纳米图案③

其加工分辨率只与模板图案尺寸有关,不受光学光刻的最短曝光波长的限制④

这种光刻方法(fāngfǎ)具有成本低､效率高的特点,有望成为下一代电子和光电子产业的基本技术词语：技术拼音：jìshù解释：技艺；法术。《史记·货殖列传》：“医方诸食技术之人，焦神极能，为重糈也。”宋陆游《老学庵笔记》卷三：“忽有一道人，亦美风表，多技术……张若水介之来謁。”清侯方域《再与贾三兄书》：“盖足下之性好新异，喜技术，作之不必果成，成之不必果

用，然凡可以尝试为之者，莫不为之。”知识技能和操作技巧。周而复《上海的早晨》第一部七：“张学海是沪江纱厂保全部的青年工人，思想进步，对机器特别有兴趣，有空就钻研技术。”李準《李双双小传》六：“两个人见面，双双总要说他们猪场的新鲜事。比如一个猪下了十个猪娃呀，人工授精的新技术呀。”指文学艺术的创作技巧。胡适《读＜楚辞＞》：“《卜居》、《渔父》为有主名的著作，见解与技术都可代表一个《楚辞》进步已高的时期。”《＜刘半农诗选＞自序》：“而这两位先生的学问技术，却不妨一样的高

明，一样的可敬。”张天翼《速写三篇·“新生”》：“只要画得人家看得懂就行，即使技术很幼稚也不要紧。”纳米压印技术主要有3种:热压印技术（HEL）紫外压印（UV-NIL）微接触(jiēchù)印刷（μCP）热压印技术(jìshù)（HEL）热压印技术是在微纳米尺度获得并进行复制结构的一种(yī

zhǒnɡ)低成本而快速的方法,其工艺如下:图5-10热压印技术(jìshù)的工艺流程热压印过程须在<1Pa的真空下进行,以避免由于空气气泡的存在造成压印图案畸变热压印印章选用SiC材料制造,是因为SiC材料硬度大､化学稳定性好热压印技术(jìshù)（HEL）实例图中左图为硅印章(yìnzhāng),中图为在硅圆片上的纳米图案,右图为线宽为200nm的条线图案图5-11热压印技术(jìshù)实例词语：技术拼音：jìshù解释：技艺；法术。《史记·货殖列传》：“医方诸食技术之人，焦神极能，为重糈也。”宋陆游《老学庵笔记》卷三：“忽有一道人，亦美风表，多技术……张若水介之来謁。”清侯方域《再与贾三兄书》：“盖足下之性好新异，喜技术，作之不必果成，成之不必果

用，然凡可以尝试为之者，莫不为之。”知识技能和操作技巧。周而复《上海的早晨》第一部七：“张学海是沪江纱厂保全部的青年工人，思想进步，对机器特别有兴趣，有空就钻研技术。”李準《李双双小传》六：“两个人见面，双双总要说他们猪场的新鲜事。比如一个猪下了十个猪娃呀，人工授精的新技术呀。”指文学艺术的创作技巧。胡适《读＜楚辞＞》：“《卜居》、《渔父》为有主名的著作，见解与技术都可代表一个《楚辞》进步已高的时期。”《＜刘半农诗选＞自序》：“而这两位先生的学问技术，却不妨一样的高

明，一样的可敬。”张天翼《速写三篇·“新生”》：“只要画得人家看得懂就行，即使技术很幼稚也不要紧。”紫外压印技术(jìshù)是将单体(dān

tǐ)涂覆在衬底上,并与透明印章同时装载到对准机上,当衬底和印章的光学对准后,开始压印,透过印章的紫外曝光使压印区域的聚合物发生聚合和固化反应UV图5-10紫外印技术(jìshù)的工艺流程紫外压印对环境要求更低,仅在室温和低压力下就可以进行。从而缩短生产周期,减少印章磨损词语：直径拼音：zhíjìng解释：捷速，直接。汉司马相如《大人赋》：“西望崑崙之轧沕荒忽兮，直径驰乎三危。”连接圆周上两点并通过圆心的直线称圆直

径，连接球面上两点并通过球心的直线称球直径。宋沉括《梦溪笔谈·技艺》：“以圆径除所得，加入直径，为割田之弧。”刘宾雁《一个人和他的影子》：“这是一个两吨容量的锅炉，胴体直径一米四。”图5-12紫外压印实例上图展示的紫外压印得到的直径为50nm的平行柱状阵列(z