纳米光电材料
Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】
纳米光电材料
1.定义：纳米材料是一种粒子尺寸在1到100nm的材料。纳米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料。其中最重要的一点就是实现光电转化。
其原理如下：
光作用下的电化学过程即分子、离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。当一束能量等于或大于半导体带隙(Eg)的光照射在半导体光电材料上时，电子(e-)受激发由价带跃迁到导带，并在价带上留下空穴(h+)，电子与孔穴有效分离，便实现了光电转化[1]。
2.分类：纳米光电材料的分类
纳米光电材料按照不同的划分标准有不同的分类，目前主要有以下几种：1.按用途分类：
光电转换材料：根据光生伏特原理，将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料。目前，小面积多结GaAs太阳能电池的效率超过40%[2]。
光电催化材料：在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料，它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。例如，水的分解反应，该反应的ΔrGm﹥﹥0在光电材料催化下，反应可以在常温常压下进行[3]
2.按组成分类：
有机光电材料：由有机化合物构成的半导体光电材料。主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等；
无机光电材料：由无机化合物构成的半导体光电材料。主要包括Si、TiO2、ZnS、LaFeO3、KCuPO4·6H2O、CuInSe2等；
有机与无机光电配合物：由中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物。主要有2，2-联吡啶合钌类配合物等[4]。
3.按形状分类
纳米材料大致可分为纳米粉末、一维纳米材料、纳米膜等。
纳米粉：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中问物态的固体颗粒材料。
一维纳米材料：指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。分为纳米线和纳米管。
纳米膜：纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜[5]。
纳米光电材料具有纳米材料的四种特性（量子、.....)
3.纳米光电材料的制备方法
制备纳米材料的方法有很多，根据不同的纳米光电材料及其用途有不同的制备方法。
1.化学沉淀法：
通过在原料溶液中添加适当的沉淀剂，让原料溶液中的阳离子形成相应的沉淀物(沉淀颗粒的大小和形状由反应条件来控制)，然后再经过滤、洗涤、干燥、
热分解等工艺过程而获得纳米粉体的方法。依其沉淀方式可分为：直接沉淀法和均匀沉淀法两种。TiO2常用此方法来制备。
2.溶胶凝胶法：
以无机盐或金属醇盐为前驱物，经水解缩聚过程逐渐凝胶化，然后作相应的后处理而得到所需的纳米粉体，溶液pH值、溶液浓度、反应时间和温度是影响溶胶、凝胶质量的主要因素。此方法也常用来制备TiO2。3.微乳法：
由水、油(有机溶剂)、表面活性剂及其助剂组成透明或半透明的，各相同性的热力学稳定体系。其中水被表面活性剂及其助剂单层包裹形成“微水池”，通过控制“微水池”的尺寸来控制粉体的大小，制备纳米物质。CdTe常用此法制备。
3.微乳法：
由水、油(有机溶剂)、表面活性剂及其助剂组成透明或半透明的，各相同性的热力学稳定体系。其中水被表面活性剂及其助剂单层包裹形成“微水池”，通过控制“微水池”的尺寸来控制粉体的大小，制备纳米物质。CdTe常用此法制备。
4.水热合成法：
在密闭体系中，以水或其他有机物作为溶剂，在一定温度和水的自生压强下，原始混合物进行反应的一种合成方法。由于反应在高温、高压、水热条件下，反应物质在水中的物性与化学反应性能发生了很大变化，而不同于一般制备方法。如制备ZnO、ZnSetc。
5.激光诱导气相沉积法：
它是利用反应气体分子(或光敏剂分子)对特定波长激光束的吸收，引起反应气体分子的激光分解、激光裂解、激光光敏化和激光诱导化学反应，获得超细粒子空间成核和生长。如制备CdMnTeetc。
二、纳米光电材料的问题及其发展
纳米光电材料要得到广泛的应用，必须具备良好的综合性能。
一个具有实际应用价值的半导体光电化学体系必须具有光照稳定性，高效和选择性，以及宽的光谱响应。而实际的纳米光电材料不能完全满足所有的要求。对其表面进行修饰非常必要，可以把光响应范围扩展至可见区,有效阻止电荷在转移过程的复合，从而提高对太阳能的利用并改善其催化活性。常见的方法有：染料表面敏化、鬼金属表面沉积、半导体复合等等
2.1染料表面敏化
目前研究非常的热门的染料敏化太阳能电池(DSSC)正是基于此。TiO2只对紫外光敏感，而染料吸附后可以吸收可见光区的能量，从而极大地提高太阳光的用效率。吸光后激发态的染料产生电子和空穴的分离，电子通过回路中时可以对外接负载供电。其原理图[6]如下：
（1）染料吸光激发DYE+hλ→DYE*
（2）激发态的染料分子将电子注入二氧化钛的导带DYE*-e→DYE+
（3）电子穿过二氧化钛进入外电路
（4）染料和电解液间发生下面反应，从而染料还原DYE++I-→DYE+I3-（5）从外电路流回的电子将还原e+I3-→I-（6）e（导带中）＋DYE+→DYE（7）e（导带中）+I3-→3I-
目前，染料敏化太阳能电池正处于热门研究过程中并不断取得新进展，上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室[7]，材料科学与工程学院张荻教授创
立及领导的“遗态材料”科研小组“启迪于碟翅的染料敏化太阳能电池的创新研究”在国际范围内率先提出，通过遗态工艺，以蝶翅鳞片为生物模板，成功获取了保留原始蝶翅结构的TiO2材料。研究发现，相对于普通的TiO2薄膜，具有蝶翅结构TiO2的光吸收率可提高2倍以上，以此为光阳极，可以大大提高光采集效率，进而有望提高该类太阳能电池的光电转换效率。
另外，日本九州岛大学的山田淳教授，日前开发出可以提高染料敏化型太阳能电池发电效率的技术[8]。新技术使用直径数纳米至数十纳米的金微粒子。在取出电力的电极表面，积层配置金的微粒子；金的微粒子表面，则涂上使光转换成电的染料phthalocyanine，以增加受光的表面积，提高发电效率。
2.2贵金属表面沉积
只要增加一层金属纳米粉末涂层，就能显着地改变硅薄膜型光电探测器的光吸收特性，通过精心选择纳米粉体涂层的材料和颗粒大小，可使光电响应的光谱范围由可见光和近红外区扩展到红外区。
三、纳米光电材料的应用
3.1纳米光电子技术应用概况
纳米光电材料的一项重要应用是制备纳米电子器件。目前，纳米光电子技术是一门新兴的技术，近年来越来越受到世界各国的重视，而随着该技术产生的纳米光电子器件更是成为了人们关注的焦点。到目前为止开发出了各种各样的纳米光电子器件，在这里主要介绍各类激光器
1.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。这种激光器不仅能发射紫外激光，经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光。研究人员使用一种称为取向附生的标准技术，用纯氧化锌晶体制造了这种激光器。他们先是“培养”纳米导线，即在金层上形成直径为20nm-150nm，长度为10000nm的纯氧化锌导线。然后，当研究人员在温室下用另一种激光将纳米导线中的纯氧化锌晶体激活时，纯氧化锌晶体会发射波长只有17那nm的激光。这种纳米激光器最终有可能被用于鉴别化学物质，提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量
2.紫外纳米激光器
3.量子阱激光器
3.2纳米光电材料的应用
3.2.1纳米颗粒在光电探测器中的应用
到目前为止，纳米尺度器件的可靠制备仍然是一个挑战。它要求纳米尺度精度的模板图案或所要合成材料的精确位置选择沉积。近几年，这种位置选择沉积得到了长足的发展，如化学官能团模板的选择性吸附或在亚微米尺度上的双向电泳(DEP)。DEP被证明是制备功能器件最常用的方法。WeijingYanetal通过ZnO纳米颗粒的双向电泳组装成了紫外探测器阵列[9]。
3.3纳米光电薄膜的应用
纳米光电薄膜可用于纳米硅异质二极管、纳米硅薄膜太阳电池、纳米硅薄膜紫外光电探测器等等诸多方面。这里简单介绍纳米硅薄膜紫外光电探测器的制备方法[11]。
1.电化学分解法在HF-H2O2中制备Si纳米晶；
2.P型衬底上生长500nm的氧化层；
3.氢氟酸在氧化层上刻蚀器件图形；
4.纳米Si晶沉积刻蚀图形中；
5.纳米Si晶膜上沉积Au(4nm)，Au层之上和衬底背面沉积Au凸点以作为电极（暑假参观的光电薄膜工业园）
这方面进行过的研究课题
项目名称：基于纳米材料的太阳能光伏转换应用基
础研究
首席科学家：戴宁中国科学院上海技术物理研究所起止年限：2012.1至2014.8依托部门：上海市科委中国科学院
其中提到
纳米硅薄膜材料的生长
硅基太阳电池在光伏领域是不可或缺的。有序高电子迁移率纳米硅薄膜材料生长、能带结构调控以及光电输运特性方面的探索现在依然是研究热点，这些研究主要面向进一步提高太阳电池的性能和降低成本。通过生长条件调节晶粒大小或掺杂浓度，借助于纳米尺度效应和晶格应变技术可以调控纳米硅薄膜材料的光学带隙和电导率，以满足高效理想太阳能电池的需要。再加上我们所采用的等离子体增强化学气相沉积方法具有成膜温度低、制膜面积大、薄膜质量好、易调控和适用性强等优点，非常适合于大规模低成本工业化生产。
纳米硅薄膜太阳电池与其它硅系列太阳电池相比具有明显的优势。首先纳米硅薄膜同非晶硅薄膜的制备技术相容，只需在生产过程中增加反应气体中的氢稀释比。多晶硅薄膜的生长温度在650度以上，单晶硅材料的生长需要1000-1500度的高温，而纳米硅薄膜可以在不超过300度的温度下生长，能耗非常低，可以大大缩短能量回收期，非常有利于降低生产成本。同时纳米硅的低温生长条件也有利于在柔性衬底（如聚合物等）上制备太阳电池，使应用领域大为拓展，而且其耐高温性能优于晶体硅电池。与传统的单晶硅、多晶硅硅片（即wafer，目前厚度约180-350微米）比较，用纳米硅薄膜（厚度小于10微米量级）来制备太阳能电池可以节省更多的硅材料。
文件夹里有个ppt，里面有很多应用例子的图片，做的时候可以选一些放在ppt里。
我院博云新材也有专门做光电纳米的，在光伏电池板块应用前景广阔。文件夹里有截图
NANO MATERIAL NANO MATERIAL NANO MATERIAL 纳米材料 应用现状及发展趋势 北京有色金属研究总院李明怡 摘要纳米材料是近期发展起来的多功能材料,本文概述了纳米材料的结构特性、主要制备工艺及应用现状和发展趋势,由于纳米材料具有许多特殊功能和效应,将在工业和国防等领域中发挥巨大潜力,并将为人类社会带来巨大影响。 关键词纳米结构功能材料制备工艺应用现状发展趋势 1前言 纳米材料是指由极细晶粒组成,特征维度尺寸在1~100纳米范围内的一类固体材料,包括晶态、非晶态和准晶态的金属、陶瓷和复合材料等,是80年代中期发展起来的一种新型多功能材料。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒内缺陷中心的原子,纳米材料在物化性能上表现出与微米多晶材料巨大的差异,具有奇特的力学、电学、磁学、光学、热学及化学等诸方面的性能,目前已受到世界各国科学家的高度重视。以纳米材料及其应用技术为重要组成部分的纳米科学技术,被认为对当代科学技术的发展有着举足轻重的作用。美国IB M公司首席科学家Ar mstrong认为:/正像70年代微电子技术产生了信息革命一样,纳米科学技术将成为下一代信息的核心。0我国科学家钱学森也指出:/纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科学技术发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。0由于纳米科学技术具有极其重要的战略意义,美、英、日、德等国都非常重视这一技术的研究工作。美国国家基金会把纳米材料列为优先支持项目,拨巨款进行专题研究。英国从1989年起开始实施/纳米技术研究计划0。日本把纳米技术列为六大尖端技术探索项目之一,并提供1187亿美元的专款发展纳米技术。我国组织实施的新材料高技术产业化专项中也将纳米材料列为其中之一。纳米材料正在向国民经济和高技术各个领域渗透,并将为人类社会进步带来巨大影响。 2纳米材料的结构和特性 我们所使用的常规材料在三维方向上都有足够大的尺寸,具有宏观性。纳米材料则是一些低维材料,即在一维、二维甚至三维方向上尺寸极小,为纳米级(无宏观性),故纳米材料的尺寸至少在一个方向上是几个纳米长(典型为1~10nm)。如果在三维方向上都是几个纳米长,为3D纳米微晶,如在二维方向上是纳米级的,为2D纳米材料,如丝状材料和纳米碳管;层状材料或薄膜等为1D纳米材料。纳米颗粒可以是单晶,也可以是多晶,可以是晶体结构,也可以是准晶或无定形相(玻璃态);可以是金属,也可以是陶瓷、氧化物或复合材料等。纳米微晶的突出特征是晶界原子的比例很大,有时与晶内的原子数相等。这表明纳米微晶内界面很多,平均晶粒直径越小,晶界 20
纳米技术发展史 【摘要】纳米技术是21世纪科技发展的制高点，是新工业革命的主导技术，它将引起一场各个领域生产方式的变革，也将改变未来人们的生活方式和工作方式，使得我们有必要认识一下纳米技术的发展史。纳米技术的发展史是一个很长的过程，同时也是一个广泛应用的过程。 【关键词】发展纳米技术纳米材料 纳米技术基本概念 纳米技术是以纳米科学为基础，研究结构尺度在0.1～100nm范围内材料的性质及其应用，制造新材料、新器件、研究新工艺的方法和手 段。纳米技术以物理、化学的微观研究理论为 基础，以当代精密仪器和先进的分析技术为手 段，是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物 理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)相结合的产物。在纳米领域，各传统学科之间的界限变得模糊，各学科高度交叉和融合。 纳米技术包含下列四个主要方面： 1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。
过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于 自然界，只是以前没有认识到这个尺度 范围的性能。第一个真正认识到它的性 能并引用纳米概念的是日本科学家，他 们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。2、纳米动力学，主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统,用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。3、纳米生物学和纳米药物学，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，
目录 目录 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1前言----------------------------------------------------------------------------------------- 2 2 有机光电材料 ------------------------------------------------------------------------------ 2 2.1光电材料的分类 --------------------------------------------------------------------- 2 2.2有机光电材料的应用 ---------------------------------------------------------------- 3 2.2.1有机太阳能电池材料--------------------------------------------------------- 3 2.2.2有机电致发光二极管和发光电化学池 --------------------------------------- 4 2.2.3有机生物化学传感器--------------------------------------------------------- 4 2.2.4有机光泵浦激光器 ----------------------------------------------------------- 4 2.2.5有机非线性光学材料--------------------------------------------------------- 5 2.2.6光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料 ---------------------------------- 5 2.2.7聚合物光纤------------------------------------------------------------------- 6 2.2.8光敏高分子材料与有机激光敏化体系 --------------------------------------- 6 2.2.9 有机光电导材料 ------------------------------------------------------------- 6 2.2.10 能量转换材料 -------------------------------------------------------------- 7 2.2.11 染料激光器----------------------------------------------------------------- 7 2.2.12 纳米光电材料 -------------------------------------------------------------- 7 3 光电转化性能原理 ------------------------------------------------------------------------- 7 4 光电材料制备方法 ------------------------------------------------------------------------- 8 4.1 激光加热蒸发法 ------------------------------------------------------------------- 8 4.2 溶胶-凝胶法 ---------------------------------------------------------------------- 8 4.3 等离子体化学气相沉积技术（PVCD）------------------------------------------ 9 4.4 激光气相合成法 ------------------------------------------------------------------ 9 5 光电材料的发展前景---------------------------------------------------------------------- 10
纳米金属材料的发展与应用 摘要：纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。在纳米金属材料的研究中，它的制备、特性、性能和应用是比较重要的方面。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程，并结合当今纳米金属材料研究领域最前沿的技术和成果，简述了纳米材料在各方面的应用及其未来的发展前景。 关键词：纳米金属材料、纳米技术、应用 一、前言 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanomater material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展 1861年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议（International Conference on Nanoscience &Technology)，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。 三、纳米材料的应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十
纳米光电材料 1.定义：纳米材料是一种粒子尺寸在1到100nm的材料。纳米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料。其中最重要的一点就是实现光电转化。 其原理如下： 光作用下的电化学过程即分子、离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。当一束能量等于或大于半导体带隙( Eg) 的光照射在半导体光电材料上时，电子(e-) 受激发由价带跃迁到导带，并在价带上留下空穴(h + )，电子与孔穴有效分离，便实现了光电转化[1]。 2.分类：纳米光电材料的分类 纳米光电材料按照不同的划分标准有不同的分类，目前主要有以下几种： 1. 按用途分类：光电转换材料：根据光生伏特原理，将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料。目前，小面积多结GaAs太阳能电池的效率超过40 %[2]。 光电催化材料：在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料，它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。例如，水的分解反应，该反应的ΔrGm﹥﹥0在光电材料催化下，反应可以在常温常压下进行[3] 2. 按组成分类： 有机光电材料：由有机化合物构成的半导体光电材料。主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等； 无机光电材料：由无机化合物构成的半导体光电材料。主要包括Si、TiO2、ZnS、LaFeO3、KCuPO4·6H2O、CuInSe2等； 有机与无机光电配合物：由中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物。主要有2，2-联吡啶合钌类配合物等[4]。 3. 按形状分类 纳米材料大致可分为纳米粉末、一维纳米材料、纳米膜等。 纳米粉：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原
纳米技术的应用与前景展望 【摘要】纳米技术是二十一世纪最具潜力的学科分支，有可能成为下一世纪前二十年的主导技术。本文概述了纳米技术在陶瓷、电器、医学等方面的应用，并对纳米技术的发展进行了展望。 【关键词】纳米技术；应用；发展前景 0.引言 纳米技术是上世纪末出现的高技术，有科学家预言，在21世纪纳米材料将是“最有前途的材料”，纳米技术甚至会超过计算机和基因学，成为“决定性技术”.1990年，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩召开，《纳米技术》与《纳米生物学》这两种国际性专业期刊也相继问世.从此一个崭新的科学技术领域—纳米科技开始得到科技界的广泛关注。[1] 1.纳米技术 1.1纳米技术的发展现状 二十世纪90年代以后，纳米技术飞速发展。自首届国际纳米科学技术会议召开以后，世界各国的纳米技术研究风起云涌，各种形式的研究机构像雨后春笋遍布世界各地，纳米技术研究所涉及的科学领域及应用范围在不断扩大，各个领域都取得了可喜的进展，纳米技术研究获得了空前的快速发展。纳米材料是纳米技术的重要组成部分，在纳米材料领域，人们研究出了纳米金属、合金、陶瓷和有机高分子等复合型材料并在实际中应用，取得了明显的效果。[2] 1.2发展纳米技术的重要性 纳米技术的研究开发可能在精密机械工程、材料科学、微电子技术、计算机技术、光学、化工、生物和生命技术以及生态农业等方面产生新的突破。世界各国都给予极大的重视，美国国家关键技术委员会将纳米技术列为政府重点支持的22项关键技术之一，制定了投资2亿美元进行大规模开发纳米技术的10年计划。英国成立了纳米技术战略委员会，国家纳米技术计划已开始实施。科学家们认为，纳米技术的深远意义可与18世纪的工业革命相媲美，它的重要性非常大，表现在技术和科学方面，主要有以下几点： （1）纳米技术是一项交叉领域学科，对它的基础研究和应用研究是能否拥有国际竞争力的先决条件。 （2）由于它的交叉学科性能，决定了它不仅应用于一种技术领域，它为许多学科的发展奠定基础并起到推动的作用。
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
Jiangsu University 浅谈纳米材料应用及发展前景
摘要 纳米材料展现了异常的力学、电学、磁学、光学特性、敏感特性和催化以及光活性，为新材料的发展开辟了一个崭新的研究和应用领域。纳米技术在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学等领域的成功应用及其广阔的应用前景使得纳米材料及其技术成为目前科学研究的热点之一，被认为是世纪的又一次产业革命。纳米材料向国民经济和高新科技等各个领域的渗透以及对人类社会的进步的影响是难以估计的。 关键词：纳米材料；纳米应用；量子尺寸效应 1.前言 纳米材料和纳米结构无论在自然界还是在工程界都不是新生事物。在自然界存在大量的天然纳米结构，只不过在透射电镜的应用以前人们没有发现而已。 在工程方面，纳米材料80年代初发展起来的，纳米材料其粒径范围在1—100nm之间，故纳米材料又称超微晶材料。它包括晶态、非晶态、准晶态的金属、陶瓷和复合材料等。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒缺陷中心的原子，纳米材料的物化性能与微米多晶材料有着巨大的差异，具有奇特的力学、电学、瓷学、光学、热学及化学等多方面的性能，从而使其作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。目前已受到世界各
国科学家的高度重视。美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划；日本在10年内将投资250亿日元发展纳米材料和纳米科学技术；英国也将发展纳米材料科学技术作为重振英国工业的突破；我国的自然科学基金“863”计划、“793”计划以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目[1]。美国科学技术委员会把“启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心”[2]。 2.纳米材料的制备 现行的纳米材料制备方法很多。但是真正能够高效低成本制备纳米材料的方法还是现在各个国家研究的重点。目前已报的工艺方法主要有以下几种：物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）、等离子体法、激光诱导法、真空成型法、惰性气体凝聚法、机械合金融合法、共沉淀法、水热法、水解法、微孔液法、溶胶—凝胶法等等。 3.纳米材料的主要应用 3.1纳米材料在工程方面的应用 纳米材料的小尺寸效应使得通常在高温下才能烧结的材料如SiC 等在纳米尺度下在较低的温度下即可烧结,另一方面,纳米材料作为烧结过程中的活性添加剂使用也可降低烧结温度,缩短烧结时间。纳米粉体可用于改善陶瓷的性能，其原因在于微小的纳米微粒不仅比表面积大，而且扩散速度快，因而进行烧结时致密化的速度就快，烧结
纳米技术的应用与前景 纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。 纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。 纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用 尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。 从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。 在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。 科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理
知识点补遗 1，光电功能材料按物质分类 答：根据材料的物质性进行分类：金属功能材料；无机非金属功能材料；有机功能材料；复合功能材料。 2，晶体的主要特征有哪些？ 答：晶体在宏观上的基本特性：自范性、均一性、对称性、异向性、稳定性。自范性：是指晶体具有自发地形成封闭的几何多面体外形，并以此为其占有空间范围的性质。 均一性：晶体在它的各个不同部分上表现出相同性质的特性，是晶体内部粒子规则排列的反映。 异向性：晶体内部粒子沿不同方向有不同的排列情况，从而导致在不同方向上表现出不同的宏观性质。 对称性：晶体的性质在某一方向上有规律地周期的出现 稳定性： 3，介电晶体的效应有哪些？分别有多少个点群？ 答： （1）压电效应：压电模量，三阶张量，非中心对称晶体。 （2）电致伸缩效应：电致伸缩稀疏，四阶张量， 所有晶体。 （3）热释电效应：热释电稀疏，一介张量，极性 晶体，可自发计划。 （4）铁电晶体：自发极化能随外加电场改变的晶 体。 各种介电晶体（数字表示此类性质的晶类数）： 压电效应： 晶体在受到机械应力的作用时，在其表面上会出现电荷，成为正压电效应。应力是二阶对称张量，其两个下标可以对调，压电模量是三阶张量，从而导致压 电模量中的后两个下标可以对调，此时压电效应可以写成： 逆压电效应：当电场加到具有压电效应的晶体上时，晶体将发生应变。 电致伸缩效应 当作用在晶体上的电场很强时，晶体的应变与电场不是线性关系，必须考虑
平方项，引起应变中的平方项称为电致伸缩效应。， iljk V 成 为电致伸缩系数。 热释电效应 晶体在温度发生变化时，产生极化现象，或其极化强度发生变化，称为热释电效应。当温度较小时，晶体极化强度变化与温度为线性关系。 电热效应：热释电效应的逆效应，即将某种热释电晶体置于电场中，会观察到温度变化。热释电材料主要用于红外探测。 晶体的铁电性质 在外场的作用下，自发极化的方向可以逆转或可以重新取向的热释电晶体。 铁电晶体的分类： (1)无序-有序型铁电晶体（软铁电体） (2)位移型铁电体（硬铁电体）：含有氧八面体构造基元者，也称钙铁矿型铁电体，如铌酸锂、钛酸钡等。 铁电体的宏观特性： (1)电滞回线：铁电体和非铁电体的判据。 非铁电晶体：P-E 关系为线性的。 铁电晶体：P-E 存在电滞回线。 (2)居里温度：晶体的铁电性质在一定的温度范围内存在，如钛酸钡晶体，温度低于120摄氏度是铁电项，高于120摄氏度铁电性消失。实际上是一个相变过程。 部分铁电晶体没有居里温度点，因为未达到相变温度时晶体已经溶解。 4，光率体的表达式和特征，三个轴与椭球截距的意义，折射率面，不沿主轴方向，通过晶体后引起的光程差的判定。 答：上册P-31 5，晶体的非线性光学——香味匹配条件以及实现相位匹配的途径（一种） 答：当激光的光强较强时，其通过物质时，物质内部极化率的非线性响应会对光波产生反作用，可能产生入射光波在和频和差频处的谐波，这种与强光有关不同于非线性光学现象的效应称为非线性效应。 混频效应：和频、差频 当作用于晶体的光场包含两种不同的频率ω1和ω2时，就会产生第三种频率ω 3的光， ω3 =ω1 +ω2相加的称为和频，ω3 =ω1 ?ω2相减的称为差频。 位相匹配： 在二级非线性极化的倍频过程中，入射光波在它经过的各个地方产生二次极化波，各个位置的二次极化波都发射出二次谐波，这些二次谐波在晶体中传播并相互于涉，相互干涉的结果，就是在 实验中观察到的二次谐波强度．这个强度与这些二次谐波的位相差有关．如果位相差为零，即各个二次谐波的位相一致，则相干加强，我们就能观察到产生的二次谐波．反之，则相干相消，我们就观察不到二次谐波。只有当入射光波的传播
纳米材料研究现状及应用前景 摘要：文章总结了纳米粉体材料、纳米纤维材料、纳米薄膜材料、纳米块体材料、纳米复合材料和纳米结构的制备方法，综述了纳米材料的性能和目前主要应用领域，并简单展望了纳米科技在未来的应用。 关键词：纳米材料；纳米材料制备；纳米材料性能；应用 0 引言 自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳米微粒以来，纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了重大进展。纳米材料的研究已从最初的单相金属发展到了合金、化合物、金属无机载体、金属有机载体和化合物无机载体、化合物有机载体等复合材料以及纳米管、纳米丝等一维材料，制备方法及应用领域日新月异。 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，包括纳米粉体( 零维纳米材料，又称纳米粉末、纳米微粒、纳米颗粒、纳米粒子等) 、纳米纤维( 一维纳米材料) 、纳米薄膜( 二维纳米材料) 、纳米块体( 三维纳米材料) 、纳米复合材料和纳米结构等。纳米粉体是一种介于原子、分子与宏观物体之间的、处于中间物态的固体颗粒，一般指粒度在100nm以下的粉末材料。纳米粉体研究开发时间最长、技术最成熟，是制备其他纳米材料的基础。纳米粉体可用于：高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基片与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料、抗癌制剂等。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，如纳米碳管，可用于微导线、微光纤( 未来量子计算机与光子计算机的重要元件) 材料、新型激光或发光二极管材料等。纳米薄膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒薄膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜；致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于气体催化材料、过滤器材料、高密度磁记录材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料，主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。纳米复合材料包括纳米微粒与纳米微粒复合( 0- 0 复合) 、纳米微粒与常规块体复合( 0- 3复
纳米光电材料 张严芳 20926072 一、概述 1.1 纳米光电材料 纳米材料是一种粒子尺寸在1到100nm的材料。纳米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料。其中最重要的一点就是实现光电转化。其原理如下： N型半导体P型半导体 图1. 光照下半导体电压的产生原理图 光作用下的电化学过程即分子、离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。当一束能量等于或大于半导体带隙( Eg) 的光照射在半导体光电材料上时，电子(e-) 受激发由价带跃迁到导带，并在价带上留下空穴(h + )，电子与孔穴有效分离，便实现了光电转化[1]。 1.2 纳米光电材料的分类 纳米光电材料按照不同的划分标准有不同的分类，目前主要有以下几种：1. 按用途分类： 光电转换材料：根据光生伏特原理，将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料。目前，小面积多结GaAs太阳能电池的效率超过40 %[2]。 光电催化材料：在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料，它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。例如，水的分解反应，该反应的ΔrG m﹥﹥0在光电材料催化下，反应可以在常温常压下进行[3]。
2.按组成分类： 有机光电材料：由有机化合物构成的半导体光电材料。主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等； 无机光电材料：由无机化合物构成的半导体光电材料。主要包括Si、TiO2、ZnS、LaFeO3、KCuPO4·6H2O、CuInSe2等； 有机与无机光电配合物：由中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物。主要有2，2-联吡啶合钌类配合物等[4]。 3.按形状分类 纳米材料大致可分为纳米粉末、一维纳米材料、纳米膜等。 纳米粉：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中问物态的固体颗粒材料。 一维纳米材料：指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。分为纳米线和纳米管。 纳米膜：纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜[5]。 1.3 纳米光电材料的性能 1. 量子尺寸效应： 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氧化性。 2. 表面效应： 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
半导体光电信息功能材料的研究进 展 关于《半导体光电信息功能材料的研究进展》，是我们特意为大家整理的，希望对大家有所帮助。 光电信息技术是由光学、光电子、微电子等技术结合而成的多学科综合技术，涉及光信息的辐射、传输、探测以及光电信息的转换、存储、处理与显示等众多的内容。光电信息技术广泛应用于国民经济和国防建设的各行各业。近年来，随着光电信息技术产业的迅速发展，对从业人员和人才的需求逐年增多，因而对光电信息技术基本知识的需求量也在增加。 摘要：21世纪是高速发展的信息时代，在这个飞速发展的时代中，光电信息功能得到了前所未有的发展，它在信息的产生，
信息的存储以及信息的传输方面扮演着越来越不可或缺的角色。本文就半导体光电信息功能的研究进展做出了简要分析，希望能对半导体光电信息功能材料的普及发挥作用。 关键词：半导体;研究与创新;光电信息功能材料 前言 从远古到现代，从石器时代到如今的信息时代，历史的发展表明信息科学技术发展的先导和基础是半导体信息功能材料的进步，伴随着时代发展的特征，我们可以很容易的分析出，光电信息功能材料在方方面面深刻的影响着人类的生产和生活方式。现如今，随着光电信息功能材料的不断普及以及各行各业的的综合应用，其技术得到了光速的更新，例如其信息的存储已不再受低级别的限制，其存储量已被提高到KT级别，当然为了使之更好地适应社会，发挥出更大的作用，生产商与使用者对光电信息功能材料的研究与创新从未停止。光电信息功能材料的发展，同样也与国家生产力的发展有着密切的联系，它是国家经济发展的根本保障之一。对于目前正处在快速发展中的我国来说，大力发
展半导体光电信息功能材料十分必要。 一、半导体光电信息材料简述 科学技术之所以得到不断发展的原因之一，便是有着信息研究材料的支持，人类对不同材料的研究与创新，是科学技术飞速发展，科学规律不断修正完善的基础。20世纪60～70年代，光导纤维材料和以砷化镓为基础的半导体激光器的发明，是人们进入了光纤通信，高速、宽带信息网络的时代。半导体光电材料――半导体是一种介于绝缘体导体之间的材料，半导体光电材料可以将光能转化为电能，同样也可以将电能转化为光能，并且可以处理加工和扩大光电信号。在当今社会，其应用正在逐步得到普及。半导体信息光电材料，对于我们来说并不陌生，其存在于我们的日常生活中，并且无时无刻的不在影响着我们，所以我们应正确的认识半导体信息光电材料，并且可以为半导体光电信息材料的发展贡献出自己的力量。 二、半导体光电信息材料研究的必要性
?综合评述? 半导体纳米材料的光学性能及研究进展Ξ 关柏鸥 张桂兰 汤国庆 (南开大学现代光学研究所,天津300071) 韩关云 (天津大学电子工程系,300072) 摘要 本文综述了近年来半导体纳米材料光学性能方面的研究进展情况,着重介绍了半导体纳米材料的光吸收、光致发光和三阶非线性光学特性。 关键词 半导体纳米材料;光学性能 The Optica l Properties and Progress of Nanosize Sem iconductor M a ter i a ls Guan B ai ou Zhang Gu ilan T ang Guoqing H an Guanyun (Institute of M odern Op tics,N ankaiU niversity,T ianjin300071) Abstract T he study of nano size sem iconducto r particles has advanced a new step in the understanding of m atter.T h is paper summ arizes the p rogress of recent study on op tical p roperties of nano size sem icon2 ducto r m aterials,especially emphasizes on the op tical2abso rp ti on,pho to lum inescence,nonlinear op tical p roperties of nano size sem iconducto r m aterials. Key words nano size sem iconducto r m aterials;op tical p roperties 1 引言 随着大规模集成的微电子和光电子技术的发展,功能元器件越来越微细,人们有必要考察物质的维度下降会带来什么新的现象,这些新的现象能提供哪些新的应用。八十年代起,低维材料已成为倍受人们重视的研究领域。 低维材料一般分为以下三种:(1)二维材料,包括薄膜、量子阱和超晶格等,在某一维度上的尺寸为纳米量级;(2)一维材料,或称量子线,线的粗细为纳米量级;(3)零维材料,或称量子点,是尺寸为纳米量级的超细微粒,又称纳米微粒。随着维数的减小,半导体材料的电子能态发生变化,其光、电、声、磁等方面性能与常规体材料相比有着显著不同。低维材料开辟了材料科学研究的新领域。本文仅就半导体纳米微粒和由纳米微粒构成的纳米固体的光学性能及其研究进展情况做概括介绍。2 半导体纳米微粒中电子的能量状态 当半导体材料从体块减小到一定临界尺寸以后,其载流子(电子、空穴)的运动将受限,导致动能的增加,原来连续的能带结构变成准分立的类分子能级,并且由于动能的增加使得能隙增大,光吸收带边向短波方向移动(即吸收蓝移),尺寸越小,移动越大。 关于半导体纳米微粒中电子能态的理论工作最早是由AL.L.Efro s和A.L.Efro s开展的[1]。他们采用有效质量近似方法(E M A),根据微粒尺寸R与体材料激子玻尔半径a B之比分为弱受限(Rμa B,a B=a e+ a h,a e,a h分别为电子和空穴的玻尔半径)、中等受限(a h 纳米科学与技术的发展历史 物三李妍 1130060110 纳米科学与技术(简称纳米科技)是80年代后期发展起来的,面向21 世纪的综合交叉性 学科领域,是在纳米尺度上新科学概念和新技术产生的基础.它把介观体系物理、量子力学、混沌物理等为代表的现代科学和以扫描探针显微技术、超微细加工、计算机等为代表的高技术相结合, 在纳米尺度上(0.1nm到10nm之间)研究物质(包括原子、分子)的特性和相互 作用,以及利用原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的特性制造具有特定功能的产品,实现生产方式的飞跃。 历史背景 对于纳米科技的历史, 可以追溯到30多年前着名物理学家、诺贝尔奖获得者Richard Feynman于美国物理学会年会上的一次富有远见性的报告 . 1959 年他在《低部还有很大 空间》的演讲中提出:物理学的规律不排除用单个原子制造物品的可能。也就是说, 人类 能够用最小的机器制造更小的机器。直至达到分子或原子状态, 最后可以直接按意愿操纵原子并制造产品。他在这篇报告中幻想了在原子和分子水平上操纵和控制物质.他的设想 包括以下几点: (1)如何将大英百科全书的内容记录到一个大头针头部那么大的地方; (2) 计算机微型化; (3)重新排列原子.他提醒到, 人类如果有朝一日能按自己的主观意愿排列原子的话, 世界将会发生什么? (4) 微观世界里的原子.在这种尺度上的原子和在体块材 料中原子的行为表现不同.在原子水平上, 会出现新的相互作用力、新颖的性质以及千奇 百怪的效应. 就物理学家来说, 一个原子一个原子地构建物质并不违背物理学规律.这正 是关于纳米技术最早的构想。20 世纪70 年代, 科学家开始从不同角度提出有关纳米技术的构想。美国康奈尔大学Granqvist 和Buhrman 利用气相凝集的手段制备出纳米颗粒, 提出了纳米晶体材料的概念, 成为纳米材料的创始者。之后, 麻省理工学院教授德雷克斯勒积极提倡纳米科技的研究并成立了纳米科技研究小组。纳米科技的迅速发展是在20 世纪 80 年代末、90 年代初。1981 年发明了可以直接观察和操纵微观粒子的重要仪器——— 扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM), 为纳米科技的发展起到了积极的促进作用。1984 年德国学者格莱特把粒径6 nm 的金属粉末压成纳米块, 经研究其内部结构, 指出了它界面奇异结构和特异功能。1987 年, 美国实验室用同样的方法制备了纳米TiO2 多晶体。1990 年7月第一届国际纳米科学技术会议与第五届国际扫描隧道显微学会议在美国巴尔纳米科学与技术的发展历史
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