电子材料之纳米材料

走材料丛中，

一瞥电风情。导电材料光电材料磁性材料半导体材料超导材料敏感材料压电铁电材料绝缘材料纳米材料电子材料之导电材料光电材料磁性材料半导体材料超导材料敏感材料压电铁电材料绝缘材料纳米材料何为纳米电子材料通俗地说，纳米电子材料是纳米技术在电子材料学上的应用。体积更小速度更快更低能耗更大空间六大效应四大性质三大维度五大表征A三大维度SanDaWeiDu三大维度SanDaWeiDu三大维度零维量子点QuantumDot，纳米晶Nanocrystal三大维度量子线，纳米线Nanowire纳米管Nanotube纳米带Nanoribbon三大维度纳米薄膜，超晶格或量子阱，广泛应用于各种半导体器件LED

LaserDiode

Photodetector

Solarcell

MOSFETThinfilmtransistor三大维度尺寸小于15纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或经过热处理所生成的致密型固体材料。三大维度特殊的空间结构如：纳米陶瓷一般的陶瓷材料具有高硬度、耐磨等优点，但又脆性过强，不易加工。纳米陶瓷材料一定程度上能增加韧性，改良脆性。——特殊的功能性质B四大性质SiDaXingZhi四大性质SiDaXingZhi当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，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，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。四大性质特殊的光学性质固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如，金的常规熔点为1064C℃，当颗粒尺寸减小到10纳米尺寸时，则降低27℃，2纳米尺寸时的熔点仅为327℃左右；银的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃。超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜观察金超微颗粒（直径2nm），发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。四大性质特殊的热学性质人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。通过电子显微镜的研究表明，在趋磁细菌体内通常含有微小的磁性氧化物颗粒。小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，当颗粒尺寸减小到20nm以下时，其矫顽力可增加1千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于6nm时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体。四大性质特殊的磁学性质陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。至于金属一陶瓷等复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。四大性质特殊的力学性质C五大表征WuDaBiaoZheng纳米材料测量和表征技术纳米材料的发现和研究同先进的现代显微镜技术密切相关利用磁透镜对穿过样品的电子束进行放大，将样品中超微结构信息以电子图象的方式显示在荧光屏上，它是一种高性能大型精密电子光学仪器。(TEM)透射电子显微镜透射电子显微镜扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。当一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动（声子）、电子振荡（等离子体）扫描电子显微镜SEM是scanningelectronmicroscope（扫描式电子显微镜）的简写D六大效应LiuDaXiaoYing六大效应LiuDaXiaoYing表面效应六大效应物质的尺寸减小到纳米级，将引起表面原子数、表面积、表面能的迅速增加，引发物质化学活性、光学、热学和电学性质的改变。这是因为表面原子的晶体场和结合能与内部原子的不同，表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性，易与其它原子相结合而稳定下来，具有很大的化学活性，从而使表面能大大增加。体积效应六大效应纳米粒子体积小，质量小，所包含的原子数少，当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，其磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性能以及熔点等性质与普通粒子相比都有很大变化，这就是纳米粒子的体枳效应，该效应为纳米粒子的应用开拓了广阔的新领域。量子尺寸效应六大效应当粒子尺寸下降到纳米级，金属的费米能级附近的电子能级由准连续变为离散，以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据和最低未被占据分子轨道能级，能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。宏观量子隧道效应六大效应将微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，如微颗粒的磁化强度、量子相关器件中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。这一效应与量子尺寸效应一起将会是未来微电子器件的基础，它们确定了微电子器件进一步微型化的极限，也限定了采用磁带磁盘进行信息储存的最短时间。介电限域效应六大效应纳米微粒分散在异质介质中，当介质的折射率与微粒的折射率相差很大时，便产生了折射率边界，导致微粒表面和内部的场强比入射场强明显增强，这种由于界面引起的体系介电增强称为介电限域效应。库仑堵塞效应六大效应当一个粒子的尺寸达到纳米级，这个体系的充电和放电过程是不连续（量子化）的。换言之，电流随电压的上升不再是线性增加而是阶梯式增加。此时充入一个电子所需的能量成为库仑堵塞能，它是电子在进入或离开体系时前一个电子对