第五章纳米材料的应用教材ppt课件.ppt

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1、第五章纳米材料的应用纳米技术现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起2I世纪又一次产业革命。——钱学森纳米材料的应用领域微电子学领域光电领域陶瓷领域生物工程领域医学领域纺织领域塑料领域环保领域化工领域一、微电子学领域纳米电子学是纳米技术重要组成部分，是基于纳米粒子的量子效应来设计并制备纳米量子器件，包括纳米有序(无序)阵列体系、纳米微粒与微孔固体组装体系、纳米超结构组装体系。纳米电子学最终目标是进一步减小集成电路，研制出由

2、单原子或单分子构成的室温可用的各种器件。纳米器件左：基于碳纳米管点电极的柱状纳米晶体管结构示意图纳米碳管右：基于石墨烯电极的单分子膜场效应晶体管结构示意图微电子学领域目前利用纳米电子学已研制成功各种纳米器件。此外，有奇特性能的碳纳米管的研制成功对纳米电子学发展起关键作用。纳米技术生产的有机发光二极管微电子学领域高电压纳米发电机和自驱动纳米器件成功问世(a)基于垂直于基片生长的纳米线所设计的纳米发电机(VING)。(b)基于平行于基片多行生长的纳米线所设计的纳米发电机(LING)。(c)基于一行平行于基片生长的氧化锌纳米线所组成的纳米发电机

3、。(d)在微小形变下能产生1.2伏输出电压的纳米发电机的光学照片。1989年，IBM公司利用隧道扫描显微镜上的探针成功移动氙原子并利用它拼成“IBM”3千字母（右）。下图为原子操作过程中的STM像。左图为单个Xe原子静置在Ni表面上的情况；右图为探针“拾”起Xe原子的情景微电子学领域中科院北京真空物理实验室人员使用硅原子堆积的“毛泽东”三个字。微电子学领域日本Hitachi公司研制出单个电子晶体管，通过控制单个电子运动状态完成特定功能，即一个电子是一个多功能器件。日本NEC研究所拥有制作100rlm以下的精细量子线结构技术并在GaAs衬底

4、上成功研制出有开关功能的量子点阵列。微电子学领域大面积高质量的单晶石墨烯和Si插层单电子晶体管为量子计算铺路美国威斯康星大学研制出可容纳单个电子的量子点，在一个针尖上可容纳几十亿个这样的量子点。利用量子点制成体积小、耗能少的单电子器件，在微电子和光电子领域方面获得广泛应用。量子点量子点半导体微电子学领域机器苍蝇麻雀卫星间谍草未来超级计算机：量子世界中原子对翩翩起舞二、光电领域纳米光电材料：光能→电能、化学能等其他能量的一种纳米材料；纳米光电材料可分为：纳米光电粉、一维纳米光电材料、纳米光电薄膜等；光电领域纳米粉光电探测器一维纳米材料热光开

5、关纳米薄膜硅薄膜紫外光电探测器光电领域纳米材料用于光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面能大大提高光电器件性能。纳米材料用于现有雷达信息处理上能使其能力提高十至几百倍，甚至能将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度对地侦察。一磅重纳米合成孔径雷达问世光电领域纳米激光器是一根弯曲成极薄面包圈形状的光子导线，其大小和形状能有效控制它发射出的光子的量子行为，从而影响激光器工作。纳米激光器工作时只需约100mA电流。纳米线紫外激光器三、陶瓷领域传统陶瓷材料质地较脆韧性、强度较差，因而应用受较大限制。纳米陶瓷正是解决陶瓷脆性的重要途径。纳米

6、陶瓷是指显微结构中的物相有纳米级尺度的陶瓷材料，即晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布和缺陷尺寸等都在纳米量级水平上。要制备纳米陶瓷，就要解决粉体尺寸、形貌和分布控制，团聚体控制和分散，块体形态、缺陷、粗糙度及成分控制。纳米陶瓷的应用应用于提高陶瓷材料的机械强度纳米陶瓷的应用应用于提高陶瓷材料的超塑性只有陶瓷粉体的粒度小到一定程度才能在陶瓷材料中产生超塑性行为,其原因是晶粒的纳米化有助于晶粒间产生相对滑移,使材料具有塑性行为。纳米陶瓷的应用应用于制备电子(功能)陶瓷纳米陶瓷节能灯纳米陶瓷的应用应用于制备陶瓷工具刀纳米陶瓷刀纳米陶瓷的应用应用于制

7、备生物陶瓷接近于生物惰性的陶瓷,如氧化铝(Al2O3)；表面活性生物陶瓷,如致密羟基磷灰石(10CaO-3P2O5H2O)；可吸收生物陶瓷,如磷酸三钙(CaO-P2O5)(TCP)。纳米陶瓷的应用应用于制备功能性陶瓷纤维防紫外线纤维；远红外线保温纤维；抗菌防臭纤维。四、生物工程纳米微粒的尺寸一般比生物体内的细胞、红血球小得多，这就为生物学研究提供了一个新的研究途径。生物分子是很好的信息处理材料，每个生物大分子本身是一个微型处理器，分子在运动过程中以可预测方式进行状态变化，原理类似于计算机逻辑开关，利用该特性并结合纳米技术可设计出量子计算机

8、。美国南加州大学应用基于DNA分子计算技术的生物实验方法，有效解决目前计算机无法解决的“哈密顿路径问题”。生物工程基因DNA双螺旋结构的直径约几十纳米。用合成的晶粒尺寸仅几纳米的发光半导体晶粒