有机光化学论文2008296052周子竞

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1、山西大学本科生课程论文（2011–2012学年第2学期）学院（中心、所）：化学化工学院课程名称：有机光化学授课教师：冯丽恒论文题目：半导体和纳米材料姓名：周子竞年级：2008级学号：2008296052成绩：山西大学化学化工学院2011年11月15日纳米半导体光电子材料进展与展望周子竞（山西大学化学化工学院化学系08界）摘要：本文介绍了纳米半导体光电子量子点、量子线和量子阱材料的发展动态和应用。最后，展望了这些材料的发展前景。关键词：微电子技术、化学传感器、光伏器件、微纳加工引言：当半导体材料的尺度缩小到纳米范围时，其物理、化学性质将发生显著变化，并呈现出由高表

2、面积或量子效应引起的独特性能。目前，半导体纳米材料与器件的研究仍处于探索、开发阶段，但它们在多个领域的应用，如新型高效太阳能电池、纳米级电子器件、纳米发光器件、激光技术、波导、化学及生物传感器、化学催化剂等已呈现出诱人的前景。纳米技术的进一步发展必将使得半导体工业实现历史性突破。根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》所确定的“自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来”的指导方针，迫切需要进一步加大纳米科技投入，积极开展纳米应用科学研究，努力解决影响我国国民经济和社会发展的重大科技瓶颈问题，促进我国持续创新能力迅速提高，实现我国科技跨越式发

3、展，带动我国科技整体进步，为我国国民经济和社会发展提供强有力的技术支撑。近年来，以硅量子点和硅纳米线为代表的硅纳米结构及相关技术的研究受到了广泛重视，并成为当今半导体纳米科技最活跃的研究领域之一。这一领域研究受到广泛重视的原因主要在于：(a)现代信息技术的基础是基于硅基器件的微电子技术，因此，硅基材料和器件技术的发展在某种程度上决定着现代微电子技术和信息技术发展的未来，具有重要的战略意义。(b)正如目前的单晶硅片，硅纳米结构被认为是未来构成纳/微电子器件的基本单元。随着硅基互补金属氧化物半导体(CMOS)电路的尺寸逐渐变小，降低到10nm或更小时，将面临诸如器件

4、加工极限、加工费用的成倍增加以及器件工作原理发生变化等一系列严峻挑战，这将成为未来硅基微电子等工业发展的瓶颈。而硅纳米技术为突破以上瓶颈提供了低成本、高效率的解决方案。(c)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。

5、因此，该类纳米材料展现出广阔的应用前景我们的目标是要建成具有国际先进水平的、在纳米科技领域具有核心竞争力的科研基地和科技创新环境。具体来说将在以下几个方面展开研究：1．纳米半导体材料的可控合成，开发具有特定性能的纳米结构和纳米材:硅纳米线阵列、碳纳米管阵列、硅量子点、碳量子点、有机/无机纳米杂化材料、异质结材料，以及具有非线性光学、湿敏、温敏、气敏、磁性等功能性纳米材料的可控合成。2．化学传感器的研究包括纳米材料的表面修饰、纳米结构的有序组装、纳米材料与生物物质的键合联接。再利用纳米材料对分析物的作用，基于光、电、磁、声、力以及它们的组合，对待测物质进行检测和跟

6、踪，尤其是在安全、健康、卫生和反恐方面更有用武之地。3．纳米催化剂的研究纳米材料由于独特的晶体结构及表面特性，其催化活性和选择性大大高于传统催化剂，可望作为新型的催化材料应用于化学工业。随着纳米微粒粒径的减小，其表面积逐渐增大，吸附能力和催化性能也随之增强。这些独特的效应使纳米催化剂不仅可以控制反应速度，大大提高反应速率，甚至可以使原来不能进行的反应进行。例如块体金不具备催化能力，而纳米金具有较好的催化效果。我们的催化实验证明直径为1-2nm的硅量子点可以被用来作为可见光还原二氧化碳，以及可见光降解染料甲基红的催化剂；而直径为3-4nm的硅量子点可能被用来作为苯

7、氧化制备苯酚的高选择性催化剂。另外，不同的纳米材料在进行催化时还有协同作用。4．纳米光电传感、光伏器件的研究纳米半导体光电传感器和光伏器件具有节能、高效、稳定、可靠等优点，在能源、交通和信息领域将会起到越来越大的作用。5．功能有机纳米材料以一系列功能性强的有机小分子为研究对象，比如高效发光的有机光电子材料，非线性光学材料，一些重要的小分子药物材料等。首先设计合成目标功能的有机化合物，然后通过各种实验手段制备并可控生长其相应的纳米材料，对纳米材料进行结构表征，并结合理论计算与模拟，分析晶体结构与纳米结构的关系。进一步研究纳米材料相对于体材料和分子态材料在性能上(包

8、括光学、电学、催化、传感