導(dǎo)語：如何才能寫好一篇納米技術(shù)論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

1.1納米技術(shù)及納米材料簡(jiǎn)介納米材料通常是指粒徑在1nm到100nm之間的材料，這種材料通常具備特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，而納米材料加入其它物質(zhì)中往往會(huì)改變其它物質(zhì)的性質(zhì)，這種納米材料改變其它材料性質(zhì)的技術(shù)稱為納米技術(shù)。納米材料因其粒徑過小而具有界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等，從而改變了材料的性能，并影響了其它物質(zhì)的性能。從物理學(xué)角度解釋是：納米粒度過小，其表面就占有了很大的比例，當(dāng)粒度小于10nm時(shí)，材料表面的原子占材料原子總數(shù)的三分之一以上，處于表面的原子與內(nèi)部的原子所處的化學(xué)環(huán)境完全不同，就會(huì)表現(xiàn)出一些特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，叫做表面相。在大塊材料中，由于處于表面的原子遠(yuǎn)小于體內(nèi)原子，所以表面相很難表現(xiàn)，而納米材料的表面相現(xiàn)象就十分明細(xì)，如：在催化過程中，粒度表面結(jié)構(gòu)的變化、表面的吸附以及表面的擴(kuò)散等。實(shí)踐證明：當(dāng)材料達(dá)到納米尺度時(shí)，材料的表面相會(huì)影響到材料的性質(zhì)。除此之外，納米材料中的電子相關(guān)性很強(qiáng)、能級(jí)分裂和電子布局的改變，量子隧道和輸運(yùn)的不同以及材料中的激發(fā)態(tài)都會(huì)影響納米材料的性能。

1.2納米材料對(duì)涂料性能的影響分析目前在涂料生產(chǎn)領(lǐng)域使用的涂料有納米二氧化硅、納米二氧化鈦、納米氧化鋅等半導(dǎo)體材料，這些材料具備一些其它材料不具備的性能，如光電催化特性、吸收特性、光電特性等，下面以納米二氧化硅和納米二氧化鈦為例，研究納米材料對(duì)涂料性能的改變。納米材料對(duì)白色涂料的影響試驗(yàn)：將經(jīng)過表面處理的納米二氧化硅、納米二氧化鈦分別做成含納米材料不同含量的白色涂料（0、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%），各制作出12塊標(biāo)準(zhǔn)的人工老化試樣板，然后各取其中6塊含納米二氧化硅或納米二氧化鈦不同的進(jìn)行耐紫外老化試驗(yàn)，另外的6塊作為對(duì)比樣板，最后使用尼康分光光度計(jì)測(cè)其顏色變化情況。

試驗(yàn)的結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)：在苯丙涂料中加入0.5%-2.0%的納米二氧化硅或二氧化鈦，涂膜的老化速度明顯變慢，說明納米二氧化硅或二氧化鈦對(duì)紫外光有著很好的屏蔽作用；作為對(duì)比，含有乳化漆抗紫外防老化分散液涂料的老化速度與含有納米材料的涂料類似，也說明了納米二氧化硅和二氧化鈦有著很好的吸收紫外線的作用。納米涂料耐老化機(jī)理分析：耐老化性能是衡量涂料好壞的一種重要性能，紫外線是導(dǎo)致涂料老化的一種電磁波，波長(zhǎng)200-400nm，紫外線的波長(zhǎng)越短，能量越強(qiáng)，對(duì)涂料的損壞也越大。納米二氧化鈦能夠引起紫外線的散射，從而實(shí)現(xiàn)屏蔽紫外線的作用，而粒徑是影響其散射能力的主要因素，經(jīng)過試樣驗(yàn)證得知，二氧化鈦在水中屏蔽紫外線的最佳粒徑是77nm，即銳鈦型納米級(jí)二氧化鈦，因此采用銳鈦級(jí)二氧化鈦是提高涂料耐紫外老化性能的最佳粒徑。

1.3納米材料在涂料中的應(yīng)用納米材料在涂料生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，按功能分通常分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層，結(jié)構(gòu)涂層是通過提高基體的性質(zhì)或改性，如超硬、抗氧化、耐熱、耐腐蝕等，功能性涂層是指賦予基體所不具備的其它性能，如消光、導(dǎo)電、絕緣、光反射等，在涂料中加入納米材料可以更好的提高涂層的防護(hù)能力，如防紫外線、抗降解、變色等。目前已經(jīng)投入生產(chǎn)使用的涂料研究成果有很多，其中最為典型的是光催化涂料和特殊界面涂料。光催化涂料的工作原理是：某些納米材料在光照條件下對(duì)有害物質(zhì)的降解有著很好的催化作用，利用這種催化作用原理研制成納米光催化涂料，如：利用特殊處理的納米二氧化鈦與純丙樹脂配制成的光催化涂料，這種涂料對(duì)氮氧化物、油脂、甲醛等有害物質(zhì)有著很好的催化降解作用，其中對(duì)氮氧化物的降解效率超過了80%。

特殊界面涂料是指通過樹脂與納米材料的特殊復(fù)合后的涂料，會(huì)表現(xiàn)出一些特殊的物理化學(xué)性能，如疏水、疏油等，這些特殊性能是衡量涂料質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，對(duì)提高涂料的耐污染性能至關(guān)重要，目前存在的有超雙親界面物性材料和超雙疏性界面材料。研究證明，通過有效的光照改變納米二氧化鈦的表面，可以形成親水性和親油性兩相共存的界面，稱為二元協(xié)同納米界面。這樣處理后的具有超雙親性的二氧化鈦表面，用作玻璃表面或建筑物表面，可以是建筑物表面和玻璃表面具有自動(dòng)清潔和防止煙霧的效果。超雙疏性界面物性材料則是利用特殊的外延生長(zhǎng)納米化學(xué)方法在特定表面構(gòu)建納米尺寸幾何形狀互補(bǔ)的界面結(jié)構(gòu)，這種構(gòu)造方法是自下而上，由原子到分子、分子到聚集體的方式構(gòu)建的，最終形成的凹凸相間界面的低凹表面可以吸附氣體分子穩(wěn)定存在，而這種穩(wěn)定存在在宏觀上表現(xiàn)為界面表面有一層穩(wěn)定的氣體薄膜，從而使材料表現(xiàn)出對(duì)水和油的雙疏性。采用這樣的表面涂層修飾輸油管道，可以達(dá)到石油和管壁的無接觸運(yùn)輸，很好的保護(hù)輸油管道的安全。納米材料對(duì)涂料性能的影響還有很多，如可以提高涂料觸變性、高附著力、儲(chǔ)存穩(wěn)定性等，還有研究人員發(fā)現(xiàn)，納米材料與樹脂結(jié)合時(shí)可以形成的大量共價(jià)鍵，當(dāng)納米材料的含量達(dá)到30%以上時(shí)，涂料膜會(huì)具有高強(qiáng)度、高彈性、高耐磨性等特性，但其研究成果還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。納米技術(shù)還屬于新型技術(shù)，其在涂料要的應(yīng)用還需要進(jìn)一步的研究和探索，隨著納米技術(shù)的改性特點(diǎn)被不斷的開發(fā)，在不久的將來必然有更多的納米技術(shù)與涂料結(jié)合的成果出現(xiàn)。

2結(jié)束語

篇2

關(guān)鍵詞：納米科學(xué)納米技術(shù)納米管納米線納米團(tuán)簇半導(dǎo)體

NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution

Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.

Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor

I.引言

納米科學(xué)和技術(shù)所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結(jié)構(gòu)的制備和表征。在這個(gè)領(lǐng)域的研究舉世矚目。例如，美國(guó)政府2001財(cái)政年度在納米尺度科學(xué)上的投入要比2000財(cái)政年增長(zhǎng)83%，達(dá)到5億美金。有兩個(gè)主要的理由導(dǎo)致人們對(duì)納米尺度結(jié)構(gòu)和器件的興趣的增加。第一個(gè)理由是，納米結(jié)構(gòu)（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學(xué)效應(yīng)占主導(dǎo)地位，這導(dǎo)致非經(jīng)典的行為，譬如，量子限制效應(yīng)和分立化的能態(tài)、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現(xiàn)象除引起人們對(duì)基礎(chǔ)物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實(shí)現(xiàn)的想法和觀念，例如，單電子輸運(yùn)器件和量子點(diǎn)激光器等。第二個(gè)理由是，在半導(dǎo)體工業(yè)有器件持續(xù)微型化的趨勢(shì)。根據(jù)“國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路向（2001）“雜志，2005年前動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預(yù)期降到80納米，而MPU中器件的柵長(zhǎng)更是預(yù)期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預(yù)期就會(huì)出現(xiàn)。到2005年類似的問題將預(yù)期出現(xiàn)在DRAM的制造過程中。半導(dǎo)體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術(shù)保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設(shè)計(jì)和制造方案，因?yàn)楫?dāng)MOS器件的尺寸縮小到一定程度時(shí)基礎(chǔ)物理極限就會(huì)達(dá)到。隨著傳統(tǒng)器件尺寸的進(jìn)一步縮小，量子效應(yīng)比如載流子邃穿會(huì)造成器件漏電流的增加，這是我們不想要的但卻是不可避免的。因此，解決方案將會(huì)是制造基于量子效應(yīng)操作機(jī)制的新型器件，以便小物理尺寸對(duì)器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我們能夠制造納米尺度的器件，我們肯定會(huì)獲益良多。譬如，在電子學(xué)上，單電子輸運(yùn)器件如單電子晶體管、旋轉(zhuǎn)柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數(shù)個(gè)而非以往的成千上萬的電子來運(yùn)作，這導(dǎo)致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關(guān)速度。在光電子學(xué)上，量子點(diǎn)激光器展現(xiàn)出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優(yōu)點(diǎn)，其中大微分增益可以產(chǎn)生大的調(diào)制帶寬。在傳感器件應(yīng)用上，納米傳感器和納米探測(cè)器能夠測(cè)量極其微量的化學(xué)和生物分子，而且開啟了細(xì)胞內(nèi)探測(cè)的可能性，這將導(dǎo)致生物醫(yī)學(xué)上迷你型的侵入診斷技術(shù)出現(xiàn)。納米尺度量子點(diǎn)的其他器件應(yīng)用，比如，鐵磁量子點(diǎn)磁記憶器件、量子點(diǎn)自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經(jīng)被提出，可以肯定這些應(yīng)用會(huì)給我們帶來許多潛在的好處?？偠灾瑹o論是從基礎(chǔ)研究（探索基于非經(jīng)典效應(yīng)的新物理現(xiàn)象）的觀念出發(fā)，還是從應(yīng)用（受因結(jié)構(gòu)減少空間維度而帶來的優(yōu)點(diǎn)以及因應(yīng)半導(dǎo)體器件特征尺寸持續(xù)減小而需要這兩個(gè)方面的因素驅(qū)使）的角度來看，納米結(jié)構(gòu)都是令人極其感興趣的。

II.納米結(jié)構(gòu)的制備———首次浪潮

有兩種制備納米結(jié)構(gòu)的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預(yù)制好的納米部件（納米團(tuán)簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結(jié)構(gòu)直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個(gè)基本步驟：1）納米部件的制備；2）納米部件的整理和篩選；3）納米部件組裝成器件（這可以包括不同的步驟如固定在襯底及電接觸的淀積等等）?！癰uild-up“的優(yōu)點(diǎn)是個(gè)體納米部件的制備成本低以及工藝簡(jiǎn)單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學(xué)合成可以用來制備納米元件。目前，在國(guó)內(nèi)、在香港以及在世界上許多的實(shí)驗(yàn)室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團(tuán)簇。這些努力已經(jīng)證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點(diǎn)是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當(dāng)大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結(jié)構(gòu)的合成后工藝再加工相當(dāng)困難。特別是，如何整理和篩選有著窄尺寸分布的納米元件是一個(gè)至關(guān)重要的問題，這一問題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問題，“build-up“依然是一種能合成大量納米團(tuán)簇以及納米線、納米管的有效且簡(jiǎn)單的方法。可是這些合成的納米結(jié)構(gòu)直到目前為止仍然難以有什么實(shí)際應(yīng)用，這是因?yàn)樗鼈內(nèi)狈?shí)用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且，因?yàn)橥瑯拥脑蛴眠@種方法合成的納米結(jié)構(gòu)的功能性質(zhì)相當(dāng)差。不過上述方法似乎適宜用來制造傳感器件以及生物和化學(xué)探測(cè)器，原因是垂直于襯底生長(zhǎng)的納米結(jié)構(gòu)適合此類的應(yīng)用要求。

“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機(jī)理與現(xiàn)代工業(yè)裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術(shù)如分子束外延(MBE)、化學(xué)氣相淀積（MOVCD）等來進(jìn)行器件制造的傳統(tǒng)方法?！癇uild-down”方法的缺點(diǎn)是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術(shù)路徑來制造納米結(jié)構(gòu)。最簡(jiǎn)單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結(jié)構(gòu)來得到量子點(diǎn)或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結(jié)構(gòu)。這兩種技術(shù)都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術(shù)是通過自組裝機(jī)制來制造量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長(zhǎng)納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長(zhǎng)模式中，當(dāng)材料生長(zhǎng)到一定厚度后，二維的逐層生長(zhǎng)將轉(zhuǎn)換成三維的島狀生長(zhǎng)，這時(shí)量子點(diǎn)就會(huì)生成。業(yè)已證明基于自組裝量子點(diǎn)的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點(diǎn)器件的飽和材料增益要比相應(yīng)的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個(gè)量級(jí)。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級(jí)（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續(xù)波量子點(diǎn)激光器也已經(jīng)報(bào)道。無論是何種材料系統(tǒng)，量子點(diǎn)激光器件都預(yù)期具有低閾值電流密度，這預(yù)示目前還要求在大閾值電流條件下才能激射的寬帶系材料如III組氮化物基激光器還有很大的顯著改善其性能的空間。目前這類器件的性能已經(jīng)接近或達(dá)到商業(yè)化器件所要求的指標(biāo)，預(yù)期量子點(diǎn)基的此類材料激光器將很快在市場(chǎng)上出現(xiàn)。量子點(diǎn)基光電子器件的進(jìn)一步改善主要取決于量子點(diǎn)幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。雖然在生長(zhǎng)條件上如襯底溫度、生長(zhǎng)元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點(diǎn)的尺寸和密度，自組裝量子點(diǎn)還是典型底表現(xiàn)出在大小、密度及位置上的隨機(jī)變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的漲落導(dǎo)致它們的光發(fā)射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優(yōu)點(diǎn)。由于量子點(diǎn)尺寸的統(tǒng)計(jì)漲落和位置的隨機(jī)變化，一層含有自組裝量子點(diǎn)材料的光致發(fā)光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中這種譜展寬效應(yīng)可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點(diǎn)可典型地展現(xiàn)出豎直對(duì)準(zhǔn)排列，這可以有效地改善量子點(diǎn)的均勻性。然而，當(dāng)隔離層薄的時(shí)候，在一列量子點(diǎn)中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統(tǒng)而帶來的優(yōu)點(diǎn)。怎樣優(yōu)化量子點(diǎn)的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點(diǎn)又同時(shí)保持載流子能夠限制在量子點(diǎn)的個(gè)體中對(duì)于獲得器件的良好性能是至關(guān)重要的。

很清楚納米科學(xué)的首次浪潮發(fā)生在過去的十年中。在這段時(shí)期，研究者已經(jīng)證明了納米結(jié)構(gòu)的許多嶄新的性質(zhì)。學(xué)者們更進(jìn)一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)制造。這些成果向我們展示，如果納米結(jié)構(gòu)能夠大量且廉價(jià)地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。

在未來的十年中，納米科學(xué)和技術(shù)的第二次浪潮很可能發(fā)生。在這個(gè)新的時(shí)期，科學(xué)家和工程師需要征明納米結(jié)構(gòu)的潛能以及期望功能能夠得到兌現(xiàn)。只有獲得在尺寸、成份、位序以及材料純度上良好可控能力并成功地制造出實(shí)用器件才能實(shí)現(xiàn)人們對(duì)納米器件所期望的功能。因此，納米科學(xué)的下次浪潮的關(guān)鍵點(diǎn)是納米結(jié)構(gòu)的人為可控性。

III.納米結(jié)構(gòu)尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮

為了充分發(fā)揮量子點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)之處，我們必須能夠控制量子點(diǎn)的位置、大小、成份已及密度。其中一個(gè)可行的方法是將量子點(diǎn)生長(zhǎng)在已經(jīng)預(yù)刻有圖形的襯底上。由于量子點(diǎn)的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發(fā)態(tài)子能級(jí)效應(yīng)，如對(duì)于GaN材料量子點(diǎn)的橫向尺寸要小于8納米）才能實(shí)現(xiàn)室溫工作的光電子器件，在襯底上刻蝕如此小的圖形是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。對(duì)于單電子晶體管來說，如果它們能在室溫下工作，則要求量子點(diǎn)的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過了傳統(tǒng)光刻所能達(dá)到的精度極限。有幾項(xiàng)技術(shù)可望用于如此的襯底圖形制作。

—電子束光刻通?？梢杂脕碇谱魈卣鞒叨刃≈?0納米的圖形。如果特殊薄膜能夠用作襯底來最小化電子散射問題，那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來。在電子束光刻中的電子散射因?yàn)樗^近鄰干擾效應(yīng)（proximityeffect）而嚴(yán)重影響了光刻的極限精度，這個(gè)效應(yīng)造成制備空間上緊鄰的納米結(jié)構(gòu)的困難。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是相當(dāng)費(fèi)時(shí)。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時(shí)間1小時(shí)，這不適宜于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。電子束投影系統(tǒng)如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發(fā)展之中以便使這項(xiàng)技術(shù)較適于用于規(guī)模生產(chǎn)。目前，耗時(shí)和近鄰干擾效應(yīng)這兩個(gè)問題還沒有得到解決。

—聚焦離子束光刻是一種機(jī)制上類似于電子束光刻的技術(shù)。但不同于電子束光刻的是這種技術(shù)并不受在光刻膠中的離子散射以及從襯底來的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細(xì)到6納米的圖形，但它也是一種耗時(shí)的技術(shù)，而且高能離子束可能造成襯底損傷。

—掃描微探針術(shù)可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個(gè)原子和分子。最常用的方法是基于材料在探針作用下引入的高度局域化增強(qiáng)的氧化機(jī)制的。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導(dǎo)體（Si和GaAs）以及絕緣材料（Si3N4和silohexanes），還用在LB膜和自聚集分子單膜上。此種方法具有可逆和簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)。引入的氧化圖形依賴于實(shí)驗(yàn)條件如掃描速度、樣片偏壓以及環(huán)境濕度等?？臻g分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區(qū)域典型地小于針尖尺寸）。這項(xiàng)技術(shù)已用于制造有序的量子點(diǎn)陣列和單電子晶體管。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級(jí)）。然而，最近在原子力顯微術(shù)上的技術(shù)進(jìn)展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項(xiàng)技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)是它的杰出的分辨率和能產(chǎn)生任意幾何形狀的圖形能力。但是，是否在刻寫速度上的改善能使它適用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的還有待于觀察。直到目前為止，它是一項(xiàng)能操控單個(gè)原子和分子的唯一技術(shù)。

—多孔膜作為淀積掩版的技術(shù)。多孔膜能用多種光刻術(shù)再加腐蝕來制備，它也可以用簡(jiǎn)單的陽極氧化方法來制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽極氧化就可以在鋁膜上產(chǎn)生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范圍。制備多孔膜的其他方法是從納米溝道玻璃膜復(fù)制。用這項(xiàng)技術(shù)已制造出含有細(xì)至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。

—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術(shù)是一種基于不同聚合物的混合物能夠產(chǎn)生可控及可重復(fù)的相分離機(jī)制的技術(shù)。目前，經(jīng)過反應(yīng)離子刻蝕后，在旋轉(zhuǎn)涂敷的倍塞共聚物層中產(chǎn)生的圖形已被成功地轉(zhuǎn)移到Si3N4膜上，圖形中空洞直徑20nm，空洞之間間距40nm。在聚苯乙烯基體中的自組織形成的聚異戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱體）可以被臭氧去掉或者通過鋨染色而保留下來。在第一種情況，空洞能夠在氮化硅上產(chǎn)生；在第二種情況，島狀結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生。目前利用倍塞共聚物光刻技術(shù)已制造出GaAs納米結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向特征尺寸約為23nm,密度高達(dá)1011/cm2。

—與倍塞共聚物圖形制作術(shù)緊密相關(guān)的一項(xiàng)技術(shù)是納米球珠光刻術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的基本思路是將在旋轉(zhuǎn)涂敷的球珠膜中形成的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業(yè)化的產(chǎn)品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比較困難的。用球珠單層膜已能制備出特征尺寸約為球珠直徑1/5的三角形圖形。雙層膜納米球珠掩膜版也已被制作出。能夠在金屬、半導(dǎo)體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術(shù)的能力已得到確認(rèn)。納米球珠光刻術(shù)（納米球珠膜的旋轉(zhuǎn)涂敷結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕）已被用來在一些半導(dǎo)體表面上制造空洞和柱狀體納米結(jié)構(gòu)。

—將圖形從母體版轉(zhuǎn)移到襯底上的其他光刻技術(shù)。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復(fù)制鑄模法、微接觸印刷法、溶劑輔助鑄模法以及用硬模版浮雕法等已被探索開發(fā)。其中微接觸印刷法已被證明只能用來刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復(fù)制鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是ellastometric聚合物可被用來制作成一個(gè)戳子，以便可用同一個(gè)戳子通過對(duì)戳子的機(jī)械加壓能夠制作不同側(cè)向尺寸的圖形。在溶劑輔助鑄模法和用硬模版浮雕法（或通常稱之為納米壓印術(shù)）之間的主要差異是，前者中溶劑被用于軟化聚合物，而后者中軟化聚合物依靠的是溫度變化。溶劑輔助鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是不需要加熱。納米壓印術(shù)已被證明可用來制作具有容量達(dá)400Gb/in2的納米激光光盤，在6英寸硅片上刻制亞100nm分辨的圖形，刻制10nmX40nm面積的長(zhǎng)方形，以及在4英寸硅片上進(jìn)行圖形刻制。除傳統(tǒng)的平面納米壓印光刻法之外，滾軸型納米壓印光刻法也已被提出。在此類技術(shù)中溫度被發(fā)現(xiàn)是一個(gè)關(guān)鍵因素。此外，應(yīng)該選用具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物。為了取得高產(chǎn)，下列因素要解決：

1）大的戳子尺寸

2）高圖形密度戳子

3）低穿刺（lowsticking）

4）壓印溫度和壓力的優(yōu)化

5）長(zhǎng)戳子壽命。

具有低穿刺率的大尺寸戳子已經(jīng)被制作出來。已有少量研究工作在試圖優(yōu)化壓印溫度和壓力，但顯然需要進(jìn)行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優(yōu)化參數(shù)。高圖形密度戳子的制作依然在發(fā)展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報(bào)告報(bào)道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進(jìn)行50次的浮刻而不需要中間清洗。報(bào)告指出最大的性能退化來自于嵌在戳子和聚合物之間的灰塵顆粒。如果戳子是從ellastometric母版制作出來的，抗穿刺層可能需要使用，而且進(jìn)行大約5次壓印后需要更換。值得關(guān)心的其他可能問題包括鑲嵌的灰塵顆引起的戳子損傷或聚合物中圖形損傷，以及連續(xù)壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進(jìn)一步的優(yōu)化和改良是必需的，但此項(xiàng)技術(shù)似乎有希望獲得高生產(chǎn)率。壓印過程包括對(duì)準(zhǔn)、加熱及冷卻循環(huán)等，整個(gè)過程所需時(shí)間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉(zhuǎn)換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環(huán)所需時(shí)間，因此可以縮短整個(gè)壓印過程時(shí)間。

IV．納米制造所面對(duì)的困難和挑戰(zhàn)

上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。目前，似乎沒有哪個(gè)單一種技術(shù)可以用來高產(chǎn)量地刻制納米尺度且任意形狀的圖形。我們可以將圖形刻制的全過程分成下列步驟：

1．在一塊模版上刻寫圖形

2．在過渡性或者功能性材料上復(fù)制模版上的圖形

3．轉(zhuǎn)移在過渡性或者功能性材料上復(fù)制的圖形。

很顯然第二步是最具挑戰(zhàn)性的一步。先前描述的各項(xiàng)技術(shù)，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術(shù)，已經(jīng)能夠刻寫非常細(xì)小的圖形。然而，這些技術(shù)都因相當(dāng)費(fèi)時(shí)而不適于規(guī)模生產(chǎn)。納米壓印術(shù)則因可作多片并行處理而可能解決規(guī)模生產(chǎn)問題。此項(xiàng)技術(shù)似乎很有希望，但是在它能被廣泛應(yīng)用之前現(xiàn)存的嚴(yán)重的材料問題必須加以解決。納米球珠和倍塞共聚物光刻術(shù)則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術(shù)中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術(shù)刻寫的納米結(jié)構(gòu)的形狀非常有限。當(dāng)這些技術(shù)被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長(zhǎng)出有序的納米量子點(diǎn)陣列時(shí)，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的圖形。為了能夠制造出高質(zhì)量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉(zhuǎn)移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術(shù)典型地不產(chǎn)生或者產(chǎn)生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側(cè)墻的結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)樵谘谀０嫦乱欢ǔ潭鹊你@蝕是不可避免的，而這個(gè)鉆蝕決定性地影響微小結(jié)構(gòu)的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術(shù)，譬如，反應(yīng)離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優(yōu)化條件下可以獲得陡峭的側(cè)墻。直到今天大多數(shù)刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關(guān)于刻蝕引入損傷的研究嚴(yán)重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測(cè)到刻蝕引入的損傷。當(dāng)器件中的個(gè)別有源區(qū)尺寸小于100nm時(shí)，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因?yàn)樗械募{米結(jié)構(gòu)都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結(jié)構(gòu)表面或者靠近的任何缺陷。

隨著器件持續(xù)微型化的趨勢(shì)的發(fā)展，普通光刻技術(shù)的精度將很快達(dá)到它的由光的衍射定律以及材料物理性質(zhì)所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學(xué)近鄰干擾效應(yīng)等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術(shù)制備出。然而不大可能用普通光刻技術(shù)再進(jìn)一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術(shù)仍在研發(fā)之中，可是發(fā)展這些技術(shù)遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰(zhàn)性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關(guān)聯(lián)的近鄰干擾效應(yīng)問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術(shù)。掃描微探針技術(shù)提供了能分辨單個(gè)原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項(xiàng)技術(shù)卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達(dá)到可以接受的刻寫速度。利用轉(zhuǎn)移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術(shù)，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術(shù)則提供了實(shí)現(xiàn)成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的圖形僅局限于點(diǎn)狀或者柱狀圖形。對(duì)于制造相對(duì)簡(jiǎn)單的器件而言，此類技術(shù)是足夠用的，但并不能解決微電子工業(yè)所面對(duì)的問題。需要將圖形從一張模版復(fù)制到聚合物膜上的各種所謂“軟光刻“方法提供了一種并行刻寫的技術(shù)途徑。模版可以用其他慢寫技術(shù)來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復(fù)制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底，而且不像那些依賴化學(xué)自組裝圖形形成機(jī)制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產(chǎn)率，某些技術(shù)問題如穿刺及因灰塵導(dǎo)致的損傷等問題需要加以解決。對(duì)一個(gè)理想的納米刻寫技術(shù)而言，它的運(yùn)行和維修成本應(yīng)該低，它應(yīng)具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結(jié)構(gòu)的能力，還應(yīng)有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結(jié)構(gòu)的功能。此外，它也應(yīng)能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時(shí)至今日，仍然沒有任何一項(xiàng)能制作亞100nm圖形的單項(xiàng)技術(shù)能同時(shí)滿足上述所有條件。現(xiàn)在還難說是否上述技術(shù)中的一種或者它們的某種組合會(huì)取代傳統(tǒng)的光刻技術(shù)。究竟是現(xiàn)有刻寫技術(shù)的組合還是一種全新的技術(shù)會(huì)成為最終的納米刻寫技術(shù)還有待于觀察。

另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是，為了更新我們關(guān)于納米結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和知識(shí)，有必要改善現(xiàn)有的表征技術(shù)或者發(fā)展一種新技術(shù)能夠用來表征單個(gè)納米尺度物體。由于自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力對(duì)于研究這些結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)是絕對(duì)至關(guān)重要的。目前表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力非常有限。譬如，沒有一種結(jié)構(gòu)表征工具能夠用來確定一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(shù)(TEM)能夠用來研究一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況，但是它不能提供有關(guān)表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術(shù)（STM）和原子力顯微術(shù)（AFM）能夠給出表面某區(qū)域的形貌，但它們并不能提供定量結(jié)構(gòu)信息好到能仔細(xì)理解表面性質(zhì)所要求的精度。當(dāng)近場(chǎng)光學(xué)方法能夠給出局部區(qū)域光譜信息時(shí)，它們能給出的關(guān)于局部雜質(zhì)濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術(shù)能夠擴(kuò)展到能夠用來研究單個(gè)納米體的表面和內(nèi)部情況，否則能夠得到的有關(guān)納米結(jié)構(gòu)的所有重要結(jié)構(gòu)和組份的定量信息非常有限。

V.展望

篇3

1982年，Boutonmt首先報(bào)道了應(yīng)用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～nm）。從此以后，不斷有文獻(xiàn)報(bào)道用微乳液合成各種納米粒子。本文從納米粒子制備的角度出發(fā)，論述了微乳反應(yīng)器的原理、形成與結(jié)構(gòu)，并對(duì)微乳液在納米材料制備領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況進(jìn)行了闡述。

1微乳反應(yīng)器原理

在微乳體系中，用來制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機(jī)溶劑、水溶液?；钚詣⒅砻婊钚詣?個(gè)組分組成。常用的有機(jī)溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應(yīng)器（Microreactor）或稱為納米反應(yīng)器，反應(yīng)器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類有直接關(guān)系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會(huì)受到W的影響。利用微膠束反應(yīng)器制備納米粒子時(shí)，粒子形成一般有三種情況（可見圖1、2、3所示）。

（l）將2個(gè)分別增溶有反應(yīng)物A、B的微乳液混合，此時(shí)由于膠團(tuán)顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應(yīng)制備氯化鈉納粒。

（2）一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種以水溶液形式（例如水含肼和硼氫化鈉水溶液）與前者混合。水相內(nèi)反應(yīng)物穿過微乳液界面膜進(jìn)入水核內(nèi)與另一反應(yīng)物作用產(chǎn)生晶核并生長(zhǎng)，產(chǎn)物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。例如，鐵，鎳，鋅納米粒子的制備就是采用此種體系。

（3）一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種為氣體（如O2、NH3，CO2），將氣體通入液相中，充分混合使兩者發(fā)生反應(yīng)而制備納米顆粒，例如，Matson等用超臨界流體一反膠團(tuán)方法在AOT一丙烷一H2O體系中制備用Al（OH）3膠體粒子時(shí)，采用快速注入干燥氨氣方法得到球形均分散的超細(xì)Al（OH）3粒子，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)選用相應(yīng)的模式。

2微乳反應(yīng)器的形成及結(jié)構(gòu)

和普通乳狀液相比，盡管在分散類型方面微乳液和普通乳狀液有相似之處，即有O/W型和W／O型，其中W／O型可以作為納米粒子制備的反應(yīng)器。但是微乳液是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的體系，它的形成是自發(fā)的，不需要外界提供能量。正是由于微乳液的形成技術(shù)要求不高，并且液滴粒度可控，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單且操作容易，所以微乳反應(yīng)器作為一種新的超細(xì)顆粒的制備方法得到更多的研究和應(yīng)用。

2．1微乳液的形成機(jī)理

Schulman和Prince等提出瞬時(shí)負(fù)界面張力形成機(jī)理。該機(jī)理認(rèn)為：油/水界面張力在表面活性劑存在下將大大降低，一般為l～10mN／m，但這只能形成普通乳狀液。要想形成微乳液必須加入助表面活性劑，由于產(chǎn)生混合吸附，油/水界面張力迅速降低達(dá)10-3～10-5mN／m，甚至瞬時(shí)負(fù)界面張力Y＜0。但是負(fù)界面張力是不存在的，所以體系將自發(fā)擴(kuò)張界面，表面活性劑和助表面活性劑吸附在油/水界面上，直至界面張力恢復(fù)為零或微小的正值，這種瞬時(shí)產(chǎn)生的負(fù)界面張力使體系形成了微乳液。若是發(fā)生微乳液滴的聚結(jié)，那么總的界面面積將會(huì)縮小，復(fù)又產(chǎn)生瞬時(shí)界面張力，從而對(duì)抗微乳液滴的聚結(jié)。對(duì)于多組分來講，體系的Gibbs公式可表示為：

--dγ=∑Гidui=∑ГiRTdlnCi

（式中γ為油/水界面張力，Гi為i組分在界面的吸附量，ui為I組分的化學(xué)位，Ci為i組分在體相中的濃度）

上式表明，如果向體系中加入一種能吸附于界面的組分（Г＞0），一般中等碳鏈的醇具有這一性質(zhì)，那么體系中液滴的表面張力進(jìn)一步下降，甚至出現(xiàn)負(fù)界面張力現(xiàn)象，從而得到穩(wěn)定的微乳液。不過在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)一些雙鏈離子型表面活性劑如AOT和非離子表面活性劑則例外，它們?cè)跓o需加入助表面活性劑的情況下也能形成穩(wěn)定的微乳體系，這和它們的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。

2．2微乳液的結(jié)構(gòu)

RObbins，MitChell和Ninham從雙親物聚集體的分子的幾何排列角度考慮，提出了界面膜中排列的幾何排列理論模型，成功地解釋了界面膜的優(yōu)先彎曲和微乳液的結(jié)構(gòu)問題。

目前，有關(guān)微乳體系結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究方法獲得了較大的發(fā)展，較早采用的有光散射、雙折射、電導(dǎo)法、沉降法、離心沉降和粘度測(cè)量法等；較新的有小角中子散射和X射線散射、電子顯微鏡法。正電子湮滅、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)熒光探針法、NMR、ESR（電子自旅共振）、超聲吸附和電子雙折射等。

3微乳反應(yīng)器的應(yīng)用——納米顆粒材料的制備

3．1納米催化材料的制備

利用W／O型微乳體系可以制備多相反應(yīng)催化劑，Kishida。等報(bào)道了用該方法制備

Rh／SiO2和Rh/ZrO2載體催化劑的新方法。采用NP－5/環(huán)已烷／氯化銠微乳體系，非離子表面活性劑NP－5的濃度為0.5mol/L，氯化銠在溶液中濃度為0．37mol／L，水相體積分?jǐn)?shù)為0．11。25℃時(shí)向體系中加入還原劑水含肼并加入稀氨水，然后加入正丁基醇鋯的環(huán)乙烷溶液，強(qiáng)烈攪拌加熱到40℃而生成淡黃色沉淀，離心分離和乙醇洗滌，80℃干燥并在500℃的灼燒3h，450℃下用氧氣還原2h，催化劑命名為“ME”。通過性能檢測(cè)，該催化劑活性遠(yuǎn)比采用浸漬法制得的高。

3．2無機(jī)化合物納粒的制備

利用W／O型微乳體系也可以制備無機(jī)化合物，鹵化銀在照像底片乳膠中應(yīng)用非常重要，尤其是納米級(jí)鹵化銀粒子。用水一AOT一烷烴微乳體系合成了AgCl和AgBr納米粒子，AOT濃度為0．15mol／L，第一個(gè)微乳體系中硝酸銀為0．4mol／L，第二個(gè)微乳體系中NaCl或NaBr為0．4mol／L，混合兩微乳液并攪拌，反應(yīng)生成AgCl或AgBr納米顆粒。

又以制備CaCO3為例，微乳體系中含Ca(OH)2，向體系中通入CO2氣體，CO2溶入微乳液并擴(kuò)散，膠束中發(fā)生反應(yīng)生成CaCO3顆粒，產(chǎn)物粒徑為80～100nm。

3．3聚合物納粒的制備

利用W／O型微乳體系可以制備有機(jī)聚丙烯酸胺納粒。在20mlAOTt——正己烷溶液中加入0．1mlN－N一亞甲基雙丙烯酰胺（2mg／rnl）和丙烯酰胺（8mg／ml）的混合物，加入過硫酸銨作為引發(fā)劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下聚合，所得產(chǎn)物單分散性較好。

3．4金屬單質(zhì)和合金的制備

利用W／O型微乳體系可以制備金屬單質(zhì)和合金，例如在AOT－H2O－n—heptane體系中，一種反相微膠束中含有0．lmol／LNiCl2，另一反相微膠束中含有0.2mol/LNaBH4，混合攪拌，產(chǎn)物經(jīng)分離、干燥并在300℃惰性氣體保護(hù)下結(jié)晶可得鎳納米顆粒。在某微乳體系中含有0．0564mol/L，F(xiàn)eC12和0．2mol／LNiCl2，另一體系中含有0．513mol/LNaBH4溶液，混合兩微乳體系進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)庚烷、丙酮洗滌，可以得到Fe－Ni合金微粒（r=30nm）。

3．5磁性氧化物顆粒的制備

利用W／O型微乳體系可以制備氧化物納米粒子，例如在AOT－H2O－n－h(huán)eptane體系中，一種乳液中含有0．15mol／LFeCl2和0．3mol／LFeCl3，另一體系中含有NH4OH，混合兩種微乳液充分反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)離心，用庚烷、丙酮洗滌并干燥，可以得到Fe3O4納粒（r=4nm）。

3．6高溫超導(dǎo)體的制備

利用W／O型微乳體系可以合成超導(dǎo)體，例如在水一CTAB一正丁醇一辛烷微乳體系中，一個(gè)含有機(jī)釔、鋇和銅的硝酸鹽的水溶液，三者之比為1：2：3；另一個(gè)含有草酸銨溶液作為水相，混合兩微乳液，產(chǎn)物經(jīng)分離，洗滌，干燥并在820℃灼燒2h，可以得到Y(jié)－Ba－Cu—O超導(dǎo)體，該超導(dǎo)體的Tc為93K。另外在陰離子表面活性劑IgegalCO－430微乳體系中，混合Bi、Pb、Sr、Ca和Cu的鹽及草酸鹽溶液，最終可以制得Bi－Pb－Sr－Ca－Cu—O超導(dǎo)體，經(jīng)DC磁化率測(cè)定，可知超導(dǎo)轉(zhuǎn)化溫度為Tc＝112K，和其它方法制備的超導(dǎo)體相比，它們顯示了更為優(yōu)越的性能。

目前對(duì)納米顆粒材料的研究方法比較多，較直接的方法有電鏡觀測(cè)（SEM、TEM、STEM、STM等）；間接的方法有電子、X一射線衍射法（XRD），中子衍射，光譜方法有EXAFS，NEXAFS，SEX－AFS，ESR，NMR，紅外光譜，拉曼光譜，紫外一可見分光光度法（UV－VIS），熒光光譜及正電子湮沒，動(dòng)態(tài)激光光散射（DLS）等。

篇4

納米科技將引發(fā)一場(chǎng)新的工業(yè)革命

筆者：納米是一個(gè)長(zhǎng)度單位，納米科技卻受到世界各國(guó)的重視。納米科技對(duì)我們的生活會(huì)有什么樣的影響？

白春禮：納米科技的受關(guān)注度升高，不僅僅是其尺度的縮小問題，實(shí)質(zhì)是由納米科技在推動(dòng)人類社會(huì)產(chǎn)生巨大變革方面具有的重要意義所決定的。

納米科技是多學(xué)科交叉融合性質(zhì)的集中體現(xiàn)，我們已不能將納米科技?xì)w為哪一門傳統(tǒng)的學(xué)科領(lǐng)域。而現(xiàn)代科技的發(fā)展幾乎都是在交叉和邊緣領(lǐng)域取得創(chuàng)新性突破的，正是這樣，納米科技充滿了原始創(chuàng)新的機(jī)會(huì)。而一旦在這一領(lǐng)域探索過程中形成的理論和概念在我們的生產(chǎn)、生活中得到廣泛應(yīng)用，將極大地豐富我們的認(rèn)知世界，并給人類社會(huì)帶來觀念上的變革。

隨著人類對(duì)客觀世界認(rèn)知的革命，納米科技將引發(fā)一場(chǎng)新的工業(yè)革命。比如，在納米尺度上制造出的計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力，與目前微米技術(shù)下的計(jì)算機(jī)性能相比將呈指數(shù)倍提高，這將是對(duì)信息產(chǎn)業(yè)和其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的一場(chǎng)深刻的革命。同樣，生命科技也面臨著在納米科技影響下的變革。所以，人們認(rèn)為納米科技是未來信息科技與生命科技進(jìn)一步發(fā)展的共同基礎(chǔ)。美國(guó)《新技術(shù)周刊》曾指出：納米技術(shù)是21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的一個(gè)主要的發(fā)動(dòng)機(jī)，其作用可使微電子學(xué)在20世紀(jì)后半葉對(duì)世界的影響相形見絀。

納米科技也將促使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)“舊貌換新顏”。比如，納米綠色印刷制版技術(shù)，完全摒棄了化學(xué)成像的預(yù)涂感光層，因此版材不再怕光、怕熱；由于不需要曝光、沖洗等流程，因而杜絕了污染的產(chǎn)生，并且理論上是傳統(tǒng)版材涂布成本的20%。

國(guó)際納米科技發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)三個(gè)新特點(diǎn)

筆者：那么目前國(guó)際納米科技的發(fā)展有哪些新變化呢？

白春禮：2000年美國(guó)率先了“國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃”（NNI）。迄今，國(guó)家級(jí)納米科技發(fā)展規(guī)劃的國(guó)家超過50個(gè)，呈現(xiàn)出國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的態(tài)勢(shì)。例如，美國(guó)2011年在納米科技方面的預(yù)算達(dá)17.6億美元。2011年11月30日，歐盟委員會(huì)對(duì)外公布了歐盟第八個(gè)科技框架計(jì)劃——《地平線2020：研究與創(chuàng)新框架計(jì)劃》，這份科研計(jì)劃的周期為7年，預(yù)計(jì)耗資約800億歐元。

目前國(guó)際納米科技發(fā)展呈現(xiàn)出三個(gè)趨勢(shì)：

一是從應(yīng)用導(dǎo)向的基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究再到技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化一體化研究。例如美國(guó)嘗試建立一個(gè)由多所大學(xué)與大企業(yè)組成的研究中心，希望借此使納米技術(shù)的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)緊密結(jié)合在一起，以便及時(shí)有效地將納米科技領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)界。同時(shí)，整合各學(xué)科的研究力量，集中解決重大的科學(xué)挑戰(zhàn)問題或孕育重大突破的應(yīng)用技術(shù)。

二是專業(yè)平臺(tái)支撐的納米技術(shù)研發(fā)。納米技術(shù)的特點(diǎn)是多學(xué)科交叉技術(shù)集成，以及基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研發(fā)的集成。美國(guó)建立了14個(gè)國(guó)家級(jí)的納米科技研究中心，法國(guó)建立了3個(gè)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室，加拿大在阿爾伯塔大學(xué)建設(shè)了國(guó)家納米技術(shù)研究所，日本建立了12個(gè)納米技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室，韓國(guó)建立了3個(gè)國(guó)家納米科技平臺(tái)。

三是全球大型企業(yè)越來越重視納米技術(shù)。國(guó)際商用機(jī)器公司、惠普公司、英特爾公司等，都在用納米技術(shù)開發(fā)10納米以下的器件和工藝。日本關(guān)西地區(qū)已有近百家企業(yè)與16所大學(xué)及國(guó)立科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合，建立了“關(guān)西納米技術(shù)推進(jìn)”專門組織，東麗、三菱、富士通等大公司更是斥巨資建立納米技術(shù)研究所，開發(fā)碳納米材料噸級(jí)量產(chǎn)技術(shù)。

我國(guó)已成為世界納米科技研發(fā)大國(guó)

筆者：我國(guó)納米科技發(fā)展的情況如何？

白春禮：應(yīng)該說我國(guó)已經(jīng)成為世界納米科技研發(fā)大國(guó)，部分基礎(chǔ)研究躍居國(guó)際領(lǐng)先水平。目前，我國(guó)納米科技方面的SCI論文數(shù)量已處于世界領(lǐng)先地位，2009年，我國(guó)發(fā)表納米科技SCI論文數(shù)量已經(jīng)超過美國(guó)，躍居世界第一位。同時(shí)，論文質(zhì)量大幅度提高，SCI論文引用次數(shù)躍居世界第二位。反常量子霍爾效應(yīng)、亞納米分辨的單分子光學(xué)拉曼成像等工作，在國(guó)際上引起了巨大影響。

近年來，我國(guó)納米科技應(yīng)用研究與成果轉(zhuǎn)化的成效也已初具規(guī)模。

在專利申請(qǐng)量方面，我國(guó)已位于世界前列，從1998年到2009年底，首次超過美國(guó)躍居世界第二。在納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面，我國(guó)已與世界同步，積極參與并部分主導(dǎo)了國(guó)際納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作，在國(guó)際納米標(biāo)準(zhǔn)化工作中占有一席之地。同時(shí)，頒布了一批國(guó)家納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，初步形成了納米標(biāo)準(zhǔn)化體系；研制了多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)樣品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，為我國(guó)納米科技的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

篇5

    [論文摘要]科技的發(fā)展,使我們對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)研究的越來越透徹。納米技術(shù)便由此產(chǎn)生了,主要對(duì)納米材料和納米涂料的應(yīng)用加以闡述。 

    一、納米的發(fā)展歷史

    納米(nm)是長(zhǎng)度單位,1納米是10-9米(十億分之一米),對(duì)宏觀物質(zhì)來說,納米是一個(gè)很小的單位,不如,人的頭發(fā)絲的直徑一般為7000-8000nm,人體紅細(xì)胞的直徑一般為3000-5000nm,一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小,金屬的晶粒尺寸一般在微米量級(jí);對(duì)于微觀物質(zhì)如原子、分子等以前用埃來表示,1埃相當(dāng)于1個(gè)氫原子的直徑,1納米是10埃。一般認(rèn)為納米材料應(yīng)該包括兩個(gè)基本條件:一是材料的特征尺寸在1-100nm之間,二是材料此時(shí)具有區(qū)別常規(guī)尺寸材料的一些特殊物理化學(xué)特性。

    1959年,著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德。費(fèi)曼預(yù)言,人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器,最后實(shí)現(xiàn)根據(jù)人類意愿逐個(gè)排列原子、制造產(chǎn)品,這是關(guān)于納米科技最早的夢(mèng)想。1991年,美國(guó)科學(xué)家成功地合成了碳納米管,并發(fā)現(xiàn)其質(zhì)量?jī)H為同體積鋼的1/6,強(qiáng)度卻是鋼的10倍,因此稱之為超級(jí)纖維.這一納米材料的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志人類對(duì)材料性能的發(fā)掘達(dá)到了新的高度。1999年,納米產(chǎn)品的年?duì)I業(yè)額達(dá)到500億美元。

    二、納米技術(shù)在防腐中的應(yīng)用

    納米涂料必須滿足兩個(gè)條件:一是有一相尺寸在1~100nm;二是因?yàn)榧{米相的存在而使涂料的性能有明顯提高或具有新功能。納米涂料性能改善主要包括:第一、施工性能的改善。利用納米粒子粒徑對(duì)流變性的影響,如納米SiO2用于建筑涂料,可防止涂料的流掛;第二、耐候性的改善。利用納米粒子對(duì)紫外線的吸收性,如利用納米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墻涂料、汽車面漆等;第三、力學(xué)性能的改善。利用納米粒子與樹脂之間強(qiáng)大的界面結(jié)合力,可提高涂層的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐刮傷性等。納米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隱身涂料、靜電屏蔽涂料、隔熱涂料、大氣凈化涂料、電絕緣涂料、磁性涂料等。

    納米技術(shù)的應(yīng)用為涂料工業(yè)的發(fā)展開辟了一條新途徑,目前用于涂料的納米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于納米粒子的比表面大、表面自由能高,粒子之間極易團(tuán)聚,納米粒子的這種特性決定了納米涂料不可能象顏料、添料與基料通過簡(jiǎn)單的混配得到。同時(shí)納米粒子種類很多,性能各異,不是每一種納米粒子和每一粒徑范圍的納米粒子制得的涂料都能達(dá)到所期望的性能和功能,需要經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究工作,才有可能得到真正的納米涂料。

    納米涂料雖然無毒,但由于改性技術(shù)原因,性能并不理想,加上價(jià)格太貴,難以推廣;而三聚磷酸鋁也因價(jià)格原因未能大量應(yīng)用。國(guó)外公司如美國(guó)的Halox、Sherwin-williams、Mineralpigments、德國(guó)的Hrubach、法國(guó)的SNCZ、英國(guó)的BritishPetroleum、日本的帝國(guó)化工公司均推出了一系列無毒納米防銹顏料,性能不錯(cuò),甚至已可與鉻酸鹽相以前我國(guó)防銹顏料的開發(fā)整體水平落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家,仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統(tǒng)防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴(yán)重,對(duì)人體的傷害很大,目前已被許多國(guó)家相繼淘汰和禁止使用;磷酸鋅防銹顏料雖比。我國(guó)防銹涂料業(yè)也蓬勃發(fā)展,也可以生產(chǎn)納米漆。

    我國(guó)自主生產(chǎn)的產(chǎn)品目前已通過國(guó)家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心、鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心車輛檢驗(yàn)站、機(jī)械科學(xué)院武漢材料保護(hù)研究所等國(guó)內(nèi)多家權(quán)威機(jī)構(gòu)的分析和檢測(cè),同時(shí)還經(jīng)過加拿大國(guó)家涂料信息中心等國(guó)外權(quán)威機(jī)構(gòu)的技術(shù)分析,結(jié)果表明其具有目前國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品無可比擬的防銹性能和環(huán)保優(yōu)勢(shì),是防銹涂料領(lǐng)域劃時(shí)代產(chǎn)品,復(fù)合鐵鈦粉及其防銹漆通過國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)的鑒定后已在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

    三、納米材料在涂料中應(yīng)用展前景預(yù)測(cè)

    據(jù)估算,全球納米技術(shù)的年產(chǎn)值已達(dá)到500億美元。目前,發(fā)達(dá)國(guó)家政府和大的企業(yè)紛紛啟動(dòng)了發(fā)展納米技術(shù)和納米計(jì)劃的研究計(jì)劃。美國(guó)將納米技術(shù)視為下一次工業(yè)革命的核心,2001年年初把納米技術(shù)列為國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo),在納米科技基礎(chǔ)研究方面的投資,從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元,準(zhǔn)備像微電子技術(shù)那樣在這一領(lǐng)域獨(dú)占領(lǐng)先地位。日本也設(shè)立了納米材料中心,把納米技術(shù)列入新五年科技基本計(jì)劃的研究開發(fā)重點(diǎn),將以納米技術(shù)為代表的新材料技術(shù)與生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境保護(hù)等并列為四大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。德國(guó)也把納米材料列入21世紀(jì)科研的戰(zhàn)略領(lǐng)域,全國(guó)有19家機(jī)構(gòu)專門建立了納米技術(shù)研究網(wǎng)。在人類進(jìn)入21世紀(jì)之際,納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)社會(huì)的發(fā)展和生存環(huán)境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻(xiàn)。從某種意義上說,21世紀(jì)將是一個(gè)納米世紀(jì)。

    由于表面納米技術(shù)運(yùn)用面廣、產(chǎn)業(yè)化周期短、附加值高,所形成的高新技術(shù)和高技術(shù)產(chǎn)品、以及對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的改造升級(jí),產(chǎn)業(yè)化市場(chǎng)前景極好。

    在納米功能和結(jié)構(gòu)材料方面,將充分利用納米材料的異常光學(xué)特性、電學(xué)特性、磁學(xué)特性、力學(xué)特性、敏感特性、催化與化學(xué)特性等開發(fā)高技術(shù)新產(chǎn)品,以及對(duì)傳統(tǒng)材料改性;將重點(diǎn)突破各類納米功能和結(jié)構(gòu)材料的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和表征技術(shù)。多功能的納米復(fù)合材料、高性能的納米硬質(zhì)合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業(yè)的跨越式發(fā)展提供了廣泛的機(jī)遇。各類納米材料的產(chǎn)業(yè)化可能形成一批大型企業(yè)或企業(yè)集團(tuán),將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響;納米技術(shù)的應(yīng)用逐漸滲透到涉及國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域,將產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

    納米技術(shù)在涂料行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展,促使涂料更新?lián)Q代,為涂料成為真正的綠色環(huán)保產(chǎn)品開創(chuàng)了突破性的新紀(jì)元。

    納米涂料已被認(rèn)定為北京奧運(yùn)村建筑工程的專用產(chǎn)品,展示出該涂料在建筑領(lǐng)域里的應(yīng)用價(jià)值。它利用獨(dú)特的光催化技術(shù)對(duì)空氣中有毒氣體有強(qiáng)烈的分解,消除作用。對(duì)甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能,使室內(nèi)空氣更加清新。經(jīng)測(cè)試,對(duì)各種霉菌的殺抑率達(dá)99%以上,有長(zhǎng)期的防霉防藻效果。納米改性內(nèi)墻涂料,實(shí)際上是高級(jí)的衛(wèi)生型涂料,適合于家庭、醫(yī)院、賓館和學(xué)校的涂裝。納米改性外墻涂料,利用納米材料二元協(xié)同的荷葉雙疏機(jī)理,較低的表面張力,具有高強(qiáng)的附著力,漆膜硬度高且有韌性,優(yōu)良的自潔功能,強(qiáng)勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力,疏水性極佳,容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次,具有良好的保光保色性能,抗紫外線能力極強(qiáng)。使用壽命達(dá)15年以上。顆粒徑細(xì)小,能深入墻體,與墻面的硅酸鹽類物質(zhì)配位反應(yīng),使其牢牢結(jié)合成一體,附著力強(qiáng),不起皮,不剝落,抗老化。其納米抗凍性功能涂料,除具備納米型涂料各種優(yōu)良性之外,可在10℃到25℃之內(nèi)正常施工。突破了建筑涂料要求墻體濕度在10%以下的規(guī)定,使建筑行業(yè)施工縮短了工期,提高了功效,又創(chuàng)造出高質(zhì)量。

    四、結(jié)語

    由于目前應(yīng)用納米材料對(duì)涂料進(jìn)行改性尚處在初級(jí)階段,技術(shù)、工藝還不太成熟,需要探索和改進(jìn)。但涂料的各種性能得到某些改進(jìn)的試驗(yàn)結(jié)果足以證明,納米改性涂料的市場(chǎng)前景是非常好的。

    參考文獻(xiàn):

    [1]橋本和仁等[J]. 現(xiàn)代化工. 1996(8):25~28.

篇6

與傳統(tǒng)光學(xué)不同的是，由光學(xué)與微電子、微機(jī)械、納米技術(shù)互相融合、滲透、交叉而形成的前沿學(xué)科――微納光學(xué)，變革了傳統(tǒng)光學(xué)與技術(shù)的發(fā)展路線。這門新興的交叉學(xué)科在信息、能源、生命、環(huán)保、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域均已產(chǎn)生新的重要應(yīng)用。在我國(guó)，微納光子學(xué)的發(fā)展也日益受到重視，未來發(fā)展前程似錦。

1996年，付永啟博士畢業(yè)。近20年過去，付永啟一直沒有離開過微納光學(xué)研究領(lǐng)域，在他看來，盡管微光學(xué)似乎看不見，摸不著，但從人們的生活乃至國(guó)家的高尖端科學(xué)都離不開它。這正是它的魅力所在。

“微納光子雖小，照亮我們未來的路”

1994年，付永啟在中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所攻讀博士學(xué)位，“當(dāng)時(shí)是跟導(dǎo)師一起做國(guó)家航天項(xiàng)目中的一個(gè)子項(xiàng)目――‘動(dòng)態(tài)目標(biāo)發(fā)生器’的研究，我主要負(fù)責(zé)曲面光刻的研究。”那是他接觸到微光學(xué)并逐漸對(duì)微光學(xué)元器件的設(shè)計(jì)制作產(chǎn)生興趣的開始。

在博士后研究階段，付永啟又接著在衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)制作方面開展了深入研究。隨后為了開闊視野、提升研究能力，付永啟于1998年赴新加坡南洋理工大學(xué)精密工程與納米技術(shù)中心作研究員，借助當(dāng)?shù)貎?yōu)越的軟硬件條件繼續(xù)深入開展微光學(xué)以及后期納米光學(xué)領(lǐng)域的研究工作。

從此，一個(gè)嶄新的世界――納米光學(xué)這個(gè)交叉領(lǐng)域逐步在他面前展開。

正如他所說的“學(xué)得越多就會(huì)發(fā)現(xiàn)自己不懂的東西越多”，在學(xué)習(xí)和研究過程中，他覺得不應(yīng)該囿于領(lǐng)域，萌生了走出國(guó)門看看的念頭。1998年，他選擇赴新加坡南洋理工大學(xué)精密工程與納米技術(shù)中心做研究員。后來，又通過那里獲得了在麻省理工學(xué)院作訪問學(xué)者的機(jī)會(huì)。

通過與科研院所及工業(yè)界的合作，付永啟開展了多個(gè)橫向和縱向項(xiàng)目研究，接觸到了微電子、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、微納加工、納米計(jì)量及生化分析等多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，先后完成了多項(xiàng)重大研究課題，并取得了許多創(chuàng)新性成果。

借助于國(guó)外較好的軟硬件條件，付永啟快速提高了獨(dú)立開展科研工作的能力。東西方文化在他身上相遇，已經(jīng)不再是形式的混體，而是精神層面的和平融合，使得付永啟的治學(xué)態(tài)度里，囊括了中國(guó)智慧的通達(dá)以及西方思想嚴(yán)密的邏輯性，在這種態(tài)度的指引下，他對(duì)科研工作有了更深層次的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)科學(xué)研究也更加熱愛。

2001年，付永啟將目光專注到了一種新的微納光學(xué)元件一步加工制作方法―聚焦離子束制作技術(shù)上，經(jīng)過兩年的反復(fù)研究、實(shí)驗(yàn)，終于獲得成功并使該技術(shù)逐漸走向成熟。

付永啟利用納米加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了微光學(xué)元件與光電子元/器件的集成一體化，即利用聚焦離子束技術(shù)直接一步將微光學(xué)元器件甚至納米光子元器件與光電子器件（如半導(dǎo)體激光器、光導(dǎo)纖維等）集成于一體，從而達(dá)到直接控制光束的目的。這一技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)的采用離散光學(xué)元件對(duì)激光束進(jìn)行準(zhǔn)直或聚焦的方法，不但減少了光學(xué)系統(tǒng)的元件數(shù)，而且節(jié)省了空間，更容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輕量化和小型化，對(duì)微系統(tǒng)的開發(fā)具有重要意義。

同時(shí)，他還發(fā)現(xiàn)了兩種材料，它們?cè)诰劢闺x子束轟擊下具有材料自組織成型特性，該特性可直接用于微光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)成型。以該技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠制作出幾種特定的微光學(xué)元件，包括微正弦光柵、微閃耀光柵等。

此外，付永啟還利用聚焦離子束直接寫入法和輔助沉積法成功實(shí)現(xiàn)了微光學(xué)元件與光電子元/器件的集成一體化；也就是說，該集成一體化既可以采用基于聚焦離子束去除材料的方法實(shí)現(xiàn)，也可以利用材料生長(zhǎng)的方法來得到。從而為光學(xué)系統(tǒng)的小型化、微型化、平面化提供了制作技術(shù)保障。該集成一體化元/器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、生化、通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域，至今仍在應(yīng)用，還沒有其他方法能夠替代。

值得一提的是，聚焦離子束技術(shù)在微電子行業(yè)的廣泛應(yīng)用，大大提高了微電子工業(yè)上材料、工藝、器件分析及修補(bǔ)的精度和速度，目前已經(jīng)成為微電子技術(shù)領(lǐng)域必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。同時(shí)，由于它集材料刻蝕、沉積、注入、改性于一身，有望成為高真空環(huán)境下實(shí)現(xiàn)器件制造全過程的主要加工手段。

“研究要服務(wù)社會(huì)，我們要瞄準(zhǔn)國(guó)家重大需求”

“在國(guó)外更能體會(huì)到‘國(guó)家’兩字的真實(shí)內(nèi)涵，真心希望自己的祖國(guó)能夠早日強(qiáng)大。當(dāng)2008年北京奧運(yùn)會(huì)開幕式上播放出《我的祖國(guó)》這首歌時(shí)，激動(dòng)的心情難于言表，內(nèi)心百感交集?！?付永啟感慨道。2007年，付永啟放棄國(guó)外優(yōu)越的待遇和生活，帶著累累碩果和先進(jìn)理念回國(guó)，先后受聘于中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所微細(xì)加工光學(xué)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和電子科技大學(xué)物理電子學(xué)院。

“剛回國(guó)時(shí)想有一個(gè)屬于自己獨(dú)立的科研小組和相對(duì)寬松的科研環(huán)境，在這種環(huán)境中能靜下心來實(shí)際做點(diǎn)科研，希望能從科研工作和培養(yǎng)學(xué)生方面體現(xiàn)出自身的價(jià)值所在?？茖W(xué)研究最終是要服務(wù)社會(huì)的，而具體的應(yīng)用領(lǐng)域要瞄準(zhǔn)國(guó)家的重大需求?！备队绬⑹沁@樣說的，也是這樣做的。

在學(xué)校和所在團(tuán)隊(duì)的支持下，付永啟在納光子結(jié)構(gòu)、元器件及其應(yīng)用方面取得多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。提出了兩種基于納金屬結(jié)構(gòu)的超分辨透鏡，該透鏡可方便地通過聚焦離子束技術(shù)一步制作出來，其光學(xué)表征可利用近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡實(shí)現(xiàn)；基于表面等離子體極化用于生化免疫分析：設(shè)計(jì)和制作了菱形納金屬顆粒，并成功地用于老年癡呆癥（ADDL）以及SEB病毒素的測(cè)試；有源及無源光電子器件與衍射光學(xué)元件的集成；基于聚焦離子束技術(shù)的微光學(xué)元器件的一步制作技術(shù)的開發(fā)和拓展；基于納光子器件微探頭的納米計(jì)量系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)：提出利用納光子超透鏡微探頭并結(jié)合激光多普勒外差干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)納米缺陷的動(dòng)態(tài)在線檢測(cè)，該內(nèi)容已獲得美國(guó)專利授權(quán)。

研究工作的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在微光學(xué)元件的加工制作技術(shù)上，國(guó)際上首創(chuàng)采用聚焦離子束技術(shù)直接一步加工和制作微小光學(xué)元件，具體包括微型衍射、折射、折衍混合、柱面、及橢球面透鏡等。這一創(chuàng)新技術(shù)解決了一些常規(guī)微光學(xué)元件制作方法難以實(shí)現(xiàn)的微光學(xué)元器件集成一體化問題，為光學(xué)系統(tǒng)緊湊化和小型化，以及微光學(xué)系統(tǒng)的研究開發(fā)提供了一條新的有效途徑。

如果把才華比作劍，那么勤奮就是磨刀石。付永啟和課題組成員付出了超乎尋常的努力，經(jīng)過多年的努力拼搏，在納米光學(xué)、微細(xì)加工、納米加工、衍射光學(xué)及微光學(xué)領(lǐng)域取得多項(xiàng)研究成果，在國(guó)際相關(guān)著名學(xué)術(shù)期刊和國(guó)內(nèi)核心學(xué)術(shù)期刊上150余篇，其中被SCI檢索收錄論文120余篇，以第一作者撰寫和58篇，以通訊作者100余篇，JCR分區(qū)一區(qū)刊物論文23篇，影響因子IF>3.0的論文46篇（占SCI論文總數(shù)的34%），論文累計(jì)被引次數(shù)1100余次，單篇他引最高次數(shù)83次，JCR統(tǒng)計(jì)h指數(shù)18。其中，代表論文之一：“Optics Express 18（4）， 3438-3443 （2010）”被國(guó)際文獻(xiàn)追綜機(jī)構(gòu)BioMedLib于2011年2月28日評(píng)為納光子結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的“Top10”論文之一；此外，在該領(lǐng)域國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物Plasmonics（該刊物屬于JCR分區(qū)一區(qū)刊物）上陸續(xù)發(fā)表系列研究論文22篇。

此外，付永啟在微納加工及納米光學(xué)領(lǐng)域分別撰寫五部英文專著中的各一章：即Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology（2nd Edition，出版號(hào)：ISBN： 1-58883-159-0）、Lithography： Principles， Processes and Materials（出版號(hào)：I S B N： 978-1-61761-837-6） 、Plasmonics： Principles and Applications（出版號(hào)：ISBN： 979-953-307-855-6）Ion beams in Nanoscience and Technology（出版號(hào)：ISBN 978-3-642-00622-7）、和《Nanofabrication》 （出版號(hào)ISBN： 978-953-307-912-7）；并獨(dú)立撰寫中、英文專著各一部，分別為《納光子學(xué)及其應(yīng)用》（出版號(hào)ISBN： 978-7-80248-537-2）（該書是目前國(guó)內(nèi)唯一一部具有自己獨(dú)立編著版權(quán)的全面系統(tǒng)地介紹納米光學(xué)發(fā)展前沿的中文專著，出版后得到同行的一致好評(píng)。）、英文專著書名為《Subwavelength Optics：Theory and Technology》；并以此為基礎(chǔ)，在國(guó)內(nèi)首次開設(shè)了《亞波長(zhǎng)光學(xué)》課程，于2009年秋在電子科技大學(xué)作為研究生專業(yè)課程講授。自2010年電子科技大學(xué)研究生院和中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究生部均采用《納光子學(xué)及其應(yīng)用》一書作為研究生專業(yè)課程：《亞波長(zhǎng)光學(xué)》及《納米光學(xué)》的指定教材。該書作為2011年電子科技大學(xué)“十二五”規(guī)劃研究生教材建設(shè)立項(xiàng)支持（項(xiàng)目編號(hào)：11211CX20401），于2012年12月末成功出版了修訂版。

有關(guān)利用聚焦離子束一步制作微光學(xué)元件的內(nèi)容被法國(guó)DELAWARE大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程系Robert G.. Hunsperger教授寫入其編著的教科書《Integrated Optics： Theory and Technology》（第五版）的一個(gè)章節(jié)中。部分研究結(jié)果還被美國(guó)網(wǎng)絡(luò)多媒體組織NANOPOLISTM于2007年出版的《納米技術(shù)百科全書》多媒體教程引用并收錄， 并被邀請(qǐng)作“聚焦離子束”章節(jié)的內(nèi)容評(píng)審人。

學(xué)術(shù)刊物論文中有關(guān)基于聚焦離子束直接沉積實(shí)現(xiàn)微型柱面透鏡與邊緣發(fā)射型半導(dǎo)體激光器集成化實(shí)現(xiàn)激光束的一維和二維整形的技術(shù)、以及類金剛石薄膜上一步寫入微透鏡技術(shù)，被國(guó)際上面向工業(yè)界的雜志Laser Focus World分別摘錄并以新聞簡(jiǎn)報(bào)的形式在“光電子世界新聞”欄目中公布；并已分別獲得美國(guó)發(fā)明專利和中國(guó)發(fā)明專利的授權(quán)。

鑒于他出色的科研成就，近年來相繼在美國(guó)、加拿大、日本、韓國(guó)、新加坡、中國(guó)等國(guó)舉辦的衍射光學(xué)與微光學(xué)、微加工及納米加工、離子束及應(yīng)用、精密工程、納米技術(shù)NanoTech 2004、亞洲光電子Photonics Asia 2004、ICAMT2005、NanoMan2008、Nanophotonics2009等專題會(huì)議及年會(huì)上作大會(huì)報(bào)告及特邀報(bào)告。

2010年，付永啟被國(guó)家科技部聘請(qǐng)為國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973）項(xiàng)目“光學(xué)自由曲面制造的基礎(chǔ)研究”的項(xiàng)目專家組成員；并受邀分別擔(dān)任國(guó)際學(xué)術(shù)刊物Physics Express、Quantum Matter、Journal of Electromagnetic Field Analyses and Applications的高級(jí)主編、副主編、及編委。

篇7

關(guān)鍵字：納米技術(shù)；園藝植物；應(yīng)用

納米科技是20世紀(jì)80年展起來的交叉、前沿的新興學(xué)科領(lǐng)域，將對(duì)未來的科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。納米技術(shù)，是指在1～100nm尺度上，研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的多學(xué)科交叉的前沿技術(shù)，其最終目標(biāo)是用分子、原子以及物質(zhì)在納米尺度上的特性，制造具有特定功能的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的革命。近年來，納米技術(shù)正在向生物醫(yī)藥、信息、能源和環(huán)境、航天航空、海洋、國(guó)防等高科技領(lǐng)域滲透，顯現(xiàn)了其廣泛的應(yīng)用性和較強(qiáng)的市場(chǎng)潛力。因此，各國(guó)政府和企業(yè)都不惜投入巨資研究并開發(fā)納米技術(shù)，占領(lǐng)戰(zhàn)略制高點(diǎn)，搶占世界市場(chǎng)[1]。

納米微粒自身具有特殊的性質(zhì)，有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，因此納米微粒的制備引起了廣大的關(guān)注。納米技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合，并應(yīng)用于生物領(lǐng)域，便形成了一種新的多學(xué)科交叉技術(shù)，即納米生物技術(shù)。納米生物技術(shù)是一個(gè)正逐漸發(fā)展的新興領(lǐng)域[2]。近年來，納米技術(shù)在園藝上的應(yīng)用主要是植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、溫室大棚薄膜、溫室保溫氈、生物微肥、果蔬保鮮、高效殺菌劑抑菌劑。

1 納米技術(shù)在調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)方面的應(yīng)用

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是一類與植物激素具有相似生理和生物學(xué)效應(yīng)的物質(zhì)，用于調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的一類農(nóng)藥，包括人工合成的化合物和從生物中提取的天然植物激素。經(jīng)過納米生物技術(shù)處理后，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑顆粒粒徑減小，因此可以更有效地被作物吸收，提高它的利用率。

三十烷醇（TA）納米制劑處理后，對(duì)幼苗生長(zhǎng)促壯效應(yīng)更明顯，表現(xiàn)在增加苗高、根長(zhǎng)、根數(shù)以及增加葉片鮮重、提高葉綠素含量、增加酶活性。以相同濃度的TA原劑為對(duì)照，TA納米制劑均在不同程度上比原劑的作用效果好[3]。

2 納米技術(shù)在園藝產(chǎn)品保鮮方面的應(yīng)用

當(dāng)前，園藝產(chǎn)品保鮮方面存在以下問題：一是果實(shí)的代謝很旺盛，釋放乙烯等氣體，容易導(dǎo)致果實(shí)后熟加快；二是產(chǎn)品易于失水；三是易被微生物侵蝕引起腐爛。因此，保鮮的主要難題應(yīng)是防后熟、防失水、防腐等方面。

在模擬園藝產(chǎn)品冷藏環(huán)境中，TiO2/ACF-Pt光催化降解乙烯?；钚蕴坷w維（ACF）表面先濺射沉積納米Pt，再進(jìn)行TiO2附著，能提高降解乙烯的能力?；钚蕴祭w維（ACF）獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)和表面特性，在較高濕度下低濃度氣相物質(zhì)的吸附方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。納米光催化技術(shù)在消除有機(jī)氣體時(shí)具有能耗低、反應(yīng)條件溫和、可減少一次污染等優(yōu)點(diǎn)。其中納米二氧化鈦（TiO2）以其活性高、價(jià)格便宜、對(duì)人體無害等特征被認(rèn)為最佳的光催化劑。因此，納米Ti02光催化降解乙烯技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。把ACF的高吸附性與納米TiO2良好的光催化性優(yōu)勢(shì)結(jié)合，以ACF為載體負(fù)載納米Ti02（Ti02/ACF），一方面，解決納米Ti02負(fù)載問題；另一方面，ACF的吸附能力使低濃度氣相物質(zhì)在納米Ti02附近聚集，能提高光催化反應(yīng)速率。對(duì)有效地清除園藝產(chǎn)品冷藏環(huán)境中乙烯是有利的。貴金屬鉑（Pt）具有較高催化活性、優(yōu)異電化學(xué)性能而備受關(guān)注[4]。

甘肅省農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究中心研制成功一種新型納米硅基氧化物（納米SiOX）保鮮果蠟，可在果蔬表面形成一種天然可食性蠟?zāi)?，能滿足不同果蔬和不同涂蠟方法的需要。這種新型保鮮果蠟以天然動(dòng)植物蠟為成膜劑，加入納米硅基氧化物等天然材料，主要用于果蔬采后上光打蠟。該果蠟涂于果蔬表面后形成一層光亮、透明的可食性蠟?zāi)?，可食性涂膜的保鮮功能主要表現(xiàn)在：具有良好的氣體選擇透過性，使果蔬呼吸強(qiáng)度下降和乙烯釋放量降低，從而推遲生理衰老，減少營(yíng)養(yǎng)成分的損失。采收后果蔬水分損失很大，涂膜處理使果蔬表面形成一層均勻透明的薄膜，可阻止水分蒸發(fā)；封閉果蔬表面的微小損傷，同時(shí)又是殺菌劑和保鮮劑的有效體，從而減少致病菌的侵染，延長(zhǎng)貯藏期和貨架期，提高果蔬檔次和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 經(jīng)甘肅省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院衛(wèi)生安全毒理學(xué)檢驗(yàn)，這種果蠟屬無毒產(chǎn)品[5]。

通過用納米分子篩保鮮膜對(duì)白菜型油菜進(jìn)行氣調(diào)保鮮研究，得出以下結(jié)論：用納米分子篩保鮮膜包裝后，可以有效抑制小油菜的呼吸作用，延長(zhǎng)保鮮期。室溫下保鮮期可達(dá)3 d，結(jié)合冷藏（6℃）保存時(shí)，保鮮期可達(dá)13 d以上。由于納米分子篩具有獨(dú)特的氣體選擇性， 因此是一種具有廣闊前景的氣調(diào)包裝添加改性劑[6]。

3 納米技術(shù)在防治病蟲害方面的應(yīng)用

園藝上，病蟲害的防治日趨重要。在各種植物中，草坪植物遭受病害危害僅次于果樹、蔬菜和少數(shù)經(jīng)濟(jì)作物。病害降低了園藝植物的實(shí)用價(jià)值和觀賞價(jià)值。目前，納米技術(shù)在滅菌抑菌方面的應(yīng)用主要有：光半導(dǎo)體材料本身沒有抗菌功能，它所具有的光催化特性賦予其抗菌性能（Matsunagaetal，1985） Ti02的光催化作用能破壞DNA雙鏈結(jié)構(gòu)；同時(shí)許多無機(jī)化合物或無機(jī)離子也能被Ti02光催化降解成毒性較小或無毒的產(chǎn)物。

納米Ti02具有以下優(yōu)點(diǎn)：[7]①對(duì)紫外光的吸收率較高，可直接利用太陽光、熒光燈中含有的紫外光，激發(fā)生成電子一空穴對(duì)；②具有良好的抗光腐蝕和化學(xué)穩(wěn)定性；③具有較深的價(jià)帶能級(jí)，氧化還原能力強(qiáng)，具有較高的光催化活性；④對(duì)很多有機(jī)污染物有較強(qiáng)的吸附作用；⑤具有廣譜、長(zhǎng)效的抗菌特點(diǎn)；⑥安全無毒。

王芳、譚潔文關(guān)于硅制劑對(duì)草坪草四種病原真菌的抑制作用研究表明，納米硅對(duì)立枯絲核菌致病性的抑制作用較強(qiáng)，抑制率為6.19%。經(jīng)過硅處理的葉片對(duì)禾炭疽刺盤孢菌具有較明顯的抗性，其抑制率為37.02%[8]。

T.K.Barik.B.Sahu.V.Swain關(guān)于納米硅對(duì)害蟲的控制實(shí)驗(yàn)表明，納米硅制劑可以有效的殺死害蟲。通常，在蟲體的表皮存在多種脂質(zhì)作為水屏障，使害蟲免遭干燥環(huán)境的影響。而納米硅制劑能夠被蟲體表面的脂質(zhì)吸附，使脂質(zhì)喪失其作用，然后達(dá)到殺蟲的目的。這種制劑涂在莖和葉的表面，不會(huì)影響植物組織的光合作用和呼吸作用，也不會(huì)影響基因的表達(dá)[9]。

70%納米欣可濕性粉劑是一種高效、低毒、低殘留、廣譜、內(nèi)吸性苯并咪唑類殺菌劑，具保護(hù)和治療雙重作用。其作用機(jī)理是噴施于植物表面被植物體吸收后，經(jīng)一系列生化反應(yīng)，被分解為甲基苯并咪唑-乙氨基甲酸酯，干擾病菌有絲分裂中紡錘體的形成，使病菌孢子萌發(fā)長(zhǎng)出的芽管扭曲異常，芽管細(xì)胞壁扭曲，從而使病菌不能正常生長(zhǎng)而達(dá)到殺菌效果[10]。

M.K. Sarmast等關(guān)于納米銀膠體在Araucaria excelsa R.Br組織培養(yǎng)中能夠降低細(xì)菌感染的實(shí)驗(yàn)證明，將離體的植物組織或浸泡在納米銀膠體的溶液中或?qū)⑦m量的納米銀直接加入培養(yǎng)基中，均能降低植物組織培養(yǎng)中的細(xì)菌污染，而且對(duì)植物以后的生長(zhǎng)沒有任何副作用[11]。

4 納米技術(shù)與納米肥料

以“鹽肥柱撐”技術(shù)為核心，重點(diǎn)研究現(xiàn)代微生物技術(shù)，結(jié)合納米插層技術(shù)、植物種植技術(shù)和化學(xué)工程技術(shù)等多學(xué)科的技術(shù)制成納米生物有機(jī)肥。實(shí)驗(yàn)表明，使用該肥料后，植株根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)速度超常，反季節(jié)能力強(qiáng)，作物果實(shí)飽滿，品質(zhì)明顯提升，成熟收獲期提前，與常態(tài)種植相比平均增產(chǎn)幅度不低于15%[12]。

此外，2007年華龍肥料技術(shù)有限公司首次將納米碳應(yīng)用到農(nóng)用肥料中。研究結(jié)果表明，在肥料中添加納米碳，可使谷類作物增產(chǎn)10%～20%，蔬菜作物增產(chǎn)20%～40%。在增產(chǎn)的基礎(chǔ)上，可使小麥籽實(shí)脂肪含量增加，蛋白質(zhì)含量減少。同時(shí)該技術(shù)也在花卉上進(jìn)行了不同品種的試驗(yàn)，均得出有突破性的結(jié)論?，F(xiàn)主要研究花卉生產(chǎn)中。納米碳粉的加入，對(duì)降低肥料用量，以及提高花卉觀賞特征的影響，為今后探索納米碳在改善花卉品質(zhì)方面的深入研究打下基礎(chǔ)[13]。

5 展望

納米微粒自身具有特殊的性質(zhì)，有著廣闊的應(yīng)用前景，納米微粒的制備引起了廣大的關(guān)注。相信在不久的將來，納米技術(shù)的發(fā)展將日新月異，其在生命科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用將非常迅速。

（收稿：2013-05-16）

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篇8

關(guān)鍵詞：無機(jī)化學(xué)；若干問題；重大進(jìn)展

1新時(shí)期無機(jī)化學(xué)中的若干重大進(jìn)展

1.1有機(jī)體系建設(shè)中水熱合成技術(shù)的突破

根據(jù)有關(guān)無機(jī)化學(xué)研究小組的設(shè)計(jì)與研發(fā)來看，無機(jī)化學(xué)在研發(fā)中出現(xiàn)了最新的無機(jī)化學(xué)反應(yīng)，特別是在低溫狀態(tài)下，該反應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)一系列的非氧化物納米材料，并結(jié)合水熱合成技術(shù)，以及溶劑熱合成原理與水熱合成技術(shù)，并在一定的密封空間進(jìn)行反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶劑的化學(xué)反應(yīng)，該有機(jī)化學(xué)方面的技術(shù)性突破，很多學(xué)者將其給予報(bào)道，就在不久前的美國(guó)《化學(xué)與工程新聞》雜志上，針對(duì)該研究的報(bào)道就被評(píng)為“稻草變黃金”，被認(rèn)為是一種“新穎的和非常有趣的合成方法，……將促進(jìn)該領(lǐng)域更深入的工作”，又例如無機(jī)化學(xué)領(lǐng)域中的多元金屬硫族化合物形成的納米材料溶劑熱合成技術(shù)，就是該領(lǐng)域的全新研發(fā)進(jìn)展，充分地運(yùn)用好該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)一定的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)針對(duì)無機(jī)水熱合成技術(shù)的研究，以及國(guó)際上鑒于對(duì)該領(lǐng)域的突破性研究都取得了不小的成就，特別是國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的教授應(yīng)邀在2001年的美國(guó)化學(xué)研討會(huì)上就《化學(xué)研究評(píng)述》撰寫綜述論文，并針對(duì)該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了積極的研究，希望給無機(jī)化學(xué)帶來全新的突破。

1.2納米技術(shù)和無機(jī)聚合物方面的突破

目前，學(xué)術(shù)期刊上有大量關(guān)于納米技術(shù)和無機(jī)聚合物方面的學(xué)術(shù)論文，很多論文具有國(guó)際化高水平，很多具有創(chuàng)新型的技術(shù)并得到了廣大學(xué)者的廣泛重視，例如合成性的納米金屬分子籠（nanometer-sizedmetallomolecularcage）成功地構(gòu)建了具有Oh對(duì)稱的立方體金屬-有機(jī)籠子[Ni6(tpst)8Cl12]，該構(gòu)架模式能夠容納較多的離子和溶劑分子，是對(duì)納米技術(shù)的全新突破。另外，針對(duì)金屬納米線和金屬-有機(jī)納米板的合成領(lǐng)域也有著全新的突破，特別是在自組裝規(guī)律、空間結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)方面具有探索性的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了物理化學(xué)性能方面的延伸。另外還在空間結(jié)構(gòu)與性質(zhì)和性能方面找尋關(guān)系規(guī)律，例如學(xué)者李亞棟課題組發(fā)現(xiàn)了一些具有準(zhǔn)層狀結(jié)構(gòu)特性的金屬鉍，該金屬鉍能夠形成一種新型的單晶多壁金屬納米管，這是首例國(guó)際上比較認(rèn)可的由金屬形成的單晶納米管，特別是鉍納米管的發(fā)現(xiàn)，為無機(jī)化學(xué)研究找尋了新的突破點(diǎn)，針對(duì)無機(jī)納米管的形成機(jī)理及應(yīng)用研究，使得無機(jī)化學(xué)形成新的對(duì)象和研究課題。例如很多研究者還利用人工合成的有機(jī)無機(jī)層狀結(jié)構(gòu)，積極的合成了金屬鎢單晶納米線和高質(zhì)量的WS2納米管，該技術(shù)積極地分析了層狀前驅(qū)體到納米管的層狀卷曲機(jī)制，為一維納米線和納米管的合成展示出全新的領(lǐng)域。

2新時(shí)期針對(duì)無機(jī)化學(xué)研究發(fā)展的展望

縱覽過去的幾年，我們看出無機(jī)化學(xué)有著矚目的成就，許多激動(dòng)人心的研究，恰如其分的實(shí)現(xiàn)了該學(xué)科的復(fù)興，使得無機(jī)化學(xué)改變傳統(tǒng)的理念，逐漸走向卓越的發(fā)展階段，回顧已經(jīng)取得的成就，及通過近幾年的學(xué)術(shù)研究成果來看，無機(jī)化學(xué)和物理學(xué)科能夠有效地推動(dòng)科技的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)各領(lǐng)域的全面發(fā)展。由于各學(xué)科的相互滲透、生產(chǎn)技術(shù)的要求、實(shí)驗(yàn)手段的增加，以及現(xiàn)代結(jié)構(gòu)理論的建立與發(fā)展，使無機(jī)化學(xué)在傳統(tǒng)領(lǐng)域以及在化學(xué)與生物、物理、數(shù)學(xué)等邊緣學(xué)科方面都獲得了重大進(jìn)展。就近幾年的發(fā)展來看，無機(jī)化學(xué)在某種程度上取得了突破性的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了與國(guó)際化的接軌，從傳統(tǒng)無機(jī)化學(xué)的角度，使得其在新時(shí)代背景下有著全新的突破，保持了與國(guó)際的接軌。針對(duì)最近幾年生物無機(jī)化學(xué)的發(fā)展，使得該領(lǐng)域形成了學(xué)術(shù)化的交流，發(fā)展中促進(jìn)了該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)提高，研究水平逐年提高。未來在新時(shí)期新技術(shù)科技的帶動(dòng)下，無機(jī)化學(xué)領(lǐng)域更是會(huì)突飛猛進(jìn)的向前發(fā)展，就目前的總體發(fā)展水平來看，生物無機(jī)化學(xué)還與國(guó)際化的發(fā)展水平有著一定的差距，需要國(guó)家給予大力的技術(shù)支持和必要的經(jīng)費(fèi)投入，需要國(guó)家培養(yǎng)出具有一定專業(yè)知識(shí)的杰出青年，為無機(jī)化學(xué)發(fā)展做出積極地貢獻(xiàn)。

3結(jié)語

篇9

關(guān)鍵詞：科教協(xié)同；戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)專業(yè)；培養(yǎng)模式；實(shí)踐基地

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）29-0060-02

為適應(yīng)新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2010年教育部開始了戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)專業(yè)申報(bào)工作。南京理工大學(xué)申報(bào)并獲批了“納米材料與技術(shù)”本科專業(yè)，于次年招生。戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)專業(yè)屬于教育部本科專業(yè)目錄外專業(yè)，人才標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)模式和課程體系均為空白[1]。從2011年起課題組對(duì)納米材料與技術(shù)專業(yè)上述問題開展了探索，應(yīng)用效果良好。

一、結(jié)合國(guó)家納米產(chǎn)業(yè)布局，立足長(zhǎng)三角區(qū)域納米技術(shù)人才知識(shí)的需求，明確了培養(yǎng)目標(biāo)，搭建了合理的課程體系

戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)人才必須與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合，才能滿足發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的需求[2]。課程體系的合理性與內(nèi)容的先進(jìn)性直接關(guān)系到培養(yǎng)質(zhì)量。為此，課題組分析了國(guó)家納米產(chǎn)業(yè)布局，調(diào)研了長(zhǎng)三角區(qū)域納米技術(shù)人才知識(shí)的需求，國(guó)內(nèi)外相關(guān)專業(yè)情況。進(jìn)而明確了培養(yǎng)目標(biāo)，搭建了合理的課程體系。在研究《蘇州工業(yè)園區(qū)納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力報(bào)告》時(shí)發(fā)現(xiàn)微納制造、能源、環(huán)保和納米生物醫(yī)藥等是蘇州工業(yè)@區(qū)納米技術(shù)重點(diǎn)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域。組織本專業(yè)學(xué)生翻譯歐盟委員會(huì)研究事務(wù)部2005年“Research Training in Nanosciences and Nanotechnologies：Current Status and Future Needs”研討會(huì)論文，了解國(guó)外的納米材料與技術(shù)及其相關(guān)專業(yè)信息。在此基礎(chǔ)上，南理工與中科院蘇納所共同確定了本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。即：本專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要、富有創(chuàng)新能力的，可從事納米器件、材料與技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域工作的高級(jí)工程技術(shù)人才，并為進(jìn)一步培養(yǎng)材料及相關(guān)領(lǐng)域高層次人才提供優(yōu)秀生源。所培養(yǎng)的學(xué)生基礎(chǔ)扎實(shí)，具有較強(qiáng)的自學(xué)能力、創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力、組織和協(xié)調(diào)能力、分析和解決實(shí)際問題的能力及較強(qiáng)的社會(huì)適應(yīng)能力。按照南理工“通識(shí)教育十學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)十專業(yè)教育十實(shí)踐教學(xué)”四個(gè)層面，設(shè)置課程構(gòu)建了厚基礎(chǔ)、寬口徑、重視學(xué)科交叉的課程體系。首先南理工制定培養(yǎng)計(jì)劃初稿，然后與中科院蘇納所研討并修改，再討論，直至定稿。

二、探索互贏機(jī)制，發(fā)揮中國(guó)科學(xué)院優(yōu)質(zhì)科教資源在本科生培養(yǎng)中的作用，科教協(xié)同共建納米材料與技術(shù)專業(yè)，創(chuàng)新了人才培養(yǎng)模式

人才需要精心培養(yǎng)，成才的條件在于與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合，把所學(xué)的專業(yè)知識(shí)與技能、解決問題的方法運(yùn)用到社會(huì)實(shí)踐中，為社會(huì)創(chuàng)造價(jià)值，實(shí)現(xiàn)自身人生價(jià)值。與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合是高校培養(yǎng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)人才的必經(jīng)之路。為此，專業(yè)申請(qǐng)之初課題組就提出了校所“3+1”的培養(yǎng)模式。專業(yè)建設(shè)中積極探索互贏機(jī)制，引導(dǎo)蘇州工業(yè)園、中科院蘇州納米所等參與專業(yè)建設(shè)，以滿足企業(yè)需要為標(biāo)準(zhǔn)，確定專業(yè)定位、培養(yǎng)目標(biāo)與要求，制訂培養(yǎng)方案，構(gòu)建實(shí)踐環(huán)節(jié)等，共同承擔(dān)培養(yǎng)人才的任務(wù)。學(xué)校與研究所對(duì)本科層次人才的教育關(guān)注度存在差異，如何引導(dǎo)研究所參與到本科生培養(yǎng)是需破解的難題。只有建立互贏機(jī)制才能破解這一難題。譬如，在引導(dǎo)中科院蘇納所教育合作時(shí)，南理工與蘇納所納米加工平臺(tái)每年聯(lián)合培養(yǎng)1―2名研究生，而納米加工平臺(tái)則免費(fèi)舉辦納米加工培訓(xùn)班、接納為期1個(gè)月的生產(chǎn)實(shí)習(xí)、1個(gè)月的工程訓(xùn)練，并接納4―8名本科生為期半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)。引入行業(yè)認(rèn)證教育，納米加工平臺(tái)培訓(xùn)達(dá)標(biāo)者發(fā)放微納米加工培訓(xùn)證書。該平臺(tái)得到了廣大微納米加工企業(yè)的認(rèn)可，該證對(duì)學(xué)生就業(yè)很有幫助。

三、基于國(guó)家、省部級(jí)科研平臺(tái)建設(shè)了一支高素質(zhì)師資隊(duì)伍，營(yíng)造了良好的學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)環(huán)境

高水平師資隊(duì)伍是建設(shè)高水平專業(yè)的保障。學(xué)院建有教育部、國(guó)家外專局微納米材料及裝備創(chuàng)新引智基地、微納米材料及裝備江蘇高校協(xié)同創(chuàng)新中心、科技部微納米材料與技術(shù)國(guó)家級(jí)國(guó)際聯(lián)合研究中心、江蘇省先進(jìn)微納米材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、工信部新型顯示材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等科研平臺(tái)，擁有豐富的高端軟硬件資源。發(fā)揮好這些資源在本科生培養(yǎng)中的作用是需要解決的重要問題。通過一系列措施，上述平臺(tái)已有12名教授級(jí)研究人員及其團(tuán)隊(duì)參與本專業(yè)本科教學(xué)。現(xiàn)已構(gòu)建了年齡、職稱、學(xué)歷等結(jié)構(gòu)合理、教學(xué)與科研綜合水平高的教師隊(duì)伍，保證了專業(yè)建設(shè)順利完成。平臺(tái)每年接納近20名本專業(yè)本科生開展科研訓(xùn)練、工程訓(xùn)練和畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生受到了良好的科研能力培養(yǎng)。而這些本科生們讀研時(shí)往往會(huì)加入這些老師課題組深造，打通了本碩博培養(yǎng)通道。

四、獲批了江蘇省納米材料與技術(shù)實(shí)踐教育中心，結(jié)合各類科研平臺(tái)，構(gòu)建了本專業(yè)校內(nèi)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)體系

結(jié)合企業(yè)對(duì)納米材料制備與表征、微納米加工、元器件檢測(cè)方面的需求，課題組將2011年獲批共建的江蘇省納米材料與技術(shù)實(shí)踐教育中心與上述各類科研平臺(tái)相結(jié)合，構(gòu)建了納米材料制備與表征、微納米加工、元器件檢測(cè)三大模塊組成的專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)體系，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)踐、工程能力和創(chuàng)新等能力。該平臺(tái)以學(xué)生為中心，對(duì)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性的科研訓(xùn)練、工程訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)、大學(xué)生課外科技活動(dòng)等環(huán)節(jié)開放，每年服務(wù)學(xué)生近5千人次。

五、基于國(guó)家級(jí)納米技術(shù)人才公共實(shí)訓(xùn)基地，構(gòu)建了校外實(shí)踐基地，出版了實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教材

納米技術(shù)高投入的產(chǎn)業(yè)特性，所用軟硬件設(shè)施基本國(guó)外引進(jìn)，成本昂貴，學(xué)校沒有財(cái)力完全滿足納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)的高技能人才培養(yǎng)體系中實(shí)訓(xùn)設(shè)備所需。本著“不求所有，但求所用”的原則，通過共建江蘇省納米材料與技術(shù)實(shí)踐教育中心，中科院蘇納所納米加工平臺(tái)成為了本專業(yè)的實(shí)習(xí)基地，實(shí)現(xiàn)了全封閉的實(shí)習(xí)模式，解決了實(shí)習(xí)基地難建、走馬觀花式實(shí)習(xí)的問題。國(guó)家級(jí)蘇州工業(yè)園區(qū)納米技術(shù)人才公共實(shí)訓(xùn)基地中科院蘇納所納米加工平臺(tái)是該所投入過億資金全力打造的國(guó)內(nèi)一流的納米技術(shù)人才培養(yǎng)平臺(tái)，擁有國(guó)際領(lǐng)先的納米加工、測(cè)試設(shè)備，頂尖的納米技術(shù)專家教師資源，是目前蘇州市、江蘇省乃至全國(guó)唯一的納米技術(shù)人才相關(guān)公共實(shí)訓(xùn)基地。

六、開展課程及資源建設(shè)，編寫、出版了納米材料與技術(shù)專業(yè)的系列教材和講義，錄制了設(shè)備操作視頻，滿足了教學(xué)需要

根據(jù)課程需要，已正式出版并使用《材料科學(xué)與工程中的驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理方法》、《材料科學(xué)研究與測(cè)試方法》、《材料物理化學(xué)》、《納米材料與技術(shù)專業(yè)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》等教材。其中《材料物理化學(xué)》獲校優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)，《材料科學(xué)研究與測(cè)試方法》、《材料工程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理》獲二等獎(jiǎng)。錄制了“微電鑄”在內(nèi)的25個(gè)視頻，便于學(xué)生對(duì)相關(guān)設(shè)備操作技能的掌握。

七、專業(yè)建設(shè)成果應(yīng)用情況

本研究成果已在我校納米材料與技術(shù)專業(yè)初步應(yīng)用，效果良好。如首屆學(xué)生30人，100%四年按期畢業(yè)拿到學(xué)位證書。班級(jí)平均成績(jī)連續(xù)三年保持學(xué)院年級(jí)第一，升學(xué)及出國(guó)率超過50%。獲江蘇省先進(jìn)班集體、南京理工大學(xué)紅旗團(tuán)支部，獲國(guó)家勵(lì)志獎(jiǎng)學(xué)金5人次，其他的校級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)50多人次。就業(yè)領(lǐng)域從原先材料領(lǐng)域拓寬到微納米加工領(lǐng)域，就業(yè)初薪高于本學(xué)院的平均水平。

參考文獻(xiàn)：

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篇10

Device Applications of Silicon Nanocrystals and Nanostructures

2009

Hardback

ISBN9780387786889

Koshida著

在納米尺度,半導(dǎo)體器件將會(huì)呈現(xiàn)出不同于宏觀尺度的光學(xué)、電學(xué)性能,充分利用這些性能可以制備很多具有特殊用途的器件。本書分別介紹了硅納米晶及其納米結(jié)構(gòu)在光電器件、電子器件及功能器件等三方面的應(yīng)用。

本書共11章,1.介紹了富硅介質(zhì)在有源光電器件中的應(yīng)用。本章比較了富硅氧化物和富硅氮化物在晶體結(jié)構(gòu)、發(fā)光效應(yīng)和發(fā)光效率的區(qū)別,認(rèn)為發(fā)光效應(yīng)及效率主要來自硅納米晶,并指出硅納米晶結(jié)構(gòu)在有源光電器件中的重要作用;2.硅納米結(jié)構(gòu)的場(chǎng)致發(fā)光器件,介紹了多空納米硅、富硅氧化物或氮化物、硅超晶格等硅結(jié)構(gòu),分析了硅納米晶結(jié)構(gòu)場(chǎng)致發(fā)光器件中的作用,硅納米晶作為激發(fā)物而不是發(fā)光物質(zhì);3.介紹了si/sio2超晶格結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能、制備過程和采用的技術(shù)以及它的發(fā)展前景;4.首先介紹了納米硅結(jié)構(gòu)在注入式激光器設(shè)計(jì)中的作用,然后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析得到了大量的數(shù)據(jù),最后指出了納米硅在激光器制造中的應(yīng)用前景;5.介紹了硅單電子器件,這種器件可以對(duì)單電子進(jìn)行控制,具有優(yōu)越的性能,應(yīng)用前景很廣,目前比較典型的是應(yīng)用在存儲(chǔ)和邏輯器件上;6.spin-based 硅晶體管,分別介紹了幾種新型的硅晶體管及其性質(zhì);7.首先從納米尺度分析了電子在硅納米晶的傳輸特性,然后介紹了電子在硅納米晶陣列上的傳輸特性;8.首先介紹了硅納米晶永久性存儲(chǔ)器的發(fā)展歷史,分析了將自上而下和自下而上兩種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行集合的應(yīng)用前景以及自組裝硅納米晶在Flash制造中的應(yīng)用;9.首先介紹了BSD的性能及其發(fā)光機(jī)理,然后分析了器件發(fā)光效率和納米結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,最后著重介紹了玻璃基BSD;10.介紹了多孔硅光電器件的結(jié)構(gòu)和基本性能,以及在label-free生物傳感器中的應(yīng)用;11.介紹了一種基于多孔硅納米晶的超聲發(fā)射器。

作者nobuyoshi koshida 1943年出生于日本北海道,分別于1966、1968、1973獲得了東京大學(xué)工學(xué)學(xué)士、電子工程碩士和博士學(xué)位。1981年他進(jìn)入東京農(nóng)工大學(xué)電機(jī)系任教,1988年成為電子工程專業(yè)教授,2002年成為工學(xué)研究生院納米科學(xué)與技術(shù)教授。他分別于1992-1993年在馬薩諸塞學(xué)院,1993年在卡文迪實(shí)驗(yàn)室,1996年在法國(guó)傅立葉大學(xué)擔(dān)任客座教授。他發(fā)表的文章,出版的專著合計(jì)超過280余篇,目前他擔(dān)任ECS日本分會(huì)主席,是日本應(yīng)用物理協(xié)會(huì)理事、美國(guó)材料學(xué)會(huì)及美國(guó)物理協(xié)會(huì)成員。

本書是一本論文匯編,所收錄的論文是由相關(guān)領(lǐng)域的專家完成的,對(duì)于從事微電子設(shè)計(jì)、納米技術(shù)研究的人有重要的參考價(jià)值。

劉軍濤,博士生

(中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所)