纳米电子
一章
1、纳米是10-9米，纳米微粒的尺度定义在10-7~10-10米（0.1nm~100nm）
2、请叙述什么是小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应。
①小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。例如：光学特性上的消光性，热学特性上的熔点降低，磁学特性上的高矫顽力，力学特性上的高强度、高韧性，其它如超导电性、介电性。
②表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子所占百分数会显著增加，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应。
③量子效应：介于原子、分子与大块固体之间的超微颗gau粒，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽，导致微粒的声、光、电、磁、热及超导特性等呈现出反常的特性。例如：导电金属超微粒可以变成绝缘体，光谱线会产生向短波长方向的移动。
④宏观量子隧道效应：超微颗粒的一些物理量，会显示出隧道效应，称为宏观量子隧道效应。例如：电路尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法工作。
3、什么是纳米科技？什么是纳米科技的科学意义？
①纳米科技是指在纳米尺度（1nm~100nm）上研究物质（包括原子、分子的操纵和加工）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学与技术。纳米科技的最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。
②科学意义：a.纳米科技将促使人类认知的革命，纳米尺度上有许多新现象，新规律有待发现，是对人类人认知领域的新开拓；b.纳米科技将引发一场新的工业革命，它是21世纪经济增长的发动机，将促使传统产业“旧貌换新颜”，将推动产品的微型化、高性能化与环境友好化，将极大节约资源和能源，促进生态环境改善，为可持续发展提供技术保证；c.纳米科技将推动各门科学和技术的发展。
4、纳米材料有哪些危害性？（双刃剑）
①纳米材料体积小，在常温下可做布朗运动，悬浮在空间或液体中，这种漂浮和弥散与普通粉尘相比更加无孔不入，对环境和生物体造成污染和损害。
②一切科学技术都会被用于提升战争中武器的威力和通讯的精度。
③纳米科技将创造出许多自然界不存在的物质结构甚至生物体，带来不可预测的风险和威胁。
5、解释纳米材料熔点降低的现象
①由于纳米材料的小尺寸效应，晶体周期性的边界被破坏，非晶态纳米粒子表面层附近的原子密度减小，使得纳米材料的熔点降低。
②由于表面效应，纳米颗粒的尺寸减小，其比表面积显著增加，颗粒表面原子相对增加，从而使得表面原子具有较高的活性且极不稳定，导致熔点降低。
6、纳米科学技术的发展历史
①1959年，理查德·费恩曼提出从原子/分子尺度上加工材料，是纳米科学技术思想起
源；
②1981年，扫描隧道显微镜发明
③1989年，首次在镍表面用氙原子排除“IBM”
④1990年，首届国际纳米科学技术会议召开，标致纳米科学技术作为一门独立学科正式诞生
⑤20世纪90年代，纳米材料制备及其基本性质的研究是纳米科学的研究焦点。并且纳米科学技术的基础科学和应用技术从星星之火走向燎原之势。
⑥21世纪初，纳米科技逐渐成为本世纪最有深远影响的高新科技之一。
二章
1、什么是纳米材料、纳米结构？纳米材料有哪4种维度？举例说明。
①纳米材料广义上讲是指三维方向上至少有一个方向上材料尺度处于纳米尺度的材料，也包括一些复合结构。
②纳米结构指的是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造的一种新体系，包括一维、二维、三维体系。这一过程成为纳米结构的合成和组装。
③零维纳米材料，如纳米颗粒和纳米粉体材料；
一维纳米材料，如纳米线、纳米管、纳米带、纳米梨子链聚集体；
二维纳米材料，如纳米薄膜，半导体量子阱和超晶格结构；
纳米中孔材料，如多孔硅、分子筛。
2、纳米结构的意义
①纳米结构的合成与组装是研究纳米科学与技术的基础；
②纳米结构可将纳米材料分成基本研究单元，便于学习和研究纳米材料的特性；
③纳米结构中的新现象、新规律为纳米材料的基础理论奠定基础；
④纳米结构的合成与组装为制备各种宏观纳米器件提供新的技术；
⑤通过控制纳米结构的组装来控制其性能，提供了功能纳米电子器件的设计基础。
3、简述碳纳米管的制备方法，结构与形态，性能？
①制备方法是通过电弧放电法、模版工艺。
②1991年4月，日本NEC公司的饭岛澄男首次用高分辨透射电镜观察到多壁碳纳米管（MWNTS），是多层同轴管，也叫巴基管；1993年，发现单壁碳纳米管（SWNTS）。
③与多壁碳纳米管相比，单壁碳纳米管是由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围小，缺陷小，具有更高的均匀一致性。
三章
1、纳米CMOS器件新物理效应（沟道长度减小到一定程度后出现的物理效应）
1)影响阈值电压的短沟道效应和窄沟道效应
2)迁移率退化及载流子速度饱和效应
3)影响器件寿命的热载流子效应Hot Carrier Effect
4)造成亚阈特性退化的漏感应势垒降低效应
5)多晶硅耗尽效应
6)源漏串联电阻的影响
7)互连集成技术的挑战
2、CMOS工艺在现代半导体工业中居主流地位的原因
1)CMOS逻辑电路的零静态功耗
2)MOSFET能按比例缩小
3、什么是CE律？CE律的优缺点，如何改善？
①理想的按比例缩小理论遵循三条规律：a.器件的所有横向和纵向尺寸都缩小k倍；b.阈值电压和电源电压缩小k倍；c.所有的掺杂浓度增加k倍。因为尺寸和电压同时减小，所以晶体管内部所有电场保持不变，因而成为“恒定电场按比例缩小”，简称CE律。
②优点：a.源漏电流I D按比例缩小k倍（*Cox增加k倍，Von缩小k倍）；b.门延迟时间t D按比例缩小k倍；c.功耗延迟积P W·t D缩小了k3倍；d.器件面积缩小k2倍，集成度增加k2倍。
③缺点：a.阈值电压不可能无限缩小；b.源漏耗尽区宽度不可能按比例缩小；c.电源电压标准的改变会带来很大的不便；d.各种寄生效应不能按比例缩小，因此集成电路的实际性能不能等比例提高。
④改善：采用准恒定电场等比例缩小规则，即电源电压降低比例小于器件尺寸缩小比例，不完全等比例缩小。
4、光刻技术是集成电路图形生成和复制的关键技术。主流光学光刻技术极限尺寸是60~70nm，原因是提高分辨率主要靠使用缩短光源波长，即使用深紫外光，而材料对深紫外光强烈吸收，所以无法继续缩短波长。
5、下一代光刻技术及待解决的问题？
①X射线投影光刻：一倍掩膜
②极紫外（软X射线）光刻：无缺陷反射式掩膜、玷污控制、多层膜、光源、真空环境
③电子束投影光刻：空间电荷效应、硅片表面热效应
④离子束投影光刻：注入能量、缺陷，分辨率可以达到30nm以下。
6、纳米栅线条和超浅PN结的制作是短沟道器件研制中最困难的工艺，原因是虽然新一代光刻技术已经能够加工和复制纳米器件但是存在工艺复杂，成本高以及其他难以解决的问题。
7、纳米栅线条技术有哪两大类？其方法和特点是什么？
①极短波长光刻以及类光刻技术：先制作超细光刻胶线条，在进行等离子体灰化得到更细的线条；特点是设备复杂、价格昂贵，且存在如X射线投影光刻掩膜版制作难、缺陷多，电子束投影光刻效率低、不能批量生产，极紫外光刻精度低等问题。
②侧墙图形转移技术：第一步，常规光刻制备亚微米量级的光刻胶线条；第二步，等离子体灰化减小光刻胶线条的宽度；第三步，以此光刻胶线条为掩膜刻蚀出精细栅线条。特点是设备简单、成本低、操作方便。（25nm宽）
四章
1、纳米结构中载流子输运的几个基本物理现象有（1）设计和研究纳米器件最基本的理论依据：电导量子化、量子隧穿、库伦阻塞效应；（2）限制纳米器件的运行机制：热导量子化、普适电导涨落、量子相干效应
2、什么是库伦阻塞效应？
①当两个导体之间的纳米绝缘隙尺度小于电子自由程时，能够发生电子隧穿现象；
②而由于电子库伦排斥作用，单个电子在两个初始状态为中性而且构成电容为C的两个区域间的隧穿过程，将使得系统的静电能增加e2/2c，因此在条件不满足时，单个电子的隧穿过程将被抑制，这就是单电子隧穿的库伦阻塞现象。
3、请简述源—岛—源双隧穿结的单电子隧穿理论。
①由于电子的库伦排斥作用，单个电子在两个初始状态为中性而构成电容为C的两个区域间的隧穿过程，将使得系统的能量增加，如果没有外界提供能量，电子很难随传过去，这就是库伦阻塞现象。若从-e/2端有一个电子隧穿到+e/2端，则两端分别变为+e/2和-e/2，系统的能量没有增加，即使外界不提供能量也可以隧穿。所以，若在两个电极之间的绝缘层中
间再做一个电极，并使该电极带e/2个电荷，则原来两个电极分别感应出半个相反符号的电荷，因此可以通过绝缘层中间那个电极上的电压来控制隧穿效应的发生。
②在绝缘隙中放置第三个被绝缘体包围的岛状电极，称为库伦岛、纳米岛或量子点。电子从源到漏必须经过中间的库伦岛。把金属岛看作理想导体，在充电电荷电荷达到Q时，其静电势满足Q=C eef V，C eef为金属岛的等效电容。
③对于两个导体构成的电容器，若两极电位差为V，带等量异号的电荷Q，则电容器所储存的电场能为U=QV/2 ，充电过程储存在两导体上的静电能为E S=Q2/2C。对于孤立导体，电容C=4πε0R，充电式需要做功为U=qV/2=q2/8πε0R。所以球体半径R越小，充相同电量所需做功越大。当导体进入纳米尺度时，充放电过程很难进行，或者充放电过程将变得不再连续进行，电子不能集体运输，而是一个一个的单电子传输，即体系变得电荷量子化。而充入一个电子做功为E C=e2/8πε0R=e2/2C，这个能量称为库伦堵塞能。所以可以利用库伦阻塞效应来实现单电子隧穿过程。
④在一个纳米结构体系要观察到强库伦阻塞效应及其单电子隧穿效应，必须满足一定条件。首先，为避免热能帮助电子穿透能量势垒而破坏库仑阻塞效应，所以库伦阻塞能必须大于热运动能E C= e2/8πε0R = e2/2C >K B T，所以库伦岛半径R越小，C就越小，E C就越大，允许观察的温度T就越高。其次，为了去除电子能量的不准度，将电子锁在库伦岛内，以防止破坏库伦阻塞效应，则根据海森堡测不准原理知，电子能量的不准度ΔE与时间的不准度Δt的乘积，要大于普朗克常数h，即△E△t≥h。其中△t=RC，R为界面电阻，C为量子点电容，所以在单电子元件中的两个隧道电阻要高到让RC时间足够长，才能控制在中央岛的电子个数。又因为希望电子能量之不准度ΔE远小于量子点能隙e2/C，即ΔE<
六章
1、光信号相比电信号的优点。
a)传播速度快
b)频带宽，传播的信息量大
c)可以聚集成很细的光束、分辨率高
d)抗电磁波干扰能力强
e)可以实现同一空间多路信号传输
f)与有线通信相比，光纤通信的损耗低、质量小
2、激光的意思是通过受激发射光扩大，产生激光需要激发来源、增益介质、共振结构。
3、简述激子理论
①通常，把半导体材料吸收光子发生带间跃迁，看作光子将能带中价带电子激发到导带，形成电子和空穴彼此独立传导电流，且在吸收谱上形成陡峭的吸收边。实际上，光激发的电子-空穴可对因库仑力而相互束缚。光谱中，除了自由电子和空穴的连续谱外，还存在原子激发态的分离谱。
②电子从价带被激发，但因库伦相互作用而和价带空穴相互联系在一起的一种中性的非传导电的束缚状的电子激发态，成为激子。这种相互作用的电子-空穴对可以形成束缚态，导致禁带中导带底附近出现对应的束缚能级，本征吸收边附近出现吸收尖峰或分离谱；也可以形成非束缚态，其对应的能量在吸收边以上，导致吸收边以上连续谱带的吸收系数显著增强，发生激子效应。
③激子分类为弗伦克尔激子和万尼尔激子。弗伦克尔激子情况下，电子和空穴形成一个电偶极矩，电子-空穴距离与晶格常数相仿，这种激子是作为一个整体从一个原胞的位置运动到另一个原胞的位置，因此十分困难。它经常出现在绝缘体和分子晶体中，且伴随着强烈
的声子-声子相互作用；万尼尔激子情况下，电子和空穴间距离远大于晶格常数，电子沿束缚或非束缚的类氢轨道绕空穴转动。它经常出现在半导体和半绝缘体中，它可以在晶体内迁移和传递能量。
④激子效应对半导体器件起决定性的影响，尤其对半导体结构的光电子学性质影响尤为重要。
⑤激子是电子-空穴组成的双粒子体系，能量为E(k)=E e+E h，准动量或波矢为k=k e-k h，质量为M=m*e+m*h。激子运动分为，激子质心运动和激子中电子-空穴的相对运动，总能量为E n(k)=E g+h2k2/2M-R*/n2，其中E g+h2k2/2M为质心运动能量，-R*/n2电子-空穴相对运动能量，也称为激子束缚能，R*为激子的等效李德伯能量。
七章
1、表征技术是指物质结构与性质及其英勇的有关分析、测试方法，也包括测试、测量工具的研究与制造；
2、表征的内容包括材料的组成、结构和性质等。
3、可见光的反射与X射线的反射的区别：
①可见光的反射仅限于物体的表面，而X射线的反射是受到X射线照射的所有原子（包括晶体内部）的散射线干涉而成。
②可见光的反射无论入射光线以任意的入射角入射都会产生，而X射线只有在满足布拉格公式的某些特殊入射角才能“反射”。
③良好的镜面对可见光反射可达100%，而X射线反射后，变化很大。
4、电子束分析方法包括透射电子显微镜（TEM）、电子衍射、扫描电子显微镜（SEM）。
5、透射电子显微镜（TEM）的工作原理，和光学显微镜的区别
原理：电子枪产生的电子束经聚光透镜会聚均匀照
射在试样某待观察微小区域上。因试样很薄，大部分电
子穿透试样，其强度分布与所观察试样区的形貌、组织、
结构一一对应。透射出的电子经三极磁透镜放大在荧光
屏上，荧光屏将其转变为人眼可见的光强分布。于是在
荧光屏上就显出与试样形貌、组织、结构相对应的图像。
区别：a.光学显微镜用可见光作照明源，TEM用电子
束作照明源；b.光学显微镜用玻璃透镜成像，TEM用磁
透镜聚焦成像；c.因电子波的波长很短，与物质作用遵守
Bragg方程，可产生电子衍射现象，使得TEM具有高分辨
率的同时，还有结构分析的功能。而光学显微镜则不能。
6、扫描电子显微镜（SEM）的工作原理，特点，用途，与TEM的区别
原理：由热阴极电子枪发射的电子，在电场
作用下加速经过2～3个电磁透镜的作用，在样品
表面聚焦成极细的电子束，电子束在双偏转线圈
作用下在样品表面扫描，激发样品产生各种物理
信号，其强度随样品表面特征而变化。样品表面
不同的特征信号被按顺序、成比例地转换为视频
信号。通过视频放大和信号处理在CRT荧光屏上
获得能反映样品表面特征的扫描图像。
特点：a.可观察Φ＝10～30mm的大块试样，
制样方法简单；c.场深大，适于粗糙表面和断口的分析观察，图相富立体感、真实感，易于识别和解释；c.放大倍数变化范围大，便于低倍下的普查和高倍下的观察分析；d.具有较高的分辨率，一般为3～6nm；e.可通过电子学方法控制和改善图像质量;f.可进行多功能分析；
g.可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验，观察各种环境条件下的相变和形态变化等。
用途：a.三维形貌的观察和分析；b.观察分析纳米材料的形貌；c.直接观察大样品的原始表面。
区别：a.成像方式不同：SEM是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像的；b.试样形状不同：SEM试样为块状或粉末颗粒；c.成像信号不同：SEM以二次电子、背散射电子、吸收电子成像。其中二次电子是最主要的成像信号。
7、表面分析技术有二次离子质谱（SIMS）、X射线电子谱（XPS）、俄歇电子谱（AES）。
8、什么是二次离子质谱？
SIMS是利用质谱法分析初级离子入射靶面后，溅射产生的二次离子而获取材料表面信息的一种方法。SIMS是一种重要的材料成分分析方法，在微电子、光电子、材料科学、催化、薄膜和生物领域有广泛应用。
9、什么是X射线光电子谱？
XPS 是用X射线光子激发原子的内层电子发生电离，产生光电子，这些内层能级的结合能对特定的元素具有特定的值，因此通过测定电子的结合能和谱峰强度，可鉴定除H和He （因为它们没有内层能级）之外的全部元素以及元素的定量分析。在实验时样品表面受辐照损伤小，具有很高的绝对灵敏度。因此是目前表面分析中使用最广的谱仪之一。
10、什么是俄歇电子谱？
入射电子束或X射线使原子内层能级电子电离，外层电子产生无辐射俄歇跃迁，发射俄歇电子，用电子能谱仪在真空中对它们进行探测。
11、X射线光电子谱与俄歇电子谱的特点
X射线光电子谱：a.可以分析除H和He以外的所有元素；b.相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰较少，元素定性的标识性强；c.能够观测化学位移，化学位移同原子氧化态、原子电荷和官能团有关；d.化学位移信息是利用XPS进行原子结构分析和化学键研究的基础；e.可作定量分析，即可测定元素的相对浓度，又可测定相同元素的不同氧化态的相对浓度；f.是一种高灵敏超微量表面分析技术，样品分析的深度约为20?，信号来自表面几个原子层，样品量可少至10-8g，绝对灵敏度高达10-18g。
俄歇电子谱：也不能分析H、He，对样品有一定的破坏作用，但其具有表面灵敏度高（检测极限小于10-18g）、分析速度快等优点，在表面科学领域主要进行表面组成的定性和定量；表面元素的二维分布图和显微像；表面元素的三维分布分析;表面元素的化学环境和键合等方面的研究。
XPS & AES：测量时不断发射电子，若不及时补偿损失的电子，最终样品会积累电荷，产生带点效应
12、扫描探针技术是扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）。
13、STM的原理是什么？
STM以原子尺度的极细探针及样品作为电极，当针尖与样品
非常接近时（约1nm），就产生隧道电流。通过记录扫描过程中，
针尖位移的变化，可得到样品表面三维显微形貌图。
14、AFM的原理是什么？特点是
什么？
原理：将一个对微弱力极敏
感的微悬臂一端固定，另一端有
一微小的针尖（常为氮化硅制成），
针尖与样品表面轻轻接触，通过
尖锐针尖与样品的作用力来检测
样品表面的形貌。利用光学检测
法，可以测得微悬臂对应于扫描
各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。
特点：AFM的工作环境可以多样化；AFM适用于所有材料。
、单项选择题 1.B 2.D 3.C 4.D 5.A 6.C 7.A 8.B 9.C10.D 11.A12.A13.B14.D15.B 、名词解释题 16. 电子设计自动化(Electronics Design Automation ) 17. 硬件描述语言(Hardware Description Language ) 18. 知识产权核(intellectual property core ) 三、判断改错题 19. 对。 20. 对。 21. 错。交换“硬IP Core”和“软IP Core”的位置 22. 错。将“功能仿真”改为“时序仿真” 四、简答题 23. 传统的设计方法都是自底向上的，即首先确定可用的元器件，然后根据这些器件进行逻辑设计，完成各模块后进行连接，并形成系统，最后经调试、测量看整个系统是否达到规定 的性能指标。 这种设计方法常常受到设计者的经验及市场器件情况等因素的限制，且没有明显的规律 可循。另外，系统测试在系统硬件完成后进行，如果发现系统设计需要修改，则需要重新制作电路板，重新购买器件，重新调试与修改设计。整个修改过程需要花费大量的时间与经费。再者，传统的电路设计方式是原理图设计方式，而原理图设计的电路对于复杂系统的设计、阅读、交流、修改、更新和保存都十分困难，不利于复杂系统的任务分解与综合。 基于EDA技术的所谓“自顶向下”的设计方法主要采用并行工程和“自顶向下”的设计方法，使开发者从一开始就要考虑到产品生成周期的诸多方面，包括质量、成本、开发时
间及用户的需求等。 该设计方法首先从系统设计入手，在顶层进行功能划分和结构设计，由于采用高级语言描述，因此能在系统级采用仿真手段验证设计的正确性，然后再逐级设计底层的结构，用VHDL、Verilog HDL 等硬件描述语言对高层次的系统行为进行电路描述，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。“自顶向下”设计方法的特点表现在以下几个方面： (1) 基于可编程逻辑器件PLD和EDA开发工具支撑。 (2) 采用系统级、电路级和门级的逐级仿真技术，以便及早发现问题，进而修改设计方 案。 (3) 现代的电子应用系统正向模块化发展，或者说向软、硬核组合的方向发展。对于以往成功的设计成果稍作修改、组合就能投入再利用，从而产生全新的或派生的设计模块。 (4) 由于采用的是结构化开发手段，所以可实现多人多任务的并行工作方式，使复杂系统的设计规模和效率大幅度提高。 (5) 在选择器件的类型、规模、硬件结构等方面具有更大的自由度。 24. 随着集成度的不断提高，IC行业的产品更新换代的周期越来越短，使用IP Core能更快地完成大规模电路的设计；利用IP Core可使设计师不必了解设计芯片所需要的所有技术， 从而降低了芯片设计的技术难度；调用IP Core能避免重复劳动，大大减轻了工程师的负担； 复制IP Core是不需要花费任何代价的。因此，使用IP Core称为目前现代数字系统设计的发展趋势。 25. 在整个设计流程中仿真的地位十分重要，行为模型的表达、电子系统的建模、逻辑电路 的验证及门级系统的测试等，都离不开仿真。完成设计输入并成功进行编译仅能说明设计符合一定的语法规范，并不能说明设计功能的正确性，因为在芯片内部存在着传输延时，工作时并不一定严格按照程序运行。此外，在高频的情况下，对时钟的建立时间和保持时间等都有严格的要求，所以实际运行的结果与程序往往不相符或毛刺过多，只有通过仿真才能了解 程序在芯片内部的工作情况，然后根据情况和需要进行修改和优化，以便于在成品前发现问题，进而解决问题，完善设计。所以，在现代数字系统设计中需要进行系统仿真。 26. CPLD中的逻辑单元采用PAL结构，由于这样的单元功能强大，一般的逻辑在单元内均可 实现，故互连关系简单，一般通过集总总线即可实现，与FPGA同样集成规模的芯片相比内 部触发器的数量较少。逻辑单元功能强大的CPLD还具有很宽的输入结构，适用于实现高级 的有限状态机，如控制器等，这种系统逻辑复杂，输入变量多，但对触发器的需求量相对较少。 FPGA逻辑单元采用查找表结构，每单元只有一个或两个触发器，这样的工艺结构占用芯片面积小、速度高，每块芯片上能集成的单元数多，但逻辑单元的功能较弱。要实现一个较复杂的逻辑功
纳米技术在高分子材料改性中的应用 （南通大学化学化工学院高分子材料与工程132 朱梦成1308052064 ） [摘要] 纳米材料及其技术是随着科技发展而形成的新型应用技术。纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷等领域开始的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到广泛的应用。近年来将纳米材料分散于聚合物中以提高高分子材料性能的研究也日益活跃,并取得了许多可观的成果。 [关键词] 纳米技术；高分子材料；改性；应用 1纳米粒子的特性及其对纳米复合材料的性能影响 1.1纳米粒子的特性 纳米粒子按成分分可以是金属,也可以是非金属,包括无机物和有机高分子等;按相结构分可以是单相,也可以是多相;根据原子排列的对称性和有序程度,有晶态、非晶态、准晶态。由于颗粒尺寸进入纳米量级后,其结构与常规材料相比发生了很大的变化,使其在催化、光电、磁性、热、力学等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,具有许多重要的应用价值。 1.1.1表面与界面效应 纳米微粒比表面积大,位于表面的原子占相当大的比例,表面能高。由于表面原子缺少邻近配位的原子和具有高的表面能,使得表面原子具有很大的化学活性,从而使纳米粒子表现出强烈的表面效应。利用纳米材料的这种特点,能与某些大分子发生键合作用,提高分子间的键合力,从而使添加纳米材料的复合材料的强度、韧性大幅度提高。 1.1.2小尺寸效应 当超细微粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,导致其磁性、光吸收、热、化学活性、催化性及熔点等发生变化。如银的熔点为900℃,而纳米银粉的熔点仅为100℃(一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%~50%)。应用于高分子材料改性,利用纳米材料的高流动性和小尺寸效应,可使纳米复合材料的延展性提高,摩擦系数减小,材料表面光洁度
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，
2013年11月（下） [摘要]当材料尺寸无限减小，达到纳米级别时材料将显现出有独特的效应如：小尺寸效应、量子尺寸效应和表面效应等，这些效应与聚合 物密度小，耐腐蚀、易加工等优良特性有机结合，便形成了一类新型功能高分子材料。本文综述了纳米技术在塑料、橡胶、纤维三类高分子材料中的典型应用。 [关键词]纳米高分子材料；纳米塑料；纳米橡胶 纳米技术在高分子材料中的应用 丰艳兰 曾小飞 （华东交通大学理工学院，江西南昌330010） 纳米技术一词从提出到发展只有二十几年的时间，它的提出掀起了科技届的研究浪潮，有专家预言它必将引领新时代的科技变革，于是世界各国、地区都积极制定计划，加强投入，力争占领科技至高点。近年来，随着纳米技术的成熟与改善，国内外对于聚合物基纳米复合材料的研究已显现成效。高分子基纳米复合材料是各种纳米结构单元与有机高分子材料复合形成的一种新型材料，常见的纳米高分子基复合材料有：纳米复合塑料、纳米复合橡胶、纳米复合纤维。 1纳米复合塑料 纳米复合塑料是指塑料中分散了纳米级尺寸的超微细分散相，分散相为聚合物时，称为聚合物分子纳米复合塑料；分散相为无机填料时，称为无机填料纳米复合塑料，研究较多的是无机填料作为分散相。众所周知，塑料作为一种用途广泛的材料有着自身的缺点：如强度较差、不耐老化、透气性差等。发展纳米复合塑料可以很好地改善这些方面的性能。 1）无机纳米材料复合塑料能够很好地改善塑料的强度，起到增强增韧的效果。比如在尼龙塑料当中增加少量的纳米粘土生产的纳米复合塑料，既保持了产品的塑性，又提高了它的刚性和强度，更提高了它的抗弯能力，可以作为车体材料进行使用。 2）使用纳米添加剂改善的塑料制品可以大大提高抗老化能力，塑料的老化主要原因是光老化，将纳米TiO 2等粒子填充到塑料基体当中，纳米TiO 2可以很好地吸收紫外线，降低紫外线对塑料的破坏，提高塑料制品的抗老化能力。比如用添加0.1％~0.5％的纳米TiO 2制成的透明塑料包装材料包装食品，可以减少紫外线对食品营养成分的损失，保持食品的营养价值。 3）可以赋予塑料一些新的功能。比如在农膜的使用当中，有一种纳米转光膜，它就是利用纳米技术，在农膜塑料生产过程中添加纳米黏土，这种农膜被称为纳米转光膜，由于纳米黏土的存在，它能够很好地强化、放大有利于农作物生产的特征光，而过滤掉不利于农作物生长的光，从而大大促进农作物的光合作用，使农作物果实更大更有营养。 2纳米复合橡胶 纳米橡胶是指尺寸在1~100的纳米无机粒子分散在连续相橡胶基体中构成的复合材料。利用纳米粒子作为补强材料填充到橡胶中，可以很好地发挥纳米粉体的小尺寸效应、量子效应等表面效应，提高粉体与橡胶大分子间作用力的，弥补界面区化学作用力的缺乏，从而增强对橡胶的补强效果。赋予橡胶制品更高的性能，延长橡胶制品的使用寿命。现有研究表明，纳米黏土复合橡胶能够很好地提高材料的模量、硬度和强度，提高橡胶的气体阻隔性、耐油、阻燃性能。Si 3N 4陶瓷粉体分散在橡胶中，能很好地发挥Si 3N 4的高化学稳定性、优良的机械性能和介电性能。 3纳米复合纤维 纳米纤维有广义和狭义之分，狭义的纳米纤维指纤维直径为纳米量级的超细纤维，广义的纳米纤维还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维。目前国内外开发的热点是后者；所采用纳米颗粒的性能不同，可开发各种不同的功能性纤维。 1）可用于开发抗菌纤维产品，将具有抗菌作用的成分：银离子、铜离子、锌离子等微粒离子及其化合物通过物理吸附离子交换等方法制成抗菌剂，填充至纤维材料中，金属离子在低浓度下可以破坏细菌的细胞膜或细胞原生质活性酶的活性，从而起到抗菌作用。这种抗菌纤维常用来制作手术服、护士服、手术巾等医疗用品，还可制造衣物、鞋袜等生活用品。 2）可用于开发紫外线防护纤维，将ZnO 、SiO 2等纳米粉体利用共混纺丝法或后整理法制得防紫外线纤维或织物。纳米材料可做紫外线屏蔽剂，主要是因为纳米粒子的尺寸比紫外线相当或更小，小尺寸效应导致其对紫外线的吸收更强。通过以上方法制得的紫外线防护纤维可广泛用于制造遮阳伞、遮阳冒、泳衣、防晒服等。 3）可用于开发远红外纤维。研究表明，将具有较高远红外发射率的陶瓷微粉加入到高分子聚合物中，经纺丝加工可制成远红外纳米纤维，其中的纳米粒子可以有效地吸收材料本身释放的远红外射线，从而达到促进血液循环，调节新陈代谢的保温保健功能。同样，由于纳米粒子可以很好地吸收电磁波，这种纤维材料还可以用于制作军用服装。 4）可用于开发超双疏织物。对织物进行纳米表面处理，使之形成纳米尺寸的凹凸结构，利用纳米结构的表面效应可以实现既疏水又疏油的超双疏性。 纳米技术作为一项高新技术在材料领域有着非常广阔的应用前景，而高分子材料作为发展最快、品种多样、应用广泛、价廉性优的一类材料，加强两者结合的有机结合，可实现开发高性能高分子材料的现实意义。 作者简介：丰艳兰，1982年生，女，江西丰城人，华东交通大学理工学院助教，本科学历，研究方向为新材料应用研究；曾小飞，1983年生，男，江西丰城人，华东交通大学理工学院助教，研究生学历，研究方向为材料科学的发展及应用。 [参考文献] [1]肖亚航.纳米塑料的性能及应用前景[J].黑龙江科技信息,2010. [2]施利毅.纳米材料在高性能橡胶开发中的应用进展[J].中国橡胶,2007.[3]白鸟世明.高功能纳米复合纤维[J].产业用纺织品,2009. 112
电路与电子学答案王文辉第3 版
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第一章习题答案: 1、l=3A,U=4V 2、U=2V 3、(a)耗能=120W 释放能量=120W , (b)耗能 =122W 释放能量=122W i 壬 125 4、 l=2.8A U=10V 5、 l=0.5A U=9.6V 6、 U=-45V 7、 U=-4V U=8V I=18A P=1012.5W (a) 1 1 1 1 U S1 ( )U A U B 岂-I S3 R 1 R 2 R 3 R 3 R 1 1 1 1 1 U R 3 A (丄」 (b) R 3 R 4 R 5 R 5 1 1 1 (2 4 心蔦 U B 1 1 U A (丁 1)U B 4 4 1 ?2U 4-I 10、 11、 1 1 1 ( )U A - U B R 1 R 2 R 4 R 2 R 4 R 1 1 1 1 1 U S3 U A -( )U B U c = I S 3 竺 R 2 R 2 R 3 R 3 R 3 1U 1 U C U ^1 _ I S1 … I S3 R 3 U=1.2V
14、U= —1/9 V I=17/7 A 15、I=19A 16、(a)U oc =8V R eq =16 Q (b) R eq =10/7Q 17、(a)U oc =15V R eq =12.5Q (b) V R eq = — 0?6 Q 18、 U=1.2V 19、I=0.5A 20、 (a)R L =R eq =6 Q 13、l=7A U=14V U oc =26/7 V U oc = — 4.8 \max =37.5W P=0.16W (a)R L =R eq =9 Q P Lmax = 4/9W 21、 R eq = 400 Q l=0?04A U=4V P Lmax = 0.25W 22、 U OC =1 ?25V R eq =1 ?25Q 第二章习题答案 2-1 (a ) u ci (0 )=100V i L (0 )=0A i 2 (0 )=0A u c2 (0 )=0V
电切削工 1.1 职业名称 电切削工。 1.2 职业定义 利用操作线切割、电脉冲或电火花机械设备，进行各种几何形状的型腔、模具电腐蚀及线切割加工的人员。 1.8 鉴定要求 1.8.2 申报条件 ——初级（具备以下条件之一者） （1）经本职业初级正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。 （2）在本职业连续见习工作1年以上。 （3）本职业学徒期满。 ——中级（具备以下条件之一者） （1）取得本职业初级职业资格证书后，连续从事本职业工作2年以上，经本职业中级正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。 （2）取得本职业初级职业资格证书后，连续从事本职业工作4年以上。 （3）连续从事本职业工作5年以上。 （4）取得经劳动保障行政部门审核认定的、以中级技能为培养目标的中等以上职业学校本职业（专业）毕业证书。 ——高级（具备以下条件之一者） （1）取得本职业中级职业资格证书后，连续从事本职业工作3年以上，经本职业高级正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。 （2）取得本职业中级职业资格证书后，连续从事本职业工作5年以上。 （3）取得高级技工学校或经劳动保障行政部门审核认定的、以高级技能为培养目标的高等职业学校本职业（专业）毕业证书。 （4）取得本职业中级职业资格证书的大专以上本专业或相关专业毕业生，连续从事本职业工作1年以上。 ——技师（具备以下条件之一者） （1）取得本职业高级职业资格证书后，连续从事本职业工作3年以上，经本职业技师正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。 （2）取得本职业高级职业资格证书后，连续从事本职业工作5年以上。 （3）取得本职业高级职业资格证书的高级技工学校本职业（专业）毕业生和大专以上本专业或相关专业毕业生，连续从事本职业工作2年以上。 ——高级技师（具备以下条件之一者） （1）取得本职业技师职业资格证书后，连续从事本职业工作3年以上，经本职业高级技师正规 1 / 5
高分子纳米生物材料的发展现状及前景 纳米材料研究都是从20世纪80年代开始的，是在之前三次工业革命的基础上发展起来的的新兴科技领域。巨大的需求与技术支撑，使其在材料、生物、医学、高分子等领域开拓出一片片新大陆，筑起21世纪工业革命的基石。而纳米技术作为一项高新技术在高分子材料中有着非常广阔的应用前景，对开发具有特殊性能的高分子材料有着重要的实际意义 纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1 nm～1000 nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。 1纳米科技与高分子材料的邂逅 高分子材料学的一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态,或添加填料来使高分子材料使用性能大幅提升。而纳米微粒的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应能在声、光、电、磁、力学等物理特性方面呈现许多奇异的物理、化学性质。金属、无机非金属和聚合物的纳米粒、纳米丝、纳米薄膜、纳米块体以及由不同组元构成的纳米复合材料,可实现组元材料的优势互补或加强。通过微乳液聚合方法得到的纳米高分子材料具有巨大的比表面积,纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应高分子复合材料对高性能填料的需求,出现了一些普通微米级材料所不具有的新性质和新功能,纳米科技与高分子材料科学的交融互助对高分子材料科学突破传统理念发挥了重要作用。 高分子纳米复合材料的应用及前景 由于高分子纳米复合材料既能发挥纳米粒子自身的小尺寸效应、表面效应和量子效应,以及粒子的协同效应,而且兼有高分子材料本身的优点,使得它们在催化、力学、物理功能(光、电、磁、敏感)等方面呈现出常规材料不具备的特性,故而有广阔的应用前景利用纳米粒子的催化特性,并用高聚物作为载体,既能发挥纳米粒子的高催化性和选择催化性,又能通过高聚物的稳定作用使之具有长效稳定性。 纳米粒子加入聚合物基体后,能够改善材料的力学性能。如纳米A-Al2O3/环氧树脂体系,粒径27nm,用量1%~5%(质量分数)时,玻璃化转变温度提高,模量达极大值,用量超过10%(质量分数)后,模量下降[79]。又如插层原位聚合制备的聚合物基有机)无机纳米级复合材料(聚酰胺/粘土纳米复合材料等)具有高强度、高模量、高热变形温度等优点,目前已有产品出现,用作自行车、汽车零部件等[55]。尤其引人注目的是高分子纳米复合材料在功能材料领域方面的应用,包括磁性、电学性质、光学性质、光电性质及敏感性质等方面。 磁性纳米粒子由于尺寸小,具有单磁畴结构,矫顽力很高,用它制作磁记录材料可以提高记录密度,提高信噪比;一般要求与聚合物复合的纳米粒子,采用单磁畴针状微粒,且不能小于超顺磁性临界尺寸(10nm)。 利用纳米粒子的电学性质,可以制成导电涂料、导电胶等,例如用纳米银代替微米银制成导电胶,可以节省银的用量;还可以用纳米微粒制成绝缘糊、介电糊等。另外可用于静电屏蔽材料,日本松下公司应用纳米微粒Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等具有半导体特性的氧化物粒子制成具有良好静电屏蔽的涂料,而且可以调节其颜色;在化纤制品中加入金属纳米粒子可以解决其静电问题,提高安全性。 利用复合体系的光学性能,可以制成如下材料:(1)优异的光吸收材料。例如在塑料制品表面上涂上一层含有吸收紫外线的纳米粒子的透明涂层,可以防止塑料
纳米光电子技术的发展及应用 摘要:纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学和现代技术结合的产物,由纳米技术而产生一些先进交叉学科技术，本文主要讲述的纳米光电子技术就是纳米技术与光电技术的结合的一个实例，随着纳米技术的不断成熟和光电子技术的不断发展，两者的结合而产生的纳米光电子器件也在不断的发展,其应用也在不断扩大。 关键词：纳米技术纳米光电子技术纳米光电子器件应用 一、前言 纳米材料与技术是20世纪80年代末才逐步发展起来的前沿性，交叉性的学科领域，为21世纪三大高新科技之一。而如今，纳米技术给各行各业带来了崭新的活力甚至变革性的发展，该性能的纳米产品也已经走进我们的日常生活，成为公众视线中的焦点。[2 纳米技术的概念由已故美国著名物理学家理查德。费因曼提出，而不同领域对纳米技术的看法大相径庭，就目前发展现状而言大体分为三种：第一种，是美国科学家德雷克斯勒博士提出的分子纳米技术。而根据这一概念，可以制造出任何种类的分子结构；第二种概念把纳
米技术定位为微加工技术的极限，也就是通过纳米技术精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术；第三种概念是从生物角度出发而提出的，而在生物细胞和生物膜内就存在纳米级的结构 二、纳米技术及其发展史 1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。其中纳米技术主要为以下四个方面 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。 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（MEMS),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. 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
习题十二 12-1 写出题图12-1所示逻辑电路输出F 的逻辑表达式，并说明其逻辑功能。 解：由电路可直接写出输出的表达式为： 301201101001301201101001D A A D A A D A A D A A D A A D A A D A A D A A F +++==??? 由逻辑表达式可以看出： 当A 1A 0=00 F =D 0 A 1A 0=01 F =D 1 A 1A 0=10 F =D 2 A 1A 0=11 F =D 3 这个电路的逻辑功能是，给定地址A 1A 0以后，将该地址对应的数据传输到输出端F 。 12-2 组合逻辑电路如题图12-2所示。 （1）写出函数F 的表达式； （2）将函数F 化为最简“与或”式，并用“与非”门实现电路； （3）若改用“或非”门实现，试写出相应的表达式。 解：（1）逻辑表达式为：C A D B D C B A F += （2）化简逻辑式 C A D B D B C A C A D B D C A D B C A D C B BC A C A D B A C A D B D C B A C A D B D C B A F +=+++++=++++++=++++=+=?)1()1())(()( 这是最简“与或”表达式，用“与非”门实现电路见题解图12-2-1，其表达式为： C A D B F ?= （3）若用“或非”门实现电路见题解图12-2-2，其表达式为： C A D B C A D B C A D B C A D B F +++=+++=++=+=))(( 由图可见，对于同一逻辑函数采用不同的门电路实现，所使用的门电路的个数不同，组合电路的速度也有差异，因此，在设计组合逻辑电路时，应根据具体不同情况，选用不同的门电路可使电路的复杂程度不同。 A A 3210 题图12-1 习题12-1电路图
高分子纳米材料（论文）题目：高分子纳米材料及其应用 化工学院学院高分子材料与工程专业 学号0502110202 学生姓名 指导教师 二〇〇一四年十一月
高分子纳米材料及其应用 摘要：高分子纳米材料是一门新兴并且发展迅速的一门科学。其具有很多独特 的性质，应用前景非常广阔。本文主要介绍了高分子材料的性质，同时介绍了高分子纳米复合材料常见的制备方法及其在各个领域的应用。 关键词：性质；纳米复合材料；制备方法；应用 Abstract: Polymer nano-materials is an emerging and rapidly developing research direction. It has many unique properties and broad application. This paper describes the properties of polymer materials, and also introduced preparation method of the polymer nano-composite materials .The paper also introduces its application in various fields. Key words:Properties; Nano-composite materials; Preparation method; Application 1 引言 纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的材料科学。由于纳米材料体系具有许多独 特的性质，应用前景广阔，而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学 反应动力学和表面、界面科学等多种学科，在实际应用和理论上都具有极大的研究价值，所 以成为近些年来材料科学领域研究的热点之一，被誉为“21世纪最有前途的材料”。[1, 2] 纳米作为一个材料的衡量尺度，其大小为1 nm (纳米) =10~9 m (米)，即十亿分之一米， 大约是10个原子的尺度。最初定义的纳米材料仅仅是指1~100 nm 尺度范围的纳米颗粒及 由他们构成的纳米固体和薄膜。目前，在广义上定义的纳米材料是指三维空间尺度里至少有 一维是纳米尺寸或者由它们作为结构基本单元的材料；根据定义按照空间维度可以将纳米材 料分为三类：(1) 维度为零的纳米材料，是指纳米颗粒、原子团簇等三维空间尺度均在纳米 尺寸的材料；(2) 维度为一的纳米材料，是指纳米线、纳米管等三维空间尺度中有两维是纳 米尺度的材料；(3) 维度为二的纳米材料，是指纳米膜、超晶格等三维空间尺度中仅有一维 是纳米级的材料；[3] 2 纳米材料的性质[4, 5] 物质的尺寸一旦与原子尺寸在同一量级时，其表面电子结构和晶体结构就会发生变化， 导致纳米材料会具备一些表面效应、小尺寸效应等优异特性。 (1)量子尺寸效应。量子尺寸效应又称量子限域效应，当粒子尺寸下降到一定程度时，金属 费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级，以及能隙变宽现象均为量子尺寸 效应。材料或物质的物理性质在很多方面都是由材料的电子结构决定的，当材料尺寸小
纳米科技的发展及未来的发展方向 论文 理学院 08光信息科学与技术 张箐 0836017
纳米科技的发展及未来的发展方向 一：纳米科技的起源： 纳米是长度度量单位，一纳米为十亿分之一米。纳米科技这一初始概念是已故美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖得主费恩曼(R．Feynman)于1959年在美国加州理工学院作题为“在低部还有很大空间”的讲演中提出的。费恩曼指出：如果人类能够在原子或分子尺度上来加工材料、制备装置，则将会有许多激动人心的新发现。他还强调：人们需要新型的微型化仪器来操纵纳米结构并测定其性质。费恩曼憧憬说：试想，如果有一天，人们可以按自己的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇怪现象。 与所有的天才假想一样，费恩曼的科学思想起初并未被接受。然而科技的迅猛发展很快证明了费恩曼是正确的。继费恩曼之后，许多科学家又尽情发挥想像力，从不同角度继续编织纳米技术的神奇梦想。 纳米科技的迅速发展是在1980年代末1990年代初。1980年代初，宾尼希(C．Binnig)和罗雷尔(H．Rohrer)等人发明了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要仪器－－扫描隧穿显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)。STM 不仅以极高的分辨率揭示出了“可见”的原子、分子微观世界，同时也为操纵原子、分子提供了有力工具，从而为人类进入纳米世界打开了一扇更加宽广的大门。 与此同时，纳米尺度上的多学科交叉迅速形成了一个有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。1990年，纳米技术获得了重大突破。美国IBM公司阿尔马登研究中心（Almaden Research Center）的科学家使用STM把35个氙原子移动到各自的位置，组成了“IBM”三个字母，这三个字母加起来不到3纳米长。 1990年7月，第一届国际纳米科学技术大会和第五届国际扫描隧穿显微
纳米电子学，包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。 它能把整个美国国会图书馆的资料压缩到一块像方糖一样大小的设备中，这通过提高单位表面储存能力1000倍使大存储电子设备储存能力扩大到几兆兆字节的水平来实现。由自小到大的方法制造材料和产品，即从一个原子、一个分子开始制造它们。这种方法将节约原材料和降低污染。生产出比钢强度大10倍，而重量只有其几分之一的材料来制造各种更轻便，更省燃料的陆上、水上和航空用的交通工具。通过极小的晶体管和记忆芯片几百万倍的提高电脑速度和效率，使今天的奔腾?处理器已经显得十分慢了。运用基因和药物传送纳米级的mri对照剂来发现癌细胞或定位人体组织器官去除在水和空气中最细微的污染物，得到更清洁的环境和可以饮用的水。提高太阳能电池能量效率两倍。 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。
电路与电子学基本第二版第四章答案 4.1 解：用万用表测量二极管的正向直流电阻，选择量程越大，通二极管的电流就减小，由二 极管的伏安特性曲线可知，电流急剧减小时，电压减小的很慢，所以测量出来的电阻值会大副增大。 4.2 (a) D 导通,U ab =12V (b) D 1,D 2截止，U ab =0V 改为：D 1导通,D 2截止，U ab =0V (c) D 1截止,D 2导通，U ab =-12V 4.3 (a) U=-5V I=K 10)5(5--?=1mA (b) U=-5V I=0A (c) U=3V I= K 1)5(3--=8mA (d) U=8V I=K 61212--=4mA? 4.4 图 4.5 (a) 因为30V>D 1z 的稳定电压6V ,所以D 1z 导通，D 2z 稳压，故U 0=0.7+9=9.7V (b) 因为30V> D 1z + D 2z 的稳定电压，所以D 1z 与 D 2z 都起稳压作用，故U 0=6+9=15V (c) 因为30V> D 1z 的稳定电压6V ,所以D 1z 稳定，D 2z 导通，故U 0=6+0.7=6.7V (d) 因为30V> D 1z 的正向导通电压，所以D 1z 导通，D 2z 截止，故U 0=0.7V (e) 因为30V>9V ，30V>6V ，故D 1z 起稳压作用，D 2z 截止，故U 0=6V 4.6 ① 因为12V>6V ，所以D z 稳压，故U 0=6V ，I z = K 2620--K 26=4mA<5mA ，稳压效果差 ② 因为5V<6V ，所以D z 不稳压， 有计算可知，D z 视为开路，所以U 0=5V ，I z =0mA 4.7 图 4.8 ⑴此晶体管类型为PNP 型，1为集电极，2为基极，3为发射极。 ⑵β=03 .02.1=40 4.9 (a)饱和区 (b)放大区 (c)放大区 (d)截止区 (e)放大区 (f)截止
纳米药物载体技术 用纳米粒子作为药物载体可实现靶向输送、缓释给药的目的, 这是由于小粒子可以进入很多大粒子难以进入的人体器官组织, 如小于50nm 的粒子就能穿过肝脏皮或通过淋巴传送到脾和骨髓, 也可能到达肿瘤组织。另外纳米粒子能越过许多生物屏障到达病灶部位, 如透过血脑屏障( BBB) 把药物送到脑部, 通过口服给药可使药物在淋巴结中富集等。具有生物活性的大分子药物( 如多肽、蛋白类药物) 很难越过生物屏障, 用纳米粒子作为载体可克服这一困难, 并提高其在体输送过程中的稳定性。用纳米粒子实现基因非病毒转染, 是输送基因药物的有效途径。 药物既可以通过物理包埋也可以通过化学键合的方式结合到聚合物纳米粒子中。载有药物的聚合物纳米粒子通常以胶体分散体的形式通过口服、经皮、皮下及肌肉注射、动脉注射、静脉点滴和体腔黏膜吸附等给药方式进入人体。制备聚合物纳米粒子的方法主要有以下几种: ( 1) 单体聚合形成聚合物纳米粒子; ( 2) 聚合物后分散形成纳米粒子; ( 3) 结构规整的两亲性聚合物在水介质中自组装形成纳米粒子。 1 单体聚合制备的聚合物纳米粒子 聚氰基丙烯酸烷基酯( PACA) 在人体极易生物降解, 且对许多组织具有生物相容性。制备聚氰基丙烯酸烷基酯纳米粒子采用的是阴离子引发的乳液聚合方法, 通常以OH-为引发剂, 反应一般在酸性水介质中进行, 常用的乳化剂有葡聚糖、乙二醇与丙二醇的嵌段共聚物和聚山梨酸酯等, 具体制备过程见图1。当反应介质pH 值偏高时, OH-浓度大, 反应速度快, 形成的PACA 分子量低, 以此作为给药载体材料进入人体后, 降解速度太快, 不利于药物缓释。因此聚合反应介质的pH 值通常控制在1.0~ 3.5 围。
纳米技术与未来生活 “正像七十年代微电子技术引发了信息革命一样，纳米科学技术将成 为下世纪信息时代的核心。” ——IBM的首席科学家Amotro ●纳米技术的起源与发展 1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后甚至可以根据人类的意愿，逐个排列原子或分子，制造超晶态产品，这是关于纳米技术最早的梦想。 七十年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米技术的构想，1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术（Nano-technology）一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明观察纳米结构的重要工具－－扫描隧道显微镜（STM），揭示了一个可直接探测的原子、分子世界，对当时称为“介观物理”（Mesoscopic Physics）的研究和发展产生了积极的促进作用。并且，只有在介观体系中才显得那么重要的表面和界面问题也开始发展成为科学。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。 ●纳米与纳米技术 所谓纳米，它仅仅是一个长度单位，一个纳米相当于十亿分之一米，是人类毛发直径的一万分之一，是可见光最短波长的四百分之一。如果做一个纳米的小球，把它放在一个乒乓球上，就好像把乒乓球放在地球上。纳米一个比微观尺度（原子大小为0.1纳米）大，又比宏观尺度（光学显微镜分辨极限的微米尺度）小的世界。这个世界里的研究工作是从基础物理学对这个尺度上的结构（纳米结构——Nano-structure）所表现出的奇异特性开始的。如果考察电子通过纳米圆环所组成电路，它的行为将不遵守欧姆定律，而表现出彼此之间的关联性（AB效应）。在这个尺度上的物质，表面原子或分子占了相当大的比例，已经无法区分它们是长程有序（晶态）、短程有序（液态），还是完全无序（气态）了，而成为物质的一种新的状态——纳米态。并且，人们很早就注意到这种纳米态的性质不主要取决于其体内的原子或分子，而是主要取决于表面或界面上分子排列的状态。由于它们具有量子力学上的强关联性而表现出完全不同于宏观和微观世界的介观性质，这就是纳米材料。 而通常讲的纳米科技就是对待这样一个数量级的微观世界的科学技术。其精髓是从对原子分子的精确控制出发，构建具有全新分子、全新排列形式的人造结构。也就是说，纳米技术希望能够操纵一个一个原子、一个一个分子，并用这种办法来做成一些材料和器件。1959年，加州理工学院的一位教授就提出了这样一种设想：做一种万能制造机，一面放上各样的分子、原子，另一面想出来什么东西，就通过原子的组排，轻松实现。而从原理上讲，利用纳米技术，是有可能的。可见纳米技术的神奇了。 作为纳米技术，本身它并不神秘，实际上从微米技术到纳米技术，应该说啊是科学发展的一个自然的结果。我们现在生活在微米时代。在微米时代，我们用计算机，录像机、电视，都是微米技术的结晶。比如奔腾芯片已经做到了0.17-0.18个微米，相当于几百个纳米。也就是说，从尺度上来讲，微米技术已经逐渐进入到纳米尺度。所以从某种意义上讲，从诶米科技到纳米科技是科学发展的必然结果。 然而，纳米技术不仅仅是微米技术的简单延伸，实际上纳米技术是建立在人们对纳米世
一、填空题（每小题2分，共22分） 1、KVL体现了电路中能量守恒的法则。 2、一只100Ω，1w的电阻器，使用时电阻上的电压不得超过10 V。 3、含U S和I S两直流电源的线性非时变电阻电路，若I S单独作用时，R上的电流为I′， 当U S单独作用时，R上的电流为I"，（I′与I"参考方向相同），则当U S和I S共同作用时，R上的功率应为（I′+I"）2R 。 4、若电阻上电压u与电流i为非关联参考方向，则电导G的表达式为G=-i/u 。 5、若电容上电压u与电流i为非关联参考方向，则u，i的瞬时VCR表达式为i=Cdu c/dt 。 6、若一阶电路电容电压的完全响应为u c(t)=8-3e-10t V,则电容电压的零输入响应 为5e-10t V 。 7、若一个正弦电压的瞬时表达式为10cos(100πt+45°)V,则它的周期T为0.02s 。 8、正弦稳态电路中,一个无源单口网络的功率因数为0.5, 端口电压u(t)＝10cos (100t +ψu)V，端口电流i(t)=3cos(100t-10°)A (u,i为关联参考方向),则电压的初相ψu 为50°或-70°。 9、若电感L＝2H的电流i =2 cos(10t+30°)A (设u, i为关联参考方向)，则它的电压u 为40cos(10t+120°)或40sin(10t+210°) 。 10、正弦稳态L，C串联电路中, 电容电压有效值为8V, 电感电压有效值为12V, 则总电 压有效值为4V 。 11、L1=5H, L2=2H, M=1H 的耦合电感反接串联的等效电感为5H 。 二、选择题（每小题3分，共18分） ( C )1、一RL电路在振动频率为ω的正弦信号作用下，表现出来的阻抗为1+j3 Ω，当正弦信号频率变为3ω时，RL电路表现出来的阻抗为： A. 1+j Ω B. 1+j3 Ω C. 1+j9 Ω D. 1+j6 Ω ( B )2、两存在互感的线圈，已知L1=6H、L2=2H、M=2H，当线圈采用反向串联时其等效电感为： A. 6H B. 4H C. 8H D. 12H ( C )3、若RLC并联电路的谐振角频率为ω0，则在角频率ω＞ω0时电路呈现： A. 纯阻性 B.感性 C. 容性 D. 不能确定的性质
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