纳米材料的电学性质
纳米材料基础-电学性质
纳米材料的电学性质从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在０.１微米以下（注１米＝１００厘米，１厘米＝１００００微米，１微米＝１０００纳米，１纳米＝１０埃），即１００纳米以下。
因此，颗粒尺寸在１～１００纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。
纳米金属材料是２０世纪８０年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。
纳米级结构材料简称为纳米材料(nanomaterial)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。
由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。
并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)组成。
纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。
其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。
本文主要讲述纳米材料的电学性质。
纳米材料的电学性质主要从两个方面讲述：导电性，电荷载流子是电子和阴离子，阳离子，以及电子空穴。
节点性，绝缘体（电介质），在外电场作用下内部电场不为零，正负电荷分布的中心分离，产生点偶极矩，即发生电极化。
尺寸效应对纳米材料性能影响分析
尺寸效应对纳米材料性能影响分析纳米材料是指具有一定尺寸范围内的纳米级微观结构的材料，其尺寸效应对其性能具有显著影响，并表现出与传统材料不同的物理、化学和力学性质。
本文将详细分析尺寸效应对纳米材料性能的影响，并探讨其潜在应用前景。
首先，尺寸效应对纳米材料的能带结构和电学性质产生重大影响。
在纳米尺寸下，电子波长与纳米粒子尺寸相当，导致电子的量子限制效应显著增强。
量子尺寸效应使得纳米材料的能带结构变得离散化，能级间隔增大，而带隙缩小，从而改变了电子的传输行为。
这种尺寸效应通常导致纳米材料的导电性能增强，电子迁移率提高，从而使纳米材料在电子器件中具有更高的导电性能和更低的功耗。
其次，尺寸效应对纳米材料的热学性质产生显著影响。
纳米材料因其较大的表面积与体积比，导致更多的表面原子参与热传导过程，从而使得纳米材料的热导率降低。
此外，尺寸效应还使得纳米材料的晶格畸变增加，使得纳米材料的热膨胀系数增大。
这些因素导致纳米材料的热稳定性下降，热膨胀性增强，并在一定程度上限制了纳米材料在高温环境中的应用。
再次，尺寸效应对纳米材料的力学性能也有重要影响。
纳米材料的尺寸效应导致其晶粒尺寸减小，晶界面相对增多。
这些晶界界面作为位错和缺陷的集聚区域，对纳米材料的强度和塑性起到了显著影响。
晶界强化效应使得纳米材料的硬度显著增加，同时使其具有更高的韧性。
此外，纳米材料的位错密度由于尺寸效应而减小，导致其塑性变形能力下降。
这种尺寸效应通常限制了纳米材料在高温和高应力环境中的应用。
最后，尺寸效应对纳米材料的光学性质也产生显著影响。
在纳米尺寸下，纳米材料表面电子与光相互作用增强，使得纳米材料表面等离子共振频率发生改变。
这种尺寸效应导致纳米材料在可见光范围内具有较高的吸收和散射率，从而拥有更强的光学响应。
这种尺寸效应被广泛应用于纳米颗粒的制备、纳米传感器的设计以及生物医学领域的应用。
总之，尺寸效应对纳米材料的性能具有重要影响。
通过调控纳米材料的尺寸，可以实现纳米材料性能的可控调节，为纳米材料的应用提供了潜在可能。
碳纳米管的性质与应用
碳纳米管的性质与应用碳纳米管是一种研究热点，同时也是一种具有广泛应用前景的纳米材料。
碳纳米管具有很多优异的性质，例如高度的机械强度、热导率、光学性质和电学性质等，这些性质使得碳纳米管在各领域中得到了广泛的关注和研究。
本文将从性质和应用两方面来探讨碳纳米管的特点。
一、碳纳米管的性质1. 机械性质碳纳米管具有非常高的机械强度，这是由于其形成时的晶格缺陷极少，且由碳原子构成的共价键是相当强的。
研究表明，碳纳米管的强度可以达到200GPa以上，因此在强度要求高的场合，例如航天航空领域、材料制造业及求医领域等等，碳纳米管都有广泛的应用。
2. 热学性质碳纳米管具有良好的热传导性质，由于它们的长度是大于直径的，因此导热主要沿着管轴方向，这种长程导热机制使得碳纳米管的热导率非常高，可以高达3000W/mK。
同时，其能够承受极高的温度，可以长期工作在1000℃以上的高温环境中，故在制造高精度、高稳定性元器件，以及制造高温传感器方面都有广泛应用。
3. 光学性质碳纳米管具有优良的光学性质，具有很高的吸收能力和强烈的荧光特性。
碳纳米管的宽带能使其吸收并辐射出不同波长的光，因此在生命科学、光电器件等领域得到广泛的应用。
4. 电学性质碳纳米管是一种非常具有潜力的电子材料，具有半导体和金属的特性。
这种双重的特性，使得碳纳米管可用于制造场效应晶体管、电化学电容器、电化学传感器等，同时，在信息技术、存储技术、生物医学等领域，碳纳米管也有着广泛的应用。
二、碳纳米管的应用1. 生物医学碳纳米管在生物医学中的应用非常广泛，主要包括药物传递、成像、生物分析及治疗等方面。
碳纳米管的生物相容性好，特异性高，可以将药物包载于碳纳米管表面，通过靶向技术将药物输送至受体细胞表面，从而达到治疗的目的。
此外，碳纳米管还能用于医学检测成像，如：磁共振成像、X射线成像、核酸检测等疾病诊断。
2. 能源材料由于碳纳米管的高热传导、高机械强度、高表面积和优质导体性质，使得碳纳米管可以用于电化学能源存储、传感及转换。
17 纳米材料的性质
• 2. 表面原子数的增加 • 由于粒子尺寸减小时，表面积增大，使处于表 面的原子数也急剧增加．
对于密堆积的纳米 微粒，壳层的原子 数可以表示为：
10n2 2
n 为壳层数。 第一层：1+12=13 第二层：13+42=55 第三层：55+92=147
表面原子数占全部原子数的比例和粒径之间的关系
量子尺寸效应与态叠加
• 所以量子尺寸效应其实不是粒子尺寸决定的，而 是数目决定的，是当组成微粒的原子数目从10 数 量级减小到10 ～10 时，量变引起了质变，导致 纳米微粒的热、电、磁、光、声以及超导电性与 宏观特性有显著不同，粒子显现出多种特异的物 理性质。称量子尺寸效应。有人又称纳米微粒为 “超微粒子”，“超微”含义并非是单纯尺寸比 微米小，当固体颗粒尺寸逐渐减小到一定程度发 生质变，即它的物理化学性质发生突变，出现与 大块宏观物质有明显差异才是“超”的真正含义。
• 4、表面效应及其结果 • 纳米粒子的表面原子所处的位场环境及结合能 与内部原子有所不同。 • 存在许多悬空键，配位严重不足，具有不饱和 性质，因而极易与其它原子结合而趋于稳定。 • 所以具有很高的化学活性。
表面效应的主要影响：
1、表面化学反应活性 2、催化活性 3、纳米材料的稳定性 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 10、吸收光谱的红移现象
纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面 原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增 大后所引起的性质上的变化 1.比表面积的增加 比表面积常用总表面积与质量或总体积的比值表 示。质量比表面积、体积比表面积 (G代表质量，m2/g) Sg S / G
第三章 纳米材料的特性
（一）纳米材料的结构与形貌ZnO nanotube （一）纳米材料的结构与形貌1D ZnO nanostructures 热学性能电学性能磁学性能光学性能开热学性能开始烧结温度下降开始烧结温度下降TiO2微粒的烧结与尺寸关系纳米颗粒的晶化温度降低电阻特性介电特性压电效应电阻特性纳米金属与合金的电阻Gleiter等对纳米金属Cu，Pd，Fe块体的电阻与温度关系，电阻温度系数与颗粒尺寸的关系进行与常规材料相比，Pd纳米相固体z 随颗粒尺寸减小，电阻温度系Pd纳米固相的电阻温度系数与尺寸的关系例如，纳米银细粒径20nm18nm11nm纳米金属与合金的电阻电阻特性电阻特性介电特性是材料的基本物性•介电常数：•最新的纳米材料微波损耗机制是如今吸波材料分析的一大热点常规材料的极化都与结构的有序相联系，而纳米材料在结构上与常规粗晶材料存在很大的差别．它的介电行为（介电常数、介电损耗）有自己的特点。
介电特性减小明显增大。
在低频范围内远高于体材料。
介电特性目前，对于不同粒径的纳米非晶氮化硅、纳米钛矿、金红石和纳米（个损耗峰．损耗峰的峰位随粒径增大移向高频。
7nm27nm 84nm 258nm介电特性压电效应压电效应纳米压电电子学(Nanopiezotronics)全新研究领域和学科,有机地把压电效应和半导体效应在纳米尺度结合起来高磁化率超顺磁性：当铁磁质的磁化达到饱和之后，如果将外磁场去掉，由于介质中的掺杂内应力阻碍磁畴恢复到原来的纳米微粒尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力右图为用惰性气体蒸发冷凝方法制备的Fe纳米微粒居里温度降低居里温度降低居里温度降低随粒径下降而减小，根据铁磁学，原子间距减小会随着粒径减小而对9nm Ni微粒：高磁化率巨磁电阻效应z 巨磁电阻效应巨磁电阻效应纳米材料磁学特性小结纳米材料光学特性宽频带强吸收粒子的反射率为1％，Au 纳米粒子的反射率小于10％。
纳米氮化硅对红外有一个宽频强吸收谱纳米氮化硅红外光谱Si3N4热压片的红外吸收谱Si-N 键伸缩震动宽频带强吸收吸收光谱的兰移现象吸收光谱的兰移现象激子吸收带吸收光谱的红移现象吸收光谱的红移现象：激子吸收带纳米颗粒发光现象上图曲线1和2分别为掺了粒径大于10 纳米和5纳米的CdSexS1-x的玻璃的光吸收谱，尺寸变小后出现明显的激子峰。
纳米材料物理化学性质
第四章纳米材料的物理化学性能纳米微粒的物理性能第一节热学性能※1.1. 纳米颗粒的熔点下降由于颗粒小，纳米颗粒的表面能高、比表面原子多，这些表面原子近邻配位不全，活性大以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需要增加的内能小得多，这就使纳米微粒熔点急剧下降。
金的熔点：1064o C；2nm的金粒子的熔点为327o C。
银的熔点：960.5o C；银纳米粒子在低于100o C开始熔化。
铅的熔点：327.4o C；20nm球形铅粒子的熔点降低至39o C。
铜的熔点：1053o C；平均粒径为40nm的铜粒子，750o C。
※1.2. 开始烧结温度下降所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低于熔点的温度下使这些粉末结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度。
纳米颗粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮灭，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。
※1.3. NPs 晶化温度降低非晶纳米颗粒的晶化温度低于常规粉末，且纳米颗粒开始长大温度随粒径的减小而降低。
※熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低等热学性质的显著变化来源于纳米材料的表（界）面效应。
第二节电学性能2.1 纳米金属与合金的电阻特性1. 与常规材料相比，Pd纳米相固体的比电阻增大；2. 比电阻随粒径的减小而逐渐增加；3. 比电阻随温度的升高而上升4. 随粒子尺寸的减小，电阻温度系数逐渐下降。
电阻的温度变化规律与常规粗晶基本相似，差别在于温度系数强烈依赖于晶粒尺寸。
随着尺寸的不断减小，温度依赖关系发生根本性变化。
当粒径为11nm时，电阻随温度的升高而下降。
5. 当颗粒小于某一临界尺寸时（电子平均自由程），电阻的温度系数可能会由正变负，即随着温度的升高，电阻反而下降（与半导体性质类似）.电子在晶体中传播由于散射使其运动受阻，而产生电阻。
※纳米材料的电阻来源可以分为两部分：颗粒组元（晶内）：当晶粒大于电子平均自由程时主要来自晶内散射界面组元（晶界）：晶粒尺寸与电子平均自由程相当时，主要来自界面电子散射•纳米材料中大量的晶界存在，几乎使大量电子运动局限在小颗粒范围。
等离子体纳米材料定义
等离子体纳米材料定义等离子体纳米材料定义等离子体纳米材料是指由等离子体作用形成的，尺寸在1~100纳米范围内的纳米材料。
等离子体是一种高能粒子或光子与物质相互作用后所产生的电离气体，具有高温、高压、高密度、高能量等特点。
在这种条件下，物质原子或分子被激发成为带电粒子，形成了一种新的物态——等离子体。
制备方法目前制备等离子体纳米材料的方法主要有以下几种：1. 等离子体溅射法：将靶材置于真空室中，通过加热或电弧放电使靶材表面产生等离子体，并利用惰性气体将靶材表面溅射成粒径在几纳米至十几纳米之间的纳米颗粒。
2. 等离子体聚合法：将单一或多种气态前驱物引入反应室中，在激励下形成等离子体，并通过化学反应将前驱物转化为纳米颗粒。
3. 等离子体切割法：利用激光等离子体切割技术，在金属表面形成纳米结构。
性质与应用等离子体纳米材料具有以下几种特殊的性质：1. 光学性质：等离子体纳米材料具有表面等离子共振现象，能够吸收、散射和放大光信号，因此在光学传感器、生物成像和太阳能电池等领域有广泛应用。
2. 电学性质：等离子体纳米材料具有高导电率和高介电常数，可用于导电膜、超级电容器、电磁屏蔽和微波吸收等领域。
3. 磁学性质：通过控制制备条件，可以使等离子体纳米材料呈现出不同的磁性行为，如铁磁、反铁磁和顺磁。
这些特殊的磁性行为使得其在数据存储、医学诊断和治疗等领域有重要应用。
4. 化学性质：由于其表面活性位点丰富，等离子体纳米材料可用于催化剂、气敏传感器和环境污染治理等领域。
总之，等离子体纳米材料具有独特的物理、化学和生物学性质，是一种具有广泛应用前景的新型纳米材料。
随着制备技术的不断发展和完善，其应用领域将会更加广泛。
纳米材料的电学性质研究及应用
纳米材料的电学性质研究及应用纳米材料是一种新型材料，因其特殊的尺寸效应和表面效应，具有与宏观尺寸材料不同的物理、化学和电学性质。
在过去的几十年中，纳米材料的研究和应用已经取得了长足的进展。
其中，纳米材料的电学性质研究及应用是一个重要的研究方向。
一、纳米材料的电学性质研究纳米材料的电学性质与其尺寸和形貌密切相关，主要体现在电阻率、电导率、介电常数、电荷密度等方面。
1. 电阻率随着材料尺寸的不断减小，纳米材料中电子与原子间的散射减少，导致电子传输的流动路径减短，使电阻率降低。
同时，纳米材料还存在量子尺寸效应和界面效应等因素，使其电阻率表现出复杂的尺寸依赖性。
例如，在纯银的纳米线中，当直径小于50nm时，电阻率随直径增加而降低，但当直径小于10nm时，电阻率开始升高。
2. 电导率纳米材料的电导率与电阻率有相似的尺寸依赖性。
当材料尺寸减小到一定大小时，电导率会发生突变。
这是因为纳米材料中的电子受到晶格的限制，不再能够自由运动，从而阻碍了电子的导电。
3. 介电常数介电常数主要与材料的极化和导电性质有关。
随着尺寸的减小，纳米材料中电子的极化效应和界面效应越来越明显，从而导致介电常数的改变。
例如，在氧化锌的纳米晶体中，当粒径小于50nm时，介电常数会出现明显增加。
4. 电荷密度纳米材料的电荷密度与其表面形貌和化学成分有关。
在纳米颗粒表面，由于分子结构的改变和表面能的变化，通常会出现电子传输发生和化学反应发生的巨大变化。
以上是纳米材料电学性质的主要特征，而在实际应用中，更多的是关注纳米材料的电学性质所带来的一系列重要应用。
二、纳米材料的电学性质应用纳米材料的电学性质研究为其应用提供了重要的理论基础，同时也使得其应用领域更加广泛。
1. 生物医学纳米材料的电学性质具有较高的生物相容性和生物可降解性，可以在生物医学领域中应用。
例如，利用吸附纳米颗粒的特殊表面性质，可以研制出用于医学影像学和肿瘤治疗的纳米颗粒。
2. 能源存储纳米材料的电学性质能够提高电化学能量储存和释放的效率，因此在能源存储领域中有重要应用。
量子点材料的物理和化学性质
量子点材料的物理和化学性质量子点作为一种新型纳米材料，具有很多独特的物理和化学性质，被广泛应用于生物、光电和能源等领域。
本文将从物理和化学两个方面探讨量子点材料的性质。
一、物理性质1、量子效应量子点的大小通常在1~10纳米之间，因此具有明显的量子效应。
其中最典型的就是尺寸效应。
当量子点的尺寸变得越来越小时，由于限制了电子的运动，就会导致晶格参数的变化。
此外，由于量子点的能级密度高，电子之间的相互作用增强，而束缚能也随之增大。
这些都是普通晶体所不具备的特殊性质。
2、荧光性质量子点具有独特的荧光性质，这是由于它们的电子结构特殊。
当量子点被激发时，其电子会从基态跃迁至激发态，同时释放出光的能量。
由于量子点的尺寸小到相当于一个玻色子的大小，电子之间的相互作用会导致荧光发射光谱出现禁带，从而使得不同尺寸的量子点显示出不同的荧光颜色。
这种具有窄带发射性质的荧光不仅在生物分子探测、药物诊断、环境污染探测等领域应用广泛，还可以制备出更高效、更稳定的荧光材料。
3、电学性质量子点的电学性质也非常值得关注。
尤其是对于半导体量子点，其能带结构和中心对称特性在电学器件中发挥了重大作用。
量子点的束缚能和费米能级之间的空间距离非常小，因此在外加电场的作用下能级发生改变的可能性很大。
最近，基于单个量子点的荧光从电致变性等现象已被应用于制备分子开关和量子点分子逻辑门等电学器件。
二、化学性质1、表面修饰量子点表面的化学修饰是控制其性质的一个重要因素。
对于多数量子点而言，它们的表面都是带有官能团的脂肪酸分子。
然而，这种简单的方法在某些应用中可能不够灵活或者对荧光性能有负面影响。
因此，表面修饰方法越来越多。
比如，可以通过表面离子交换或者阳离子镁离子掺杂等方法进行表面门控。
2、传递性量子点可以被用作电子、荷质子和能量的传递介质。
量子点的电子结构和荧光特性能够很好地和生物体内的物质相互作用，因此被广泛应用于生物标记、抗癌药物的选择和治疗等领域。
碳基纳米材料
碳基纳米材料
碳基纳米材料是一类具有特殊结构和性能的纳米材料，由碳元素组成，具有独
特的电学、光学、热学和力学性质。
碳基纳米材料包括碳纳米管、石墨烯、碳纳米片等，它们在材料科学、纳米科技、电子学、光电子学等领域具有广泛的应用前景。
首先，碳纳米管是一种空心圆柱形结构的碳纳米材料，具有优异的导电性、热
导率和力学性能。
碳纳米管可以用于制备导电材料、增强材料、传感器、储能材料等。
其独特的结构和性能使其在纳米材料领域具有重要的应用前景。
其次，石墨烯是一种由单层碳原子按照六角形排列而成的二维材料，具有优异
的导电性、热导率和机械强度。
石墨烯可以用于制备柔性电子器件、透明导电薄膜、超级电容器、锂离子电池等。
其独特的二维结构和优异的性能使其成为纳米材料领域的研究热点。
最后，碳纳米片是一种由多层石墨烯片层堆积而成的纳米材料，具有介于石墨
烯和石墨之间的性质。
碳纳米片可以用于制备导电材料、阻燃材料、复合材料等。
其特殊的结构和性能使其在材料科学和工程领域具有广泛的应用前景。
总之，碳基纳米材料具有独特的结构和性能，具有广泛的应用前景。
随着纳米
科技的不断发展和进步，碳基纳米材料将会在材料科学、电子学、光电子学等领域发挥重要作用，推动科技创新和产业发展。
希望通过对碳基纳米材料的研究和应用，能够为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
纳米材料有哪四个特性
纳米材料有哪四个特性纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1nm~100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。
这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。
纳米材料的基本特性由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。
纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面原子占相当大的比例。
随着粒径减小，表面原子数迅速增加。
这是由于粒径小，表面积急剧变大所致。
由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。
例如：金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒空子暴露在空气中会吸附并与气体进行反应。
纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
随着粒径变小，表面原子所占百分数将会显著增加。
当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子表面。
由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。
2、小尺寸效应当超细微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；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等待性呈现新的小尺寸效应。
例如：光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态向磁无序态的转变；超导相向正常相的转变；声子谱发生改变等由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
CdS纳米材料的制备及其电学性质研究
CdS纳米材料的制备及其电学性质研究近年来，纳米领域的发展引起了人们极大的兴趣和热情，纳米材料逐渐成为材料科学研究的热点之一。
CdS纳米材料作为一种新型半导体材料，具有许多优良的电学、光学性质，在光电领域、生物医学领域等方面具有广泛的应用前景。
本文将介绍CdS纳米材料的制备方法及其电学性质研究进展。
一、 CdS纳米材料的制备方法CdS纳米材料的制备方法主要包括物理和化学两种方法。
物理方法包括凝聚态法、气相法、水热法等，化学方法包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳法等。
1、水热法水热法是一种简单、低成本的化学制备方法。
通过在高温高压下使CdS纳米晶体自组装形成，能够得到高质量的CdS纳米材料。
水热法制备CdS纳米材料的步骤主要包括如下几个步骤：（1）溶液混合：将Cd(NO3)2和Na2S溶解在去离子水中，得到CdS纳米材料的前体溶液。
（2）反应条件：将前驱体溶液放入高温高压反应体系中，在一定的反应时间内进行反应。
（3）沉淀和清洗：将反应后的CdS沉淀通过离心分离，用去离子水进行多次清洗，保证产品纯度。
2、微乳法微乳法是一种新型的化学制备方法，与传统的溶胶-凝胶法相比，微乳法可以得到更为均匀的CdS纳米材料。
其制备步骤如下：（1）制备微乳：将表面活性剂、油、水混合物通过高能超声波或机械搅拌等方法均匀搅拌，制备微乳。
（2）CdS纳米材料的合成：在微乳中加入Cd(NO3)2和Na2S溶液混合，充分混合后进行加热反应。
（3）清洗和分离：将反应产生的CdS纳米材料用去离子水洗涤清洗，并离心分离沉淀，得到CdS纳米粒子。
二、CdS纳米材料的电学性质研究CdS纳米材料的电学性质是其应用范围的决定因素之一，研究CdS纳米材料的电学性质对于其应用具有重要的意义。
CdS纳米材料的电学性质主要包括导电性、能带结构和光电特性等。
1、导电性CdS纳米材料的导电性受到其晶体结构和尺寸等多种因素的共同影响。
研究发现，CdS纳米材料呈现出明显的尺寸效应，纳米粒子尺寸越小，其导电性越强。
量子点与纳米材料的光电性质
量子点与纳米材料的光电性质随着科学技术的发展，微纳技术的应用日益广泛。
作为纳米科技中的重要分支，量子点技术已经被广泛研究和应用。
量子点技术是将微小尺寸的半导体结构应用于光电子学和光电化学中，研究这些纳米尺寸的物质对于光的响应和其他电子学特性。
与传统材料相比，量子点和纳米材料具有很多独特的性质，这些性质对于我们理解光电子学和开发新型光电器件非常重要。
量子点和纳米材料的定义量子点是一种小尺寸的半导体材料，其尺寸约在1到100纳米之间。
由于量子点具有特定的尺寸、形状和组成，它们可以通过调节这些参数来精确地控制材料的光学和电学性质。
与传统的半导体材料相比，量子点材料具有更强的荧光性质和波导行为，这些特性可以被广泛用于传感、标记和成像等领域。
纳米材料是一种尺寸在1到100纳米之间的物质，其尺寸比分子小，比细胞大，通常由数百到数千个原子组成。
与传统材料相比，纳米材料具有更大的比表面积、更高的反应活性和更特殊的光学和电学性质。
这些特性使得纳米材料在传感、催化和光电器件等领域具有广泛的应用前景。
量子点和纳米材料的光学性质量子点和纳米材料都具有特殊的光学性质，这些性质是其在生物医学成像、传感和光电器件等领域应用中的重要因素。
一、荧光在生物医学成像和光电子学中，荧光成像是一种常用的检测技术。
量子点和纳米材料可以通过荧光发射来产生高亮度的信号，这些信号强度比传统的荧光染料要高得多。
同时，由于量子点和纳米材料具有可调节的荧光发射波长，可以通过改变其化学组成和尺寸调控其发射波长，从而用于多种荧光标记和成像应用。
二、吸收光谱与荧光发射相对应的是吸收光谱，量子点和纳米材料在不同波长范围内都有很强的吸收光谱。
这使得这些材料可以用于传感器和光电器件等应用中的探测和转化，从而实现对光信号的敏感响应。
三、表面增强拉曼散射光谱（SERS）表面增强拉曼散射光谱是一种极其灵敏的分析技术，它可以检测到分子级别的信号。
将量子点和纳米材料结合到表面增强拉曼散射光谱技术中，可以显著提高该技术的灵敏度和特异性。
什么叫纳米材料
什么叫纳米材料
纳米材料是指至少在一维尺度上具有至少一个尺寸小于100纳米的材料。
纳米
材料具有独特的物理、化学和生物学特性，因此被广泛应用于各个领域，包括材料科学、生物医学、能源和环境等。
首先，纳米材料的独特之处在于其尺寸效应。
当材料的尺寸缩小到纳米级别时，其表面积与体积之比会大大增加，从而导致材料的表面活性增强。
这使得纳米材料在催化、传感、吸附等方面具有独特的性能，广泛应用于化学反应、生物医学诊断和治疗等领域。
其次，纳米材料的量子效应也是其独特之处之一。
在纳米尺度下，材料的电子
结构会发生变化，出现量子尺寸效应，使得纳米材料具有特殊的电学、光学和磁学性质。
例如，纳米颗粒的光学性质会发生明显变化，表现出颜色的可调性和增强的荧光性能，因此被广泛应用于生物成像、光电器件等领域。
此外，纳米材料的结构和形貌也是其独特之处。
纳米材料可以通过控制其形貌
和结构来调控其性能，例如通过调控纳米颗粒的形状和尺寸来实现对其光学性质的调控，或者通过构筑纳米多孔结构来实现对其吸附和催化性能的调控。
纳米材料的独特性质使得其在各个领域具有广泛的应用前景。
在材料科学领域，纳米材料被应用于制备高性能的催化剂、传感器、电子器件等；在生物医学领域，纳米材料被应用于药物输送、生物成像、诊断治疗等；在能源和环境领域，纳米材料被应用于太阳能电池、储能材料、污染物吸附等。
总的来说，纳米材料具有独特的尺寸效应、量子效应、结构和形貌，因此在各
个领域具有广泛的应用前景。
随着纳米技术的不断发展，相信纳米材料将会在未来发挥越来越重要的作用，推动科学技术的进步和社会的发展。
纳米材料的制备与性能研究
纳米材料的制备与性能研究近年来，纳米科技逐渐成为各国科技发展的重点之一。
纳米材料作为纳米科技的基础，不断地在制备和性能方面迈进了新的步伐。
本文将详细讨论纳米材料的制备与性能研究，并简要介绍其应用前景。
一、纳米材料制备方法纳米材料的制备方法多种多样，根据其分散态、粒径大小和形态进行分类，其中常见的制备方法有：1.溶剂热法溶剂热法利用酸、碱等反应物在高温高压的条件下发生化学反应，生成纳米材料。
其优点是制备粒径均一、反应时间短等。
同时也有其缺陷，如反应物的使用存在限制、后处理麻烦等。
2.电化学法电化学法是利用电化学原理，在电极表面上制备纳米材料。
该方法具有简易、速度快等优点，但同时也需要注意电解液浓度、电极材料等影响因素。
3.球磨法球磨法采用机械能对大块材料进行高速球磨，实现纳米材料制备。
其优点在于操作简便，但需要注意球磨时间和配合剂等因素对材料的影响。
以上三种方法，分别适用于不同种类的材料制备，需要根据实际情况进行选择，才能达到更好的效果。
二、纳米材料性能研究纳米材料制备完毕后，下一步就是对其进行性能研究。
纳米材料的性能与普通材料不同，其表面能、电学、热学、光学等性质都随着粒径大小和形态的改变发生了显著的变化。
下面分别进行介绍：1.表面能的变化随着粒径的缩小，纳米材料比表面积相对于普通材料更大，因此表面能更高。
高表面能会导致纳米材料的活性提高，吸附能力也更强。
同时也会导致纳米粒子互相吸附并凝聚。
2.电学性质的变化由于纳米材料表面积较大，因此可以表现出电路系统中独特的特性。
纳米材料与电子之间的相互作用更强烈，电流密度更高。
同时，也可以利用纳米材料在电学上的独特性质，研究其在电池、超级电容器等器件上的应用。
3.热学性质的变化纳米材料的小尺寸和较大比表面积会影响其热学性质，如热传导和膨胀系数等。
纳米材料在热学上的独特性质，可用于太阳能电池、热电器件等领域，比如可以用纳米黑的方式来改善太阳能电池的利用效率。
纳米材料的电学性质及其在电子器件中的应用
纳米材料的电学性质及其在电子器件中的应用随着科技的不断进步，人类对于物质的控制程度越来越高。
纳米材料作为新型材料中的佼佼者，其独特的电学性质正引起越来越多的关注。
本文将从材料学的角度出发，简要介绍纳米材料的电学性质，并探讨其在电子器件中的应用。
一、纳米材料的电学性质纳米材料因其具有尺寸小、比表面积大、量子效应等特征，在电学性质上与宏观材料有很大的不同。
下面我们将从导电性、阻挡效应、光电性能等几个方面来看。
（一）导电性纳米材料的导电性与其表面电子状态有关。
当纳米材料尺寸缩小至几十纳米以下，其表面所占比例就越来越大。
而表面电子状态与材料尺寸和表面结构有关，当表面电子态密度不断增大时，会使导电性逐渐增强。
（二）阻挡效应当材料尺寸缩小至纳米级别时，其电子波长与材料尺寸相近，会产生量子效应，形成电子驻留态，从而出现阻挡效应。
在这种效应下，当电子从材料中吸收能量时，其仅能在一定的能量范围内进行运动，不能完成整个波长的运动，从而使电子不能通过纳米尺寸的材料，呈现出与材料厚度成反比的障壁。
这种效应的存在，增加了纳米材料在器件中的应用广度和深度。
（三）光电性能在纳米级尺寸下，量子效应也可以发挥其独特作用，使材料产生显著不同于大尺寸材料的光电性能。
一方面，当电界强度足够时，可以形成电子空穴对，从而使材料具有非线性光吸收特性；另一方面，由于量子效应的存在，纳米尺寸的材料可以对不同波长的光产生明显的吸收峰，从而可以用于太阳能电池、光催化等光伏应用。
二、纳米材料在电子器件中的应用（一）传感器纳米级传感器可以利用纳米材料的表面电子特性和量子效应，高效地传递电子信号，从而满足传感器对灵敏度、快速响应的要求。
同时，低维纳米材料的高表面积、多孔结构使其具有极高的吸附能力，将分子吸附在表面，形成电容变化，从而实现对于物质的检测。
（二）光电器件在光电器件方面，纳米材料的应用也具有重要的意义。
例如，纳米级量子点可以将光能转化为电能，形成高效的太阳能电池；纳米级光学波导和谐振腔可以实现高效率的激光器和LED器件，还可以利用纳米尺寸材料的表面等离子共振现象，实现超薄、柔性的太阳能电池。
纳米特性
1，纳米材料与常规材料的区别？答：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(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料[1] ，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
纳米级结构材料简称为纳米材料(nano material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。
由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。
并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
2，纳米技术当今发展趋势？答：纳米技术的发展，将给我们的生活带来极大的变化。
自九十年代初开始兴起的纳米技术，可以带来信息、能源、交通、医药、食品、纺织、环保等诸多领域的新变革，大大提升我们的生活质量。
如目前日本出现许多抗菌的日常用品，就是将抗菌物质进行纳米化处理，在生产过程中加进去，抗菌内衣、抗菌茶杯等便生产出来了；如果在玻璃表面涂一层渗有纳米化氧化钛的涂料，那么普通玻璃马上变成具有自己清洁功能的"自净玻璃"，不用人工擦洗了；而电池使用纳米化材料制作，则可以使很小的体积容纳极大的能量，届时汽车就可以像目前的玩具汽车一样，以电池为动力在大街上奔驰了；计算机在普遍采用纳米化材料后，可以缩小成为"掌上电脑"，体积将比现在的笔记本式电脑还要小得多。
普通的材料，通过纳米化处理，更能增添许多神奇特性。
如陶瓷经过纳米化加工，可制成陶瓷弹簧、刀具等；而一些固体变成纳米化微粒后，不仅粘附力增强，还新添了对紫外线光的吸收性质，除了可制成抗掉色的口红，还可开发出防灼的高级化妆品。
此外，利用纳米化材料特殊的磁、光、电等性质，还可以开发出难以计数的新的元器件，在信息工程、生物工程等方面发挥重要作用，从而衍生出新兴的高科技产业群。
纳米技术给我们生活带来的变革，将不亚于电力代替蒸气的变革。
纳米材料的性质
纳米材料的性质
纳米材料是一种具有特殊性质和应用潜力的材料，其尺寸在纳米尺度范围内。
纳米材料的性质主要包括物理性质、化学性质和生物性质。
首先，纳米材料的物理性质表现出了许多独特的特点。
由于其尺寸处于纳米尺度，纳米材料表面积大大增加，使得其表面活性增强，从而呈现出了特殊的光学、电学、磁学等性质。
比如，纳米颗粒的光学性质会随着颗粒尺寸的改变而发生变化，纳米材料的电学性质也表现出了优异的导电性和介电性。
此外，纳米材料的热学性质也呈现出了独特的特点，如纳米材料的热导率和热膨胀系数都与其尺寸密切相关。
其次，纳米材料的化学性质也具有特殊的表现。
纳米材料的化学反应活性高，
表面原子数增加，使得其化学反应速率加快，从而表现出了特殊的催化性能。
此外，纳米材料的表面能和晶界能也随着尺寸的减小而增加，使得其在催化、吸附等方面具有独特的应用潜力。
同时，纳米材料的表面修饰和功能化也成为了当前研究的热点，使得纳米材料在生物医学、环境保护等领域得到了广泛的应用。
最后，纳米材料的生物性质也备受关注。
纳米材料的尺寸与生物体内的生物大
分子尺寸相近，使得其在生物医学领域具有独特的应用前景。
纳米材料可以被用于生物成像、药物传输、生物传感等方面，其生物相容性和生物毒性也成为了当前研究的重点。
总的来说，纳米材料的性质包括物理性质、化学性质和生物性质，其独特性使
得其在材料科学、化学、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
然而，纳米材料的安全性和环境影响也需要引起足够的重视，加强对纳米材料的研究和监管，以确保其可持续发展和安全应用。
纳米材料的特性
纳米材料的特性纳米材料的特性纳米材料是指在尺寸维度上具有纳米级别尺寸（1-100纳米）的材料。
由于其尺寸和结构的特殊性，纳米材料展现出许多独特的特性，这些特性在各种领域中具有广泛的应用，如电子学、催化剂、材料科学等。
以下是关于纳米材料的一些主要特性：1. 尺寸效应：纳米材料具有特定的尺寸效应，即其特性会随着尺寸的减小而显著改变。
在纳米尺度下，电子和光子的行为受到约束效应的影响，如量子大小效应和表面效应。
因此，纳米材料的电学、光学、磁学等性质与传统材料相比具有显著差异。
2. 巨大的比表面积：纳米材料的巨大比表面积使其相对于体积材料具有更多的活性表面，有利于吸附、催化和反应的发生。
例如，在催化剂中使用纳米颗粒可以提高催化活性，因为它们能提供更多的活性表面，与反应物接触。
3. 高强度和硬度：纳米材料由于具有较小的晶体尺寸和内部组织的特殊结构，具有更高的强度和硬度。
这是因为纳米颗粒具有更大的表面活性，从而增加了原子之间的键合数目，并提高了材料的强度。
4. 优异的导电性：纳米材料如纳米线、纳米管和纳米片具有优异的电导率，这是由于其小尺寸和高比表面积导致大量的载流子密度。
这使得纳米材料在电子学和光电器件中具有重要的应用潜力。
5. 量子效应：在纳米尺度下，材料的能带结构和光学特性会出现量子效应。
例如，纳米颗粒具有量子大小效应，其能带结构会发生变化，并且在光学上显示出新的能带间跃迁。
6. 热稳定性：纳米材料的热稳定性一般较高，能够耐受较高温度和压力。
这使得纳米材料具有在高温环境下使用的潜力，例如在高温催化、传感和能源存储中的应用。
纳米材料的这些特性使其在各种领域中具有广泛的应用潜力，如电子学、催化剂、能源存储、生物医药等。
随着对纳米材料性质的进一步研究和理解，纳米科技的发展和应用将为人类创造出更多的机会和可能性。
第四章 纳米材料的特异性质
应用:
利用宽频带强吸收这个特性可以作为高效率的光热、 光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电 能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。 隐身就是把自己隐蔽起来，让别人看不见、测不到。
隐型飞机就是让雷达探测不到，它是在机身表面涂上红外 与微波吸收纳米材料来实现的，因为雷达是通过发射电磁 波再接收由飞机反射回来的电磁波来探测飞机的。1991年 海湾战争中，美国F117A型飞机的隐身材料就是含有多种 纳米粒子，故对不同的电磁波有强烈的吸收能力。在42天 战斗中，执行任务的的飞机1270架，摧毁了伊拉克95%的 军大事块设金施而美国战机无一受损。
（2）蓝移现象
与大块材料相比，纳米微粒的 吸收带普遍存在“蓝移”现象， 即吸收带移向短波方向。例如， 纳米SiC颗粒和大块SiC固体的峰 值红外吸收频率分且是814cm-1 和794cm-1。纳米氮化硅颗粒和 大 块 Si3N4 ， 固 体 的 峰 值 红 外 吸 收 频 率 分 别 是 949cm-1 和 935 cm-1 。由不同粒径的Si纳米微粒 纳吸大收块光金谱看出，随着微粒尺寸 的变小而有明显的蓝移。
应用:
利用不同粒径纳米颗粒的 蓝移现象可以设计波段可 控的新型吸收材料。
大块金
（3） 吸收光谱的红移现象
• 有时候，当粒径减小至纳米级时，会观察到光吸收带 相对粗晶材料的“红移”现象。例如，在200－1400nm 范围，块体NiO单晶有八个吸收带，而在粒径为54－ 84nm的NiO材料中，有4个吸收带发生兰移，有3个吸 收带发生红移，有一个峰未出现。
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讲课内容——第九章纳米材料的电学性质所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。
由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。
科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。
1、力学性质高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。
具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。
纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。
2、热学性质纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。
因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。
例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。
3、电学性质由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。
利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。
2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。
并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。
随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
4、磁学性质当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。
目前巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到1.71Gb/cm2。
同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。
高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。
纳米材料的电学性能及应用介电特性是材料的重要性能之一,当材料处于交变电场下,材料内部会发生极化,这种极化过程对交变电场有一个滞后响应时间,即弛豫时间。
弛豫时间长,则会产生较大的介电损耗。
纳米材料的微粒尺寸对介电常数和介电损耗有很大影响,介电常数与交变电场的频率也有密切关系。
例如纳米TiO2在频率不太高的电场作用下,介电常数是随粒径增大而增大,达到最大值后下降,出现介电常数最大值时的粒径为1718nm。
一般讲,纳米材料比块体材料的介电常数要大,介电常数大的材料可以应用于制造大容量电容器,或者说在相同电容量下可减小体积,这对电子设备的小型化来讲很有用。
单电子晶体管是诱人的纳米微粒电学性能的体现。
在这里,首先简单介绍一下量子隧道效应和库仑堵塞。
在电学里,导电是电子在导体内运动的表现,如果两个纳米微粒不相连,那么电子从一个微粒运动到另一个微粒就会象穿越隧道一样,若电子的隧道穿越是一个一个发生的,则在电压电流关系图上表出台阶曲线,这就是量子隧道效应。
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。
当纳米微粒的尺寸为1nm时,可以在室温下观察到量子隧道效应和库仑堵塞,当纳米微粒的尺寸在十几纳米范围时,观察这些现象必需在极低温度下,例如-196℃以下。
利用量子隧道效应和库仑堵塞,就可研究纳米电子器件,其中单电子晶体管是重要的研究课题。
图1是单电子晶体管的结构示意图,其中画斜线的部分是连接库仑岛与金属引线的隧道结,库仑岛是半导体纳米微粒或金属纳米微粒,在两端的金属引线上加入电压,输送电子和接收电子的两个电极分别作为“源”和“漏”,电子从“源”到“漏”是单电子隧穿过程和库仑堵塞过程,库仑岛的一侧有另一个电极,称之为“栅”或“门”,“栅”或“门”电极起控制作用图1 单电子晶体管结构示意图由于单电子晶体管耗电极小,体积也极小,可以使大规模集成电路的集成度呈几个数量级地提高,这将会引起新世纪里电子设备的重大变革。
单电子晶体管“库仑岛”上存在或失去一个电子的状态变化可以作为高密度信息存储的记忆单元,为高密度信息存储开辟了一条新的道路。
2001年2月,德国科研机构报道了利用单个电子作为纳米电路开关的研究取得初步进展。
现行的普通硅芯片半导体电路中,微晶体二极管通过电路的接通和断开代表二进制中的“1”和“0”,实现这样一个过程大约需几万个电子。
而德国科学家在研究中发现,由55个Au原子在平面分布形成的“纳米簇”可达到同样的功能,而且实现电路的接通和断开只需要一个电子。
这一项目的研究者之一、埃森大学施密特教授认为,单电子纳米开关电路有可能成为未来更小更精确和耗能更低的芯片的基础,目前全世界计算机超过1亿台,如果以每台消耗功率100W估算,那么仅为计算机供电就需要10GW电量,如果单电子纳米开关电路成为芯片的生产标准,仅在电能消耗上就可以至少降到目前的万分之一,更不用说单电子开关在速度和准确性上的优势。
存在于超晶格材料中的量子阱给超晶格半导体薄膜带来特殊的电学性能,某一能量的电子在周期性结构中运动会具有最大的隧穿几率,利用此特性可制成双极型晶体管、高电子迁移率晶体管等。
另一方面,在一定条件下电子的迁移可以使电子的能量发生转换,若电子能量转换为光子发射,由此可设计出量子阱激光器。
纳米电子器件的研究成为国际上纳米电子学研究的热点,关于单电子晶体管研究的报道接连不断，它的基本结构是纳米隧道结,利用“栅”电极控制“源”和“漏”两个电极之间的位垒高度,也就控制了这两个电极之间的隧穿电流。
德国科学家和美国IBM公司的科学家在2001年初报道用碳纳米管制备纳米晶体管,其结构如图2所示,他们先在硅基底上氧化出一层绝缘的SiO2,在SiO2上制备金电极,然后把碳纳米管分散在SiO2上,再用原子力显微镜(AFM)的针尖搬动碳纳米管,使碳纳米管处于两个金电极之间,在两个金电极上加电压,同时硅基底上加控制电压作为栅电极,这个栅电极经隧道场效应作用于碳纳米管,他们在低温4.2K下测量了由栅电极控制的源和漏之间的I2U关系曲线,表现出很好的晶体三极管放大特性。
荷兰台尔福特大学应用物理系的Dekker实验室在近几年发表了很多篇高水平的论文,先是低温下测量了碳纳米管的三极管放大效应。
现在已研究成功了室温下的单电子晶体管。
他们把长几百纳米的金属型单壁碳纳米管放在Si/SiO2基底上,用AFM针尖驱动碳纳米管产生一个弯曲,见图3(a),然后再在距这个弯曲点约25nm的地方向相反的方向构造另一个弯曲(见图3(b));这两个相反方向的弯曲组成一个碳纳米管的弯曲结(见图3(c)),放大的弯曲结如图3(d)所示。
通过测试栅电极对碳纳米管导电性的影响,发现在室温下,无弯曲结时,栅电极不起控制作用,而有弯曲结时,栅电极对碳纳米管的导电性起到控制作用,这就是新型的室温单电子晶体管。
历史的车轮把人类从混饨初开的时代带入到一个新的千年,蒸汽机的发明给人类带来了巨大的动力,把农业经济推向了工业经济,电的发明又一次给人类带来了重大的社会变革,到了上个世纪末,人类进入了信息时代。
纳米科学与技术带来了新的发展领域,前途无限广阔。
纳米材料正日新月异地被研究出来,它们的神奇性能正在被开发,我国在纳米材料的若干方面的研究已取得了很出色的成果。
听课的内容——纳米半导体光催化技术—苗慧，刘锦华主要内容一、简介•纳米纳米——10-9米，由于颗粒尺寸的微细化，使得纳米材料具有块状材料所不具备的独特性质，如比表面积大大增大，吸附能力大大增强。
•半导体半导体——常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，具有热敏、光敏等特性。
半导体的能带结构半导体存在一系列的满带，最下面的满带成为价带（valence band，VB）；存在一系列的空带，最上面的空带称为导带（conduction band，CB）；价带和导带之间为禁带。
当用能量等于或大于禁带宽度（Eg）的光照射时，半导体价带上的电子可被激发跃迁到导带，同时在价带上产生相应的空穴，这样就在半导体内部生成电子（e-）－空穴（h+）对。
为了形象地说明电子空穴对，利用生活中常见的石榴来比喻：石榴籽：光致电子石榴籽留下的空洞：光致空穴光致电子：存在于导带中。
光致空穴：存在于价带中。
二者有复合的趋势，即在持续的光照射下，光子不断的轰击价带，导致光致电子和光致空穴不断产生，该分离过程以纳秒计算，然后，光致电子重新回到光致空穴中，二者复合。
•光催化光催化于1967年被当时还是东京大学研究生的藤岛昭教授发现。
在一次试验中对放入水中的氧化钛单晶进行了紫外灯照射，结果发现水被分解成了氧和氢。
这一效果作为“本多·藤岛效果”（Honda-Fujishima Effect）而闻名于世，该名称组合了藤岛教授和当时他的指导教师----东京大学校长本多健一的名字。
1976 年，John.H.Carey报道了TiO2光催化氧化法用于污水中PCB 化合物脱氯去毒的成功结果后，自从那时起，针对光催化技术，学术界围绕太阳能利用、光催化降解有机物等展开了多方面的研究。
1985年，Mutsunaga等发现在金属卤灯发出的近紫外光照射下，TiO2 - Pt电极具用杀菌效果，这一发现开创了用光催化方法杀菌消毒的先河。
因其具备良好的耐候性、耐化学腐蚀性、抗紫外线能力强、透明性优异等特点，被广泛应用于汽车、感光材料、光催化剂、化妆品、食品包装材料、陶瓷添加剂、气体传感器及电子材料等。
我国的光催化研究起步于上世纪90年代，现在正在蓬勃发展；国家环境光催化工程技术研究中心，位于福州大学内，付贤智院士领衔，是我国目前光催化领域中规模最大、科研实验条件最好、在国内外光催化领域具有重要影响的研究机构。
中科院化学所光化学重点实验室，赵进才院士领衔，致力于可见光下有毒有机污染物催化降解，取得重要成果，在国内外具有广泛影响。
南京大学长江学者特聘教授邹志刚教授，973计划“光催化材料及其应用的基础研究”的首席科学家，首次实现了可见光催化光解水制氢(Nature 414，625，2001)。