纳米技术在光电领域的应用

纳米激光器据报道，世界上最早的纳米激光器是由美国加州大学伯克利分校的科学家于2001年制造的，当时使用的是氧化锌纳米线，可发射紫外光，经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光。第1页/共41页12021/10/10星期日纳米导线激光器2001年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在只及人的头发丝千分之一的纳米光导线上制造出世界最小的激光器一纳米激光器第2页/共41页22021/10/10星期日紫外纳米激光器继微型激光器、微碟激光器、微环激光器、量子雪崩激光器问世后，美国加利福尼亚伯克利大学的化学家杨佩东及其同事制成了室温纳米激光器。第3页/共41页32021/10/10星期日量子阱激光器在量子力学中，把能够对电子的运动产生约束并使其量子化的势场称之成为量子阱。而利用这种量子约束在半导体激光器的有源层中形成量子能级，使能级之间的电子跃迁支配激光器的受激辐射，这就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有两种类型：量子线激光器和量子点激光器。第4页/共41页42021/10/10星期日微腔激光器微腔激光器是当代半导体研究领域的热点之一，它采用了现代超精细加工技术和超薄材料加工技术，具有高集成度、低噪声的特点，其功耗低的特点尤为显著第5页/共41页52021/10/10星期日新型纳米激光器

2003年1月16日出版的《自然》杂志曾报道，美国哈佛大学成功开发出一种新型纳米激光器，它比人的头发丝还细千倍，安装在微芯片上，能提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量。第6页/共41页62021/10/10星期日光通讯也即光通信

光通信的发展在于元器件的发展,而元器件的发展要从材料上进行革命。纳米技术的应用研究表明可以突破传统极限,使微电子和光电子的结合更加紧密,光电器件的性能大大提高,纳米技术在通信领域的作用且受到世界各国的广泛重视。第7页/共41页72021/10/10星期日电光信息电子器第8页/共41页82021/10/10星期日纳米光纤是纳米光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。光导纤维由前香港中文大学校长高锟发明。纳米光纤第9页/共41页92021/10/10星期日纳米级导电纤维1999年12月,日本研究人员研制出一种仅有一个分子粗细的导电纤维,可谓世界上最细“电线”。它的直径仅3nm,中心部分具有良好导电性的丁二炔链,四周包覆着糖的衍生物,并作为绝缘层,防止漏电。第10页/共41页102021/10/10星期日纳米存储器1998年，美国明尼苏达大学和普林斯顿大学制备成功量子磁盘，这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系。一个量子磁盘相当于我们现在的10万～100万个磁盘，而能源消耗却降低了1万倍。第11页/共41页112021/10/10星期日光耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。光耦合器第12页/共41页122021/10/10星期日谢谢观赏再见！！第13页/共41页132021/10/10星期日课题：纳米技术在光电领域的应用第10组叶鹏英20111324第14页/共41页142021/10/10星期日纳米技术在光电领域的应用第15页/共41页152021/10/10星期日概念：光电领域：

光电领域包括光通讯、激光、光电显示、光学、能源、电子工程、物流网等领域第16页/共41页162021/10/10星期日纳米技术在光学里的应用

纳米技术在许多领域都发挥着重要的作用，如应用纳米科学技术可以引发光电子、微电子、环保等诸多领域的革命，推动社会经济的腾飞；而纳米电子学、纳米光电子学和纳米光子学将成为21世纪信息时代的关键技术。第17页/共41页172021/10/10星期日纳米材料在光学领域的应用

1.纳米半导体材料与器件

硅纳米结构的尺寸小到一定范围时，将会出现量子限域效应、尺寸效应及表面效应等许多新的效应，从而使它呈现出诸多新颖性质，其中一个典型的例子就是由量子效应引起的硅纳米结构的高效发光。最近的研究表明硅纳米结构具有高效的可见发光，且发光波长可以通过对硅纳米结构尺寸改变进行调节。最近，科学家已经利用硅纳米结构所呈现的这些新颖性质和效应，开发出了高灵敏生物和化学传感器、高效率太阳能电池及发光二极管等器件。因此，该类纳米材料展现出广阔的应用前景。

第18页/共41页182021/10/10星期日2.半导体复合纳米粒子半导体符合纳米粒子由于具有量子尺寸效应，表面效应和小尺寸效应而具有优异的光学性质（如非线性光学响应及室温光致发光），光电催化特性和光电转换特性。半导体纳米粒子复合后的性质并不是单个纳米粒子性质的简单加和，而是具有更优异的性能，可用于光电太阳能转换，废物处理及功能陶瓷的制备等。研究半导体复合纳米粒子，发展新型纳米半导体复合材料是纳米半导体领域研究的新热点。

3.半导体复合纳米粒子的制备半导体复合纳米粒子的复合方式有核-壳结构、偶联结构（3）、固溶体和量子点量子阱。核-壳结构的复合纳米粒子制备时有一定的加料顺序，即先生成核，再在核外生成另一种半导体粒子对其进行包覆。偶联结构的复合粒子可分别制备然后混合或一次形成，这依赖于两种半导体粒子的属性、生成速率和溶度积的差别。固溶体的制备则必须在同一体系中同时完成。第19页/共41页192021/10/10星期日4.纳米光电材料的良好特性

用于光电的半导体材料在尺度缩小到纳米尺度时会表现出与大尺寸材料不同的光学点穴性质。这是因为当材料尺寸减小时会显现出量子化的效果。由于半导体的载流子限制在一个小尺寸的势阱中,在此条件下,导带和价带能带过渡为分立的能级。因而有效带隙增大,吸收光谱阈值向短波方向移动,这种效应就称为尺寸量子效应。

量子尺寸效应除了会造成光学性质发生变化还会引起电学性质的明显改变。这是因为随着颗粒粒径的减少,有效带隙增大,光生电子具有更负的电位,相应地具有更强的还原性,而光生空穴因具有更正的电位而具有更强的氧化性。

表面效应是纳米光电子材料的另一个重要特性。纳米粒子表面原子所占的比例增大。当表面原子数增加到一定程度，粒子性能更多地由表面原子而不是由晶格上的原子决定。由于表面原子数的增多会导致许多缺陷，从而决定了它有更高的活性。

由此可以看出纳米光电材料比普通光电材料有更高的光催化活性。第20页/共41页202021/10/10星期日纳米光学材料的功能转化：1.太阳能转换为化学能；2.太阳能转换为电能。纳米材料在其他一些方面的应用：1.一维纳米材料

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当一维半导体材料的直径与其德布罗意波长相当时，它的导带与夹带进一步分裂，其能隙会随着直径减小而变大。这样以来量子限制效应、非定域量子相干效应和非线性光学都会表现明显2.纳米硅薄膜:纳米硅薄膜是由纳米尺寸的硅微晶粒构成的一种纳米固体材料,由于独特的结构而具有一系列独特性质,如电导率高、光热稳定性好、光吸收能力强、光学能隙宽化、光致发光等第21页/共41页212021/10/10星期日纳米材料在我们身边光学领域中的例子——光学树脂眼镜有些公司采用纳米新材料，以全新的理念及技术制作屏蔽激光的光学树脂镜片。这些多功能防激光特种光学树脂镜片具有如下技术特点：

1）由于是把无机纳米材料均匀复合于有机树脂镜片中，因此镜片质轻、能抵御碎弹片冲击，保护人眼不受伤害。

2）属于介观材料的纳米粒子具有奇异的光学特性，能提高镜片的增透能力使视觉清晰；并能多光源、多光区屏蔽激光射线。第22页/共41页222021/10/10星期日纳米技术在能源领域里的应用第23页/共41页232021/10/10星期日纳米技术在能源领域的应用产生的原因及背景21世纪我们面临越来越严重的能源短缺问题，能源危机制衡着我们的发展，并将长久的伴随和困扰着我们。因此节能减排和可持续发展的概念以成为一种趋势，而纳米技术的发展为这一目标的实现提供了可能。第24页/共41页242021/10/10星期日第25页/共41页252021/10/10星期日纳米复合材料模型使核电站更安全目前，反应堆只利用了大约1%左右的燃料。所以即使燃料利用率仅略有增加，放射性废物也会大幅减少。材料学博士蒂米科维茨正在寻找抗辐射能力强的物质。这种物质可以代替不锈钢给核反应堆做内壁来延长核反应堆的使用寿命，并将使核燃料得到更高效的利用来提高反应堆的效率。

第26页/共41页262021/10/10星期日风力发电系统的改善复合材料的纳米结构也能使较轻的材料拥有很大的机械强度。复合材料，例如以光纤玻璃和碳纤维合成的塑料树脂，已经广泛应用在生产制造业，用来生产汽车和飞机等。但是，通过控制纤维生产过程中的方向，可以产生变形复合材料，这种材料在一定条件下能够改变自身形状。这种变化可以来自外部控制，也可以是自发产生的，例如，对温度、压力、和速度引发的变化在英国的布里斯托尔大学先进复合材料创新和研究中心进行的研讨会透露，这种变形复合材料可以用于生产能效更高的风电发电的涡轮叶片。一种双稳态复合材料能够快速改变其空气动力状况，这也将有助于消除刀片上不需要的压力。这将提高其效率，延长叶片的使用寿命，并且改善发电系统。第27页/共41页272021/10/10星期日纳米助燃催化剂利用燃料添加剂可以提高燃料的燃效，从而减少排放和改良燃烧。基于金属氧化物的纳米粒子材料可在发动机无明显磨损的情况下，在原位提升燃烧反应，这是由于粒子大小的关系。如今已经实施的一项提高燃效的解决方案是，利用纳米多孔催化剂或纳米粒子来提高转换率。用相似的方法，纳米催化剂可以提高反应率，降低处理温度，减少排放或工业废物，从而提高化学反应的生产率。第28页/共41页282021/10/10星期日能源转换目前，国际上正抓紧进行能量转化材料的研究，包括将太阳能转化成电能、热能转化为电能、化学能转化为电能等的纳米材料。据报道，德国科学家正在设计用纳米材料制作一个高温能源转换装置，通过电化学反应过程，不经燃烧就把天然气转化为电能。燃料的利用率要比一般电厂的效率提高20%～30%，而且大大减少了二氧化碳的排放量。第29页/共41页292021/10/10星期日纳米技术在电子工程与物流领域的应用魏巍20111222经济管理学院会计1班第30页/共41页302021/10/10星期日电子工程的含义电子工程，是电气工程的一个子类，是面向电子领域的工程学。是研究电路与系统、通信、电磁场与微波技术以及数字信号处理等领域的一门工程学。第31页/共41页312021/10/10星期日可折叠手机近日，诺基亚和剑桥大学合展示了一款名为“Morph(变形)”的概念手机。它证明未来的移动设备将具有足够随意弯曲，变成各种形状。诺基亚表示，Morph采用了弹性材质、透明的电子配件和能够自我清洁的外壳，充分发挥了纳米技术的作用。Morph概念利用了与蛛丝相似的原理，使手机具有弹性，从而可以根据具体的任务转变成不同的形状。第32页/共41页322021/10/10星期日第33页/共41页332021/10/10星期日美研究人员称纳米技术可大幅提升压电/热电材料性能在西北大学和波士顿学院的研究小组持续不懈地努力下，先进压电和热电材料的纳米级关键尺寸，在朝向商用化能源采集应用方向迈进的过程中，正历经不断的改良。由西北大学教授HoracioEspinosa领导的一个研究小组表示，通过将能源采集纳米线缩小到2.4纳米以下，压电系数便可望推升20~100倍。第34页/共41页342021/10/10星期日物流的定义物流(logistics)是指利用现代信息技术和设备，将物品从供应地向接收地准确的、及时的、安全的、保质保量的、门到门的合理化服务模式和先进的服务流程。物流是随商品生产的出现而出现，随商品生产的发展而发展，所以物流是一种古老的传统的经济活动。第35页/共41页352021/10/10星期日纳米条码在物流中的应用前景

条码技术的采用可使物品信息在物流过程的各个环节中得到准确，快速，经济的传递。随着物流行业的发展，传统的条码技术不仅信息量有限而且不具备防伪性。第36页/共41页362021/10/10星期日纳米技术彩色防伪条码2008年初，微软总部研究室的工程总监GavinJancke（新条码格式的发明人）说：“我们利用色彩来存储更多的信息，这