综合实验二-纳米器件透射谱和电导测量湘潭大学期末复习
纳米材料与器件期末复习资料
一、级时，超微颗粒的能级离散化、能隙变宽，当平均能级间距 大于热能、 磁能、 静电能等时， 超微颗粒就会呈现一系列与宏观物体显著不同的反常特性 （声、 光、热、电、磁等） ，称之为量子尺寸效应。 影响：不透明的物质变为透明(Cu)；惰性材料变成催化剂(Pt)；稳定的材料变得易燃(Al)； 在室温下的固体变成液体(Au)；绝缘体变成导体(Si)；导体变为绝缘体(Ag)。 小尺寸效应：当纳米粒子的尺寸与光波波长、徳布罗意波长、超导态的想干长度或与磁场穿 透深度相当或更小时， 晶体周期性边界条件将被破坏， 非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的 原子密度减小，导致声、光、热、电、磁等特性出现异常的现象，称之为小尺寸效应。 影响： 原有晶体周期性边界条件被破坏，物性也就表现出新的效应，如从磁有序变为磁无序，磁矫 顽力变化，金属熔点下降等。不透明的物质变为透明(Cu)；惰性材料变成催化剂(Pt)；稳定 的材料变得易燃(Al)；在室温下的固体变成液体(Au)；绝缘体变成导体(Si)。 1.金属纳米相材料的电阻增大与临界尺寸现象 （电子平均自由程）动量 2.宽频带强吸收性质 （光波波长） 3.激子增强吸收现象 （激子半径） 4.磁有序态向磁无序态的转变（超顺磁性） （各向异性能） 5.超导相向正常相的转变 （超导相干长度） 6.磁性纳米颗粒的高矫顽力 （单畴临界尺寸） 表面效应： 纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒子尺寸的减小而大幅度的增加， 粒 子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子物理、化学性质的变化，称之为表面 效应。 1.表面化学反应活性(可参与反应)。 2.催化活性。 3.纳米材料的（不）稳定性。 4.铁磁质的居里温度降低。 5.熔点降低。 6.烧结温度降低。 7.晶化温度降低。 8.纳米材料的超塑性和超延展性。 9.介电材料的高介电常数（界面极化） 。 10.吸收光谱的红移现象。 宏观量子隧道效应： 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。微观的量子隧道效应可 以在宏观物理量中例如微粒的磁化强度， 量子相干器件中的磁通量等表现出来， 称为宏观量 子隧道效应。(宏观量子所产生的隧道效应) 库伦阻塞：当导体尺度进入纳米尺度时，充放电过程很难进行，或充、放电过程变得不能连 续进行，即体系变得电荷量子化，这个能量成为库伦堵塞能，充入一个电子所需的能量也称 为库伦堵塞能。通常把小体系中这种单电子运输行为，成为库伦堵塞效应。 磁阻效应：磁电阻(MR)效应是指导体或半导体在磁场作用下其电阻值发生变化的现象。 正常磁电阻效应来源于磁场对电子的洛仑兹力 ,导致载流子运动发生偏转或产生螺旋运动, 使电子碰撞几率增加,电阻增大。 巨磁电阻效应：只有在纳米尺度的薄膜中才能观测到,因此纳米材料以及超薄膜制备技术的
纳米材料与技术期末考试知识点总结及参考答案
1.纳米科技的含义、意义。
含义：纳米科技的核心思想是构造纳米尺度的材料或结构，发掘其不同凡响的特性并对此予以研究，以致最终能很好地被人们所应用。
将这种思想和相关方引入到各个领域，便形成形形色色的各类纳米科技研发领域，主要包括：纳米体系物理学；纳米体系化学；纳米材料学；纳米材料学；纳米生物学；纳米机械学；纳米加工制造学；纳米表征测量学；纳米医学等。
意义：纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术。
它是在0.10至100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。
当空间尺度足够小的时候，以分子或者更小的单位排列的时候，就会发现很多比现实世界更为奇异的事情。
这是因为运用纳米技术之后，分子或者原子等粒子的结构会发生很大的改变，当然也就会产生更多的原来不具备的特性。
比如说运用纳米技术之后，衣服脏了只需要用清水洗一下就干净了，比如玻璃杯摔不坏，当然这是普通的日常生活的应用。
对于高端的技术来讲，纳米技术更为重要。
纳米技术在超导的应用方面，集成电路的发展方面都具有重要的地位。
例如后者，大家都知道CPU是一种超大规模的集成电路，现在很普遍的P4技术是运用0.09微米的工艺来书写的；当然CPU的集成度还需要提高，运算速度还需要提高等等，这就要求在电路已经达到极限的情况下更注意电路的宽度的提高了。
未来CPU的发展还需要依靠纳米技术来改进和提高了。
纳米技术是一种新型技术，它是建立在微观的技术基础之上的，所以需要投入的资金和技术都是非常大的，但是一旦达到工业生产之后它所创造的产值往往是异常丰富的。
2.纳米材料的分类、定义、制备路径。
分类：定义：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。
制备路径：（1）从上到下把大的尺度减小到纳米尺寸：破碎球磨蚀刻光刻煅烧喷雾法（2）从下到上把分子尺寸累积成纳米尺寸：蒸发凝结气相沉积共沉淀法3.几个效应。
（1）量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象；纳米半导体的最高被占据分子轨道(HOMO)和最低未被占据分子轨道能级(LUMO)由准连续变为离散能级，同时能隙变宽的现象，称为量子尺寸效应。
湘潭大学纳米材料期末总结
简答题、简述题1) 为什么扫描探针显微镜被称为纳米科技的“眼”和“手”？所谓“眼”即可利用ＳＰＭ直接观察原子，分子以及纳米粒子间相互作用与特性，表征纳米器件。
“手”是指SPM可用于移动原子，分子构造纳米结构，有纳米尺度，研究他们之间的相互作用。
2) 纳米微粒表面改性的方法有哪些？常见的表面修饰方法有：①物理修饰法 1、物理包敷法 2、机械球磨法②化学修饰法★化学偶联法★酯化反应法★表面接枝改性3）纳米结构与纳米材料有什么区别与联系？纳米材料（nano-material ），通常是指构成物质的“单元”的三维尺寸中至少有一维是纳米级的（称之为“纳米单元”）；纳米结构（Nano-Structure）：是指以纳米尺度的物质单元为基元，按一定规律排列，形成一维的、二维的及三维的阵列，这种结构体系就称为“纳米结构”。
4 ）如果合成纳米Al O 粉末，将选用哪种合成技术？如何合成纳米Al O 膜？铝铵钒和碳酸氢铵为原料，用化学法合成尺寸均一，颗粒细小分散的碱式碳酸铝铵前驱沉淀物，进而制备纳米氧化铝粉体的工艺，数据表明：反应物的混合方式对前驱沉淀物及粉体的尺寸和形貌都有很大的影响，用先缓慢滴加，在反应物充分混合且过饱和度达到一定程度的基础上，再将沉淀剂雾化加入的工艺有利于得到尺寸均一，细小分散的NH4Al(OH)2CO3胶体，经灼烧最终制得平均粒径为15nm左右的α-Al2O3粉体。
高纯铝箔( 99. 99% 以上) 经退火(N2气, 500°C) 后，依次用三氯乙烯溶液、氢氧化钠溶液、去离子水清洗干净，在氯酸中进行电化学抛光处理后，于1. 2mol/L H2SO4电解液中进行恒电位阳极氧化, 然后用去离子水冲洗，氮气吹干，即得到所需的AAO 模板。
5）什么是超导临界温度？何谓巨磁电阻效应？超导临界温度：超导体从正常态转变为超导态（零电阻）时的温度，实际上也就是把cooper电子对解体开来的温度，对于转变温度范围较宽的超导体，临界温度可分为起始转变温度、中转变温度和零电阻温度。
纳米材料复习资料
（1）表面控制型金属氧化物半导体材料气敏机理:在空气中吸附氧分子并从半导体表面获得电子从而形成吸附的O2-，O-，O2-，结果导致气敏材料的表面电阻增加。
当还原性气体（如H2）：O-吸附+ H2→H2O + e-被氧原子捕获的电子重新回到半导体中，从而致使气敏材料的阻值下降。
当氧化性气体时，气体与吸附的氧原子发生的化学反应使更多电子被捕获，使金属半导体的表面电阻进一步升高。
（2）体相控制型金属氧化物半导体气敏机理:由于化学计量比的偏离，在半导体禁带中存在施主能级或受主能级，当化学反应性强且容易还原的氧化物半导体与气体接触时，能使氧化物半导体的结构发生改变，使体电阻发生变化。
比如，γ-Fe2O3，气体传感器，当它与气体接触时，随着气体浓度的增加，形成Fe3O4，使器件的体电阻下降。
γ-Fe2O3被还原成Fe3O4，这是一个可逆转的过程，当被测气体脱离后，又恢复为原有状态，通过这种转换达到了检测气体的目的. (3).金属氧化物半导体气敏器件的灵敏度受到多种因素的影响主要因素：1. 材料的化学元素组成:金属氧化物复合材料为例来说明材料的化学元素组成对其灵敏度的影响。
很多研究表明，复合金属氧化物材料的气敏性质要高于单独的一种金属氧化物。
这可能是两种组分的协同作用，但是对于这种协同作用具体的机理至今尚未有明确据.SnO2-ZnO 对正丁醇的气敏性推测SnO2能够有效地促使正丁醇脱氢变为正丁醛，却不能够有效地催化正丁醛分解。
而ZnO 却能够有效地催化分解正丁醛。
所以将这两种材料结合起来，就能够有效地使正丁醇脱氢变为正丁醛，进而催化分解正丁醛。
所以SnO2-ZnO 对正丁醇的气敏性能高于单独的SnO2或ZnO。
并不是所有复合材料的气敏性能都优于单独的任何一种材料。
只有当复合材料中的组分对催化反应彼此促进时，复合材料的气敏性质才有可能提高。
除了协同作用之外，很多文献中提到，在两种或多种组分之间会形成异质结，异质结的形成能够有效提高复合材料的气敏性质.2. 贵金属表面修饰:贵金属的作用：1、高效的激活剂降低粒子接触部分的势垒；2、促进接触面的气体吸附和反应进而提高气敏材料表面的催化活性。
物理化学实验-湘潭大学
本课程适用于化学、应用化学、材料化学、高分子材料科学与工程、药学等专业二年 级以上学生。
三、先修课程
大学物理、物理化学、无机化学实验、有机化学实验、分析化学实验等课程
四、实验项目及课时分配
物理化学实验实验项目及课时分配
实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七 实验八
实验项目
iv
目录
前言 实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七 实验八 实验九 实验十 实验十一 实验十二 实验十三 实验十四 实验十五 实验十六 实验十七 实验十八 实验十九 实验二十 实验二十一 实验二十二 实验二十三 实验二十四 实验二十五 实验二十六 实验二十七
…………………………………………………………………………ⅰ 金属相图…………………………………………………………………1 液体饱和蒸气压的测定…………………………………………………4 燃烧热的测定……………………………………………………………6 完全互溶两组分液态混合物的气-液平衡相图………………………10 粘度法测定高聚物的摩尔质量………………………………………13 电动势的测定和应用…………………………………………………16 溶液表面张力的测定…………………………………………………20 铁的极化和钝化曲线的测定…………………………………………24 电势-pH 曲线的测定……………………………………………………28 一级反应-蔗糖的转化…………………………………………………31 固体在溶液中的吸附…………………………………………………35 胶体的制备及电泳……………………………………………………37 二级反应-乙酸乙酯皂化………………………………………………39 丙酮碘化反应动力学…………………………………………………41 BZ 化学振荡反应………………………………………………………43 偏摩尔体积的测定……………………………………………………47 用CTP－II型永磁天平测定磁化率………………………………49 离子迁移数的测定……………………………………………………52 沉降分析………………………………………………………………55 分光光度法测定配位化合物稳定常数………………………………58 差热分析技术…………………………………………………………60 热失重分析技术………………………………………………………64 旋转园盘电极及电极过程动力学参数测定…………………………67 循环伏安法研究银在氢氧化钾溶液中的电化学行为………………69 主成分分析……………………………………………………………71 丁二烯的量子化学计算………………………………………………73 偶极矩的测定…………………………………………………………77
大学微电子器件期末考试要点归纳总结
大学微电子器件期末考试要点归纳总结微电子器件期末总结1.提高半导体的掺杂浓度，p-n结的势垒高度将会升高，p-n结势垒厚度将会降低2.通过pn结的电子电流小于空穴电流3.与双极型晶体管不同，场效应晶体管是电压控制器件，是多数载流子器件4.p-n结的基本特点是具有单向导电性，pn结正向偏置时导通，反向偏置时截止5.pn结正向导通电压Vf主要与Bg有关，Eg越宽Io 就越小，同种条件下所需Vf则越大6.一般的双极晶体管的发射区基区集电区的杂志浓度大小顺序为发射区>基区>集电区7.pn结点击穿产生机构有两种：雪崩击穿、齐纳击穿8.pn结正向电流的来源是多姿，所以正向电流较大，反向电流来源是勺子，所以反向电流较小，如果给反偏pn结提供大量少子，就能使反向电流9.场效应管三个电极中，D表示漏极，S表示源极，G 表示栅极10.MOSFET的亚阈状态是不出现沟道的一种工作模式，亚阈电流与极电压之间有指数关系1.pn结正向电压呈现出的电容，有扩散电容和势垒电容3.MOSFET的阈值电压随着温度的升高将下降6.晶体管的品种繁多，按其结构可分为双极型晶体管和场效应晶体管7.三极管在电子电路应用中有两种接法：共基极和共射极，标准偏置为发射极正偏集电极反偏8.双极晶体管中少子复合与基区厚薄有关，基区越厚，复合越多，因此基区应做的较薄9.空间电荷区内建电场方向由N型空间电荷区指向P型空间电荷区10.p型区1.pn结两边准费米能级之差等于pn结所加电压大小√2.突变pn结因为是由均匀掺杂的n型半导体和p型半导体构成的，所以势垒区中的电场分布也是均匀的。
（×）3.单边突变的pn结的势垒区主要是在掺杂浓度较高的p+型一边。
（×）4.对于耗尽型的长沟道场效应晶体管，在栅极电压一定时，提高源-漏电压总可以使沟道夹断。
X5.场效应晶体管沟道区域的掺杂浓度越大，器件的阈值电压就越高。
（√）6.在外电场作用下，半导体中同时出现电子电流和空穴电流。
湘潭大学模拟电子技术期末试题
湘潭大学2013年2012级模拟电子技术期末模拟试题适用于：电子信息工程，通信工程一、填空题1、半导体三极管和场效应管，属于双极型器件是、单极型器件是；电压控制型器件是、电流控制型器件是。
2、某放大电路的幅频响应曲线如右图所示，则该放大电路的中频电压放大倍数为A u= 倍，下限截止频率f L= Hz，在截止频率处放大器的实际电压增益为 dB。
3、振荡幅值平衡条件是，其振荡频率是由条件决定。
4、需要稳定静态工作点时，引入的反馈是。
若希望提高放大电路的输入电阻应引入的反馈类型是、需要稳定输出电压，应引入的反馈类型是。
5、当希望提取20Hz-3400Hz的信号时，应选用的滤波器类型是，当希望抑制4KHz以上信号时，应选用的滤波器类型是。
6、放大器件的极间电容决定响应频率、耦合电容与旁路电容决定响应频率。
7、已知某集成运放，开环增益100dB、带宽0-10Hz，用此设计带宽0-40KHz的放大器，单片可以实现的放大倍数是倍。
若需要放大倍数60倍，需要片级联。
8、功率放大电路中，存在交越失真的是类功放，效率最高的是类功放。
二、简答题1、简述RC正弦波产生电路包含几部分？说明稳幅原理。
2、画出完整二极管的V-I曲线，列出3种功能特性不同的二极管。
3、如图电路中，说明A1、A2分别工作在什么状态？Vo1、Vo2分别是什么波形？4、模拟集成运算放大器的内部原理电路包含几部分？各自功能是什么？三、电路如图所示，设图中运放均为理想运放。
试分别推导出Vo1、Vo2、Vo与Vi1、Vi2的关系式。
四、单电源功率放大电路如图所示，忽略功放管的饱和压降。
（1）静态时A点的电压为多少？（2）最大输出功率P0max。
（3）功率管的最大管耗Pcm 。
五、放大电路如图，已知：β=100， u B E =0.7V ，所有电容视为交流短路。
（1）试确定电路的静态工作点参数； （2）计算0,,R R A i u ；（3）若出现电容Ce 击穿短路，可能出现什么问题？六、两反馈放大电路分别如下图(a)、（b ）所示。
纳米复习资料
纳米复习资料本课程以纳米表征学和纳米材料学的内容为主，其中纳米表征学又以扫描探针显微镜(SPM)中的STM和AFM为主。
纳米材料学涉及了纳米材料的基本结构单元，纳米材料的物理效应，以及各维度纳米材料的电子结构和物理、化学特性及其制备方法。
最后是纳米结构的概念和应用。
纳米表征学要点1. 扫描探针显微镜(SPM)的特点2. STM的针尖制备3. AFM的微悬臂偏转检测纳米材料学要点一. 纳米结构单元部分纳米材料的概念及其分类原子团簇的特性C60足球烯的特性碳纳米管的特性和制备方法，CVD法制备碳纳米管中，碳纳米管的生长机理纳米薄膜二.纳米材料的物理基础与基本效应部分小尺寸效应及其影响表面效应三. 纳米微粒的物理和化学特性部分纳米微粒的力、磁、光、光催化性质四. 纳米材料的制备方法部分气体冷凝法氢电弧等离子体法沉淀法水热法(水热技术的特点，水热反应的分类)溶胶凝胶法溅射法流动液面上真空蒸镀法化学气相沉积定义非晶晶化法·纳米陶瓷的制备五. 纳米结构部分纳米结构的定义自组装的定义纳米电子学要点只涉及很少一部分内容: ·单电子器件的基本单元·量子计算机的优点·什么是电导量子化有关纳米材料的安全性,谈谈你个人的看法。
1. 扫描探针显微镜(SPM)的特点分辨率高可实时得到实空间中样品表面的三维图像可以观察单个原子层的局部表面结构可在真空、大气、常温等不同环境下工作配合扫描隧道谱（STS）可以得到有关表面电子结构的信息设备相对简单、体积小、价格便宜2. 纳米材料的概念及其分类两个条件：（1）在三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由他们作为基本单元构建的材料（2）于块体材料相比，在性能上有所突变或者大幅提高的材料分类：纳米基本单元是纳米材料学首要的研究内容。
其按空间维数分为：零维，指空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等。
一维，指空间二维尺度处于纳米尺度，如纳米线(棒)、纳米管等。
电镜分析复习提纲
电子衍射及透射电镜、扫描电镜和电子探针分析复习提纲透射电镜分析部分：4.TEM的主要结构，按从上到下列出主要部件1）电子光学系统——照明系统、图像系统、图像观察和记录系统；2）真空系统；3）电源和控制系统。
电子枪、第一聚光镜、第二聚光镜、聚光镜光阑、样品台、物镜光阑、物镜、选区光阑、中间镜、投影镜、双目光学显微镜、观察窗口、荧光屏、照相室。
5. TEM和光学显微镜有何不同？光学显微镜用光束照明，简单直观，分辨本领低（0.2微米），只能观察表面形貌，不能做微区成分分析；TEM分辨本领高（1A）可把形貌观察，结构分析和成分分析结合起来，可以观察表面和内部结构，但仪器贵，不直观，分析困难，操作复杂，样品制备复杂。
6.几何像差和色差产生原因，消除办法。
球差即球面像差，是由于电磁透镜的中心区域和边缘区域对电子的折射能力不符合预定的规律而造成的。
减小球差可以通过减小CS值和缩小孔径角来实现。
色差是由于入射电子波长（或能量）的非单一性造成的。
采取稳定加速电压的方法可以有效的减小色差；适当调配透镜极性；卡斯汀速度过滤器。
7.TEM分析有那些制样方法？适合分析哪类样品?各有什么特点和用途？制样方法：化学减薄、电解双喷、竭力、超薄切片、粉碎研磨、聚焦离子束、机械减薄、离子减薄；TEM样品类型：块状，用于普通微结构研究；平面，用于薄膜和表面附近微结构研究；横截面样面，均匀薄膜和界面的微结构研究；小块粉末，粉末，纤维，纳米量级的材料。
二级复型法：研究金属材料的微观形态；一级萃取复型：指制成的试样中包含着一部分金属或第二相实体，对它们可以直接作形态检验和晶体结构分析，其余部分则仍按浮雕方法间接地观察形态；金属薄膜试样：电子束透明的金属薄膜，直接进行形态观察和晶体结构分析；粉末试样：分散粉末法，胶粉混合法思考题：1.一电子管，由灯丝发出电子，一负偏压加在栅极收集电子，之后由阳极加速，回答由灯丝到栅极、由栅极到阳极电子的折向及受力方向？2.为什么高分辨电镜要使用比普通电镜更短的短磁透镜作物镜？高分辨电镜要比普通电镜的放大倍数高。
纳米材料复习资料
(1)表面控制型金属氧化物半导体材料气敏机理:在空气中吸附氧分子并从半导体表面获得电子从而形成吸附的O2-，O-,02-，结果导致气敏材料的表面电阻增加。
当还原性气体(如H2)：0-吸附+H2—H2O+e-被氧原子捕获的电子重新回到半导体中，从而致使气敏材料的阻值下降。
当氧化性气体时，气体与吸附的氧原子发生的化学反应使更多电子被捕获，使金属半导体的表面电阻进一步升高。
(2)体相控制型金属氧化物半导体气敏机理:由于化学计量比的偏离，在半导体禁带中存在施主能级或受主能级，当化学反应性强且容易还原的氧化物半导体与气体接触时，能使氧化物半导体的结构发生改变，使体电阻发生变化。
比如，Y-Fe2O3,气体传感器，当它与气体接触时，随着气体浓度的增加，形成Fe3O4,使器件的体电阻下降。
Y-Fe2O3被还原成Fe3O4,这是一个可逆转的过程，当被测气体脱离后，又恢复为原有状态，通过这种转换达到了检测气体的目的. (3).金属氧化物半导体气敏器件的灵敏度受到多种因素的影响主要因素：1. 材料的化学元素组成:金属氧化物复合材料为例来说明材料的化学元素组成对其灵敏度的影响。
很多研究表明，复合金属氧化物材料的气敏性质要高于单独的一种金属氧化物。
这可能是两种组分的协同作用，但是对于这种协同作用具体的机理至今尚未有明确据.SnO2-ZnO对正丁醇的气敏性推测SnO2能够有效地促使正丁醇脱氢变为正丁醛，却不能够有效地催化正丁醛分解。
而ZnO却能够有效地催化分解正丁醛。
所以将这两种材料结合起来，就能够有效地使正丁醇脱氢变为正丁醛，进而催化分解正丁醛。
所以SnO2-ZnO对正丁醇的气敏性能高于单独的SnO2或ZnO。
并不是所有复合材料的气敏性能都优于单独的任何一种材料。
只有当复合材料中的组分对催化反应彼此促进时，复合材料的气敏性质才有可能提高。
除了协同作用之外，很多文献中提到，在两种或多种组分之间会形成异质结，异质结的形成能够有效提高复合材料的气敏性质.2. 贵金属表面修饰:贵金属的作用：1、高效的激活剂降低粒子接触部分的势垒；2、促进接触面的气体吸附和反应进而提高气敏材料表面的催化活性。
综合实验二-纳米器件的透射谱和电导测量 湘潭大学 期末复习
2）库仑堵塞现象：如果两个纳米微粒的尺寸小到一定程度， 它们之间的电容也会小到一定程度，以至于电子不能集体传输 ，只能一个一个单电子传输，这种不能集体传输电子的行为称 之为库仑堵塞。
• 即当中心颗粒（也称量子点或库仑岛）的尺寸足够小时，它与 周围外界之间的电容可小到10-16F的数量级，在这种条件下每 当单个电子从外面穿隧进入库仑岛，它给库仑岛附加的充电能 Ec = e2/2C
6）反常热导 传统宏观材料热输运特性遵守傅里叶定律。
J T
单位时间内通过单位面积的热量，正比于垂 直于该截面方向上的温度梯度以及其截面面 积，而热量传递的方向与温度梯度上升的方 向正好相反。
在碳纳米管、氮化硼纳米 管等微纳结构中，热导率 取决于体系的尺寸大小， 而不再像三维宏观块体材 料一样是一个恒定值（称 这种现象为反常热导）
波函数墙
如何描述纳米材料输运特性？ 答案就是利用格林函数
波函数墙
第三节 格林函数方法简介 格林函数是由哈密顿量来构造的。有一个哈密顿量，就可 以构造相应的格林函数。因此格林函数也就代表了哈密顿量。 它的地位和哈密顿量是等价。凡是通过哈密顿量能够求出的物 理量，也可以通过格林函数来求出。 格林函数的思想是：从描述系统中粒子的运动入手，来求 知与粒子有关的物理性质。从数学上讲，格林函数是一个运动 方程的解。物理上，当然要由系统的哈密顿量来决定解是什么 样的。
格林函数的特点是：
A．它可以不用求解波函数，直接得到本征值、态密度等实验 上可测量的物理量。 B．它有一些比较标准的近似方法，可以比较容易地处理复杂 的系统。 C．由于格林函数是描述粒子的运动的，所以它可以用来求解 系统的输运性质，例如计算电流、电导等。 D．格林函数还是系综的平均值，因此容易处理多体系统，并 且处理有限温度的情况。
纳米材料与器件考试重点
一．一． 符号翻译（5×2分=10分）分）1． PVD ：Physical Vapor Deposi on ，物理气相沉积。
，物理气相沉积。
2． PLD ：Pulsed Laser Deposi on ，脉冲激光沉积。
，脉冲激光沉积。
3． CVD ：Chemical Vapor Deposi on ，化学气相沉积。
，化学气相沉积。
4． Template synthesis ：模板法合成。
：模板法合成。
5． CMC ：临界胶团浓度。
：临界胶团浓度。
6． SEM ：Scanning Electronic Microscopy ，扫描电子显微镜。
，扫描电子显微镜。
7． TEM ：Transmission Electron Microscopy ，透射电子显微镜。
，透射电子显微镜。
8． AFM ：Atomic Force Microscopy ，原子力显微镜。
，原子力显微镜。
9． XRD ：X-Ray Diffrac on ，X 射线衍射法。
射线衍射法。
10． XPS ：X-ray Photoelectron Spectroscopy ，X 射线光电子能谱法。
射线光电子能谱法。
11． EDX ：X 射线能谱仪装置。
射线能谱仪装置。
12． SAED ：Selected Area Electron Diffrac on ，选区电子衍射。
，选区电子衍射。
13． CNT ：Carbon Nanotube ，碳纳米管。
，碳纳米管。
14． EQE ：External Quantum Efficiency ，外量子效率。
，外量子效率。
15． IQE ：Internal Quantum Efficiency ，内量子效率。
，内量子效率。
16． AM ：Air Mass ，大气光学质量。
，大气光学质量。
17． DSSC ：Dye-Sensi zed Solar Cells ，染料敏化太阳能电池。
，染料敏化太阳能电池。
18． HOMO ：Highest Occupied Molecular ，最高已占轨道。
纳米材料分析技术期末复习2
1简述TEM的基本结构透射电镜有电子光学系统，电源与控制系统，及真空系统三部分组成。
电子光学系统通常称筒镜，是透射电子显微镜的核心，他的光路原理与投射光学显微镜十分相似。
他分为三部分，即照明系统，成像系统，和观察记录系统。
2相差是怎样产生的？如何来消除或减小像差？电磁透镜的相差可以分为两类：几何像差和色差。
几何像差是因为投射磁场集合形状上的缺陷造成的，色差是因为电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的。
几何像差主要是指球差和像散。
球差是由于电磁投射的中心区和边缘区域对电子的折射能力不符合预定的规律造成的，像散是由透镜磁场的非旋转对称引起的。
消除和减少的方法：球差：减小孔径半角或缩小焦距均可减小球差，尤其减小孔径半角可是球差明显减小。
像散：引起一个强度和方向都可以调节的矫正磁场即消像散器予以补偿。
色差：采用稳定加速电压的方法有效地减小色差。
3电子波有何特征？与可见光有何异同？电子波的波长较短，轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦。
其波长取决于电子运动的速度和质量，电子波的波长比起可见光小5个数量级。
4成像系统的主要构成及其特点是什么？成像系统主要是由物镜中间镜和投影镜组成。
物镜是用来形成第一幅高分辨率电子显微镜图像或电子衍射花样。
（1）物镜是采用强激磁，短焦距的投射镜（f=1-3mm），它的放大倍数较高，一般为100~300倍。
（2）中间镜是一个弱激磁的长焦距便被透镜，可在0~20倍范围调节。
当放大倍数大于1时，用来缩小物镜像。
（3）投影镜的作用是吧中间镜放大（或缩小）的像（或电子衍射花样）进一步放大，并投影到荧光屏上，他和物镜一样，是一个短焦距的强激磁透镜。
投射镜的几次电流是固定的，因为成像电子束进入投影上，它和物镜一样，是一个短焦距的强激磁透镜。
投影镜的几次电流是固定的，因为成像电子束进入投影镜时孔径很小，因此它的景深和焦距都非常大。
5 说明成像操作和衍射操作时各级透镜（像平面和物平面）之间的相对位置关系。
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6）反常热导
传统宏观材料热输运特性遵守傅里叶定律。
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单位时间内通过单位面积的热量，正比于垂 直于该截面方向上的温度梯度以及其截面面 积，而热量传递的方向与温度梯度上升的方 向正好相反。
在碳纳米管、氮化硼纳米 管等微纳结构中，热导率 取决于体系的尺寸大小， 而不再像三维宏观块体材 料一样是一个恒定值（称 这种现象为反常热导）
C. W. Chang, D. Okawa, H. Garcia, A. Majumdar, and A. Zettl. Breakdown of Fourier’s law in nanotube thermal conductors. Phys. Rev. Lett., 101, 075903 (2008).
在这种情况下一旦某个电子隧穿进入了库仑岛，它将阻止随后的第二 个电子再进入同一库仑岛，这就是库仑阻塞现象。只有等待某个电子 离开库仑岛以后，岛外的另一个电子才有可能再进入。利用库仑阻塞 效应就有可能使电子逐个穿隧进出库仑岛，实现单电子隧穿过程。
3）普适电导涨落：在电导与电压关系测量中，发现小的金属样品， 在低温下电导作为磁场的函数呈现非周期的涨落。
2）库仑堵塞现象：如果两个纳米微粒的尺寸小到一定程度， 它们之间的电容也会小到一定程度，以至于电子不能集体传输 ，只能一个一个单电子传输，这种不能集体传输电子的行为称 之为库仑堵塞。
• 即当中心颗粒（也称量子点或库仑岛）的尺寸足够小时，它与 周围外界之间的电容可小到10-16F的数量级，在这种条件下每 当单个电子从外面穿隧进入库仑岛，它给库仑岛附加的充电能 Ec = e2/2C
，而且还保持信号相位，所以具有相干性。如：A-B效应；量子霍
尔效应等。
A-B效应
磁场B垂直向上，由于金属屏蔽层包绕着螺线管，磁场不能进入 金属环，进而无法影响里面电子的状态。然而，电子依然“感 受”矢势。通过调节螺线管的电流而改变矢势的强度，AB环的 电导会呈现周期性变化。
置于磁场下介观环的电导Aharonov-Bohm振荡
格林函数经常出 现在常微分方程， 求解椭圆型和抛物 型的偏微分方程的 边值问题。
3）电导涨落的一个最重要的特征是 涨落的大小是量级为 的普适量。它与 样品质的材料、尺寸、无序程度、电 导平均值的大小无关。只要样品是介 观大小的，并处于金属区。理论研究 还表明，电导涨落的大小与样品形状 及空间维数只有微弱的依赖关系。正 是由电导涨落的这种间适性，所以才 称之为普适电导涨落。
4）量子相干效应：由于在纳米尺寸中，载流子不仅具？ 答案就是利用格林函数
波函数墙
第三节 格林函数方法简介
格林函数是由哈密顿量来构造的。有一个哈密顿量，就可以 构造相应的格林函数。因此格林函数也就代表了哈密顿量。它 的地位和哈密顿量是等价。凡是通过哈密顿量能够求出的物理 量，也可以通过格林函数来求出。
格林函数的思想是：从描述系统中粒子的运动入手，来求知 与粒子有关的物理性质。从数学上讲，格林函数是一个运动方 程的解。物理上，当然要由系统的哈密顿量来决定解是什么样 的。
5）量子化热导
1998年，Rego等人基于Landauer输运理论，从理论上预 言了低温极限下单一量子通道的热导有一个普适的量子化值 。
2000年，Schwab测量了低温下悬浮氮化硅纳米线中的热导，第一
次在实验上观察到了量子化热导的存在，从而证实了理论上的预测
。
K. Schwab, E. A. Henriksen, J. M. Wrolock, and M. L. Roukes. Measurement of the quantum of thermal conductance. Nature, 404, 974 (2000). L. Rego, G. Kirezenow. Quantized thermal conductance of dielectric quantum wires. Phys. Rev. Lett., 81, 232 (1998).
物理机制：来源于介观金属中的 量子干涉效应即由于电子与杂质 的散射引起的随机干涉效应
1）这是与时间无的非周期涨落，因 而它们不是由于热噪声。
2）这种涨落是样品特有的，每一特 定的样品有自身特有的涨落图样，而 且，对于给定的样品，在保持宏观条 件不变的情况下，其涨落图样是可以 重现的。因此，样品的涨落图样被称 为样品的指纹。
但是，能够严格求解基本上就是无限深方势阱、简谐振子 、氢原子这几个，能够近似求解的系统也是不多的。而且这只 是指单体系统，即系统中只有一个粒子。对于多体系统，则对 于许多情况，联近似求解都是一场困难的。
如何描述纳米材料输运特性？ 我们知道，波函数是一个实验上不可测量的量。不过态密 度等一些其它的试验上可测量的物理量要由波函数来构造。求 解波函数的步骤是最麻烦的，如果是做数值计算的话，求解波 函数部分的计算量是最大的。那么我们能不能找一种方法，可 以绕过求解波函数，直接得到本征值、态密度等一些实验上可 测量的物理量呢？
纳米器件的电子透射谱和 电导测量
－格林函数方法
目录
第一节 纳米材料及其输运特性 第二节 格林函数方法简介 第三节 格林函数方法的定义和框架 第四节 格林函数方法的应用实例
纳米材料的输运特性
当物质小到纳米尺度时，又会对材料的输运性质会产 生哪些不同于宏观物体的现象？
1）电导量子化：即电导或倒数电阻是量子化的，量子电阻 R=h/2e2 ，因此它不再像经典物理所描述的那样，即电压对 电流的比例为一常数（欧姆定律）。
纳米材料输运特性的应用
基于碳纳米管的显示器
基于石 墨烯的 晶体管
基于石 墨烯的 调制器
基于碳纳米管的晶体管
如何描述纳米材料输运特性？ 总所周知，微观世界必须用量子力学来描述。量子力学中最 重要是哈密顿量。一个系统的所有性质由其哈密顿量所决定。一 旦写出这个系统的哈密顿量，就可以求出这个系统的所有性质。 具体做法是，求解薛定谔方程，解出哈密顿量的本征值和本征函 数。由本征值和波函数进而可以知道态密度、跃迁几率等信息。