納米技術論文范文

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

篇1

1.1納米技術及納米材料簡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性質，而納米材料加入其它物質中往往會改變其它物質的性質，這種納米材料改變其它材料性質的技術稱為納米技術。納米材料因其粒徑過小而具有界面效應、小尺寸效應以及宏觀量子隧道效應等，從而改變了材料的性能，并影響了其它物質的性能。從物理學角度解釋是：納米粒度過小，其表面就占有了很大的比例，當粒度小于10nm時，材料表面的原子占材料原子總數的三分之一以上，處于表面的原子與內部的原子所處的化學環境完全不同，就會表現出一些特殊的物理化學性質，叫做表面相。在大塊材料中，由于處于表面的原子遠小于體內原子，所以表面相很難表現，而納米材料的表面相現象就十分明細，如：在催化過程中，粒度表面結構的變化、表面的吸附以及表面的擴散等。實踐證明：當材料達到納米尺度時，材料的表面相會影響到材料的性質。除此之外，納米材料中的電子相關性很強、能級分裂和電子布局的改變，量子隧道和輸運的不同以及材料中的激發態都會影響納米材料的性能。

1.2納米材料對涂料性能的影響分析目前在涂料生產領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，研究納米材料對涂料性能的改變。納米材料對白色涂料的影響試驗：將經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塊標準的人工老化試樣板，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行耐紫外老化試驗，另外的6塊作為對比樣板，最后使用尼康分光光度計測其顏色變化情況。

試驗的結果分析發現：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紫外光有著很好的屏蔽作用；作為對比，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，紫外線是導致涂料老化的一種電磁波，波長200-400nm，紫外線的波長越短，能量越強，對涂料的損壞也越大。納米二氧化鈦能夠引起紫外線的散射，從而實現屏蔽紫外線的作用，而粒徑是影響其散射能力的主要因素，經過試樣驗證得知，二氧化鈦在水中屏蔽紫外線的最佳粒徑是77nm，即銳鈦型納米級二氧化鈦，因此采用銳鈦級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用納米材料在涂料生產中應用非常廣泛，按功能分通常分為結構涂層和功能涂層，結構涂層是通過提高基體的性質或改性，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能力，如防紫外線、抗降解、變色等。目前已經投入生產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有害物質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，這種涂料對氮氧化物、油脂、甲醛等有害物質有著很好的催化降解作用，其中對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合后的涂料，會表現出一些特殊的物理化學性能，如疏水、疏油等，這些特殊性能是衡量涂料質量的重要指標之一，對提高涂料的耐污染性能至關重要，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納米化學方法在特定表面構建納米尺寸幾何形狀互補的界面結構，這種構造方法是自下而上，由原子到分子、分子到聚集體的方式構建的，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定存在，而這種穩定存在在宏觀上表現為界面表面有一層穩定的氣體薄膜，從而使材料表現出對水和油的雙疏性。采用這樣的表面涂層修飾輸油管道，可以達到石油和管壁的無接觸運輸，很好的保護輸油管道的安全。納米材料對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、儲存穩定性等，還有研究人員發現，納米材料與樹脂結合時可以形成的大量共價鍵，當納米材料的含量達到30%以上時，涂料膜會具有高強度、高彈性、高耐磨性等特性，但其研究成果還需要進一步驗證。納米技術還屬于新型技術，其在涂料要的應用還需要進一步的研究和探索，隨著納米技術的改性特點被不斷的開發，在不久的將來必然有更多的納米技術與涂料結合的成果出現。

2結束語

篇2

關鍵詞：納米科學納米技術納米管納米線納米團簇半導體

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

納米科學和技術所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結構的制備和表征。在這個領域的研究舉世矚目。例如，美國政府2001財政年度在納米尺度科學上的投入要比2000財政年增長83%，達到5億美金。有兩個主要的理由導致人們對納米尺度結構和器件的興趣的增加。第一個理由是，納米結構（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學效應占主導地位，這導致非經典的行為，譬如，量子限制效應和分立化的能態、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現象除引起人們對基礎物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實現的想法和觀念，例如，單電子輸運器件和量子點激光器等。第二個理由是，在半導體工業有器件持續微型化的趨勢。根據“國際半導體技術路向（2001）“雜志，2005年前動態隨機存取存儲器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預期就會出現。到2005年類似的問題將預期出現在DRAM的制造過程中。半導體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設計和制造方案，因為當MOS器件的尺寸縮小到一定程度時基礎物理極限就會達到。隨著傳統器件尺寸的進一步縮小，量子效應比如載流子邃穿會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，解決方案將會是制造基于量子效應操作機制的新型器件，以便小物理尺寸對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，我們肯定會獲益良多。譬如，在電子學上，單電子輸運器件如單電子晶體管、旋轉柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數個而非以往的成千上萬的電子來運作，這導致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關速度。在光電子學上，量子點激光器展現出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優點，其中大微分增益可以產生大的調制帶寬。在傳感器件應用上，納米傳感器和納米探測器能夠測量極其微量的化學和生物分子，而且開啟了細胞內探測的可能性，這將導致生物醫學上迷你型的侵入診斷技術出現。納米尺度量子點的其他器件應用，比如，鐵磁量子點磁記憶器件、量子點自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經被提出，可以肯定這些應用會給我們帶來許多潛在的好處。總而言之，無論是從基礎研究（探索基于非經典效應的新物理現象）的觀念出發，還是從應用（受因結構減少空間維度而帶來的優點以及因應半導體器件特征尺寸持續減小而需要這兩個方面的因素驅使）的角度來看，納米結構都是令人極其感興趣的。

II.納米結構的制備———首次浪潮

有兩種制備納米結構的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預制好的納米部件（納米團簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結構直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個基本步驟：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）。“build-up“的優點是個體納米部件的制備成本低以及工藝簡單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學合成可以用來制備納米元件。目前，在國內、在香港以及在世界上許多的實驗室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團簇。這些努力已經證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結構的合成后工藝再加工相當困難。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至關重要的問題，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簇以及納米線、納米管的有效且簡單的方法。可是這些合成的納米結構直到目前為止仍然難以有什么實際應用，這是因為它們缺乏實用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且，因為同樣的原因用這種方法合成的納米結構的功能性質相當差。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探測器，原因是垂直于襯底生長的納米結構適合此類的應用要求。

“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機理與現代工業裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術如分子束外延(MBE)、化學氣相淀積（MOVCD）等來進行器件制造的傳統方法。“Build-down”方法的缺點是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術路徑來制造納米結構。最簡單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結構來得到量子點或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結構。這兩種技術都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術是通過自組裝機制來制造量子點結構。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長模式中，當材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉換成三維的島狀生長，這時量子點就會生成。業已證明基于自組裝量子點的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點器件的飽和材料增益要比相應的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個量級。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續波量子點激光器也已經報道。無論是何種材料系統，量子點激光器件都預期具有低閾值電流密度，這預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接近或達到商業化器件所要求的指標，預期量子點基的此類材料激光器將很快在市場上出現。量子點基光電子器件的進一步改善主要取決于量子點幾何結構的優化。雖然在生長條件上如襯底溫度、生長元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點的尺寸和密度，自組裝量子點還是典型底表現出在大小、密度及位置上的隨機變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點在尺寸上的漲落導致它們的光發射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優點。由于量子點尺寸的統計漲落和位置的隨機變化，一層含有自組裝量子點材料的光致發光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點結構中這種譜展寬效應可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點可典型地展現出豎直對準排列，這可以有效地改善量子點的均勻性。然而，當隔離層薄的時候，在一列量子點中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統而帶來的優點。怎樣優化量子點的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點又同時保持載流子能夠限制在量子點的個體中對于獲得器件的良好性能是至關重要的。

很清楚納米科學的首次浪潮發生在過去的十年中。在這段時期，研究者已經證明了納米結構的許多嶄新的性質。學者們更進一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進行納米結構制造。這些成果向我們展示，如果納米結構能夠大量且廉價地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。

在未來的十年中，納米科學和技術的第二次浪潮很可能發生。在這個新的時期，科學家和工程師需要征明納米結構的潛能以及期望功能能夠得到兌現。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用器件才能實現人們對納米器件所期望的功能。因此，納米科學的下次浪潮的關鍵點是納米結構的人為可控性。

III.納米結構尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮

為了充分發揮量子點的優勢之處，我們必須能夠控制量子點的位置、大小、成份已及密度。其中一個可行的方法是將量子點生長在已經預刻有圖形的襯底上。由于量子點的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發態子能級效應，如對于GaN材料量子點的橫向尺寸要小于8納米）才能實現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挑戰性的技術難題。對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光刻所能達到的精度極限。有幾項技術可望用于如此的襯底圖形制作。

—電子束光刻通常可以用來制作特征尺度小至50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為所謂近鄰干擾效應（proximityeffect）而嚴重影響了光刻的極限精度，這個效應造成制備空間上緊鄰的納米結構的困難。這項技術的主要缺點是相當費時。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時間1小時，這不適宜于大規模工業生產。電子束投影系統如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發展之中以便使這項技術較適于用于規模生產。目前，耗時和近鄰干擾效應這兩個問題還沒有得到解決。

—聚焦離子束光刻是一種機制上類似于電子束光刻的技術。但不同于電子束光刻的是這種技術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到6納米的圖形，但它也是一種耗時的技術，而且高能離子束可能造成襯底損傷。

—掃描微探針術可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個原子和分子。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的氧化機制的。此項技術已經用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導體（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單易行等優點。引入的氧化圖形依賴于實驗條件如掃描速度、樣片偏壓以及環境濕度等。空間分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區域典型地小于針尖尺寸）。這項技術已用于制造有序的量子點陣列和單電子晶體管。這項技術的主要缺點是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級）。然而，最近在原子力顯微術上的技術進展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項技術的顯著優點是它的杰出的分辨率和能產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，它是一項能操控單個原子和分子的唯一技術。

—多孔膜作為淀積掩版的技術。多孔膜能用多種光刻術再加腐蝕來制備，它也可以用簡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制。用這項技術已制造出含有細至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。

—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術是一種基于不同聚合物的混合物能夠產生可控及可重復的相分離機制的技術。目前，經過反應離子刻蝕后，在旋轉涂敷的倍塞共聚物層中產生的圖形已被成功地轉移到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生；在第二種情況，島狀結構能夠產生。目前利用倍塞共聚物光刻技術已制造出GaAs納米結構，結構的側向特征尺寸約為23nm,密度高達1011/cm2。

—與倍塞共聚物圖形制作術緊密相關的一項技術是納米球珠光刻術。此項技術的基本思路是將在旋轉涂敷的球珠膜中形成的圖形轉移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業化的產品。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、半導體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術的能力已得到確認。納米球珠光刻術（納米球珠膜的旋轉涂敷結合反應離子刻蝕）已被用來在一些半導體表面上制造空洞和柱狀體納米結構。

—將圖形從母體版轉移到襯底上的其他光刻技術。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復制鑄模法、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。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。復制鑄模法的可能優點是ellastometric聚合物可被用來制作成一個戳子，以便可用同一個戳子通過對戳子的機械加壓能夠制作不同側向尺寸的圖形。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）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點是不需要加熱。納米壓印術已被證明可用來制作具有容量達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面積的長方形，以及在4英寸硅片上進行圖形刻制。除傳統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。在此類技術中溫度被發現是一個關鍵因素。此外，應該選用具有較低的玻璃化轉變溫度的聚合物。為了取得高產，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化

5）長戳子壽命。

具有低穿刺率的大尺寸戳子已經被制作出來。已有少量研究工作在試圖優化壓印溫度和壓力，但顯然需要進行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優化參數。高圖形密度戳子的制作依然在發展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報告報道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進行50次的浮刻而不需要中間清洗。報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，而且進行大約5次壓印后需要更換。值得關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，以及連續壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進一步的優化和改良是必需的，但此項技術似乎有希望獲得高生產率。壓印過程包括對準、加熱及冷卻循環等，整個過程所需時間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環所需時間，因此可以縮短整個壓印過程時間。

IV．納米制造所面對的困難和挑戰

上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術都有其優點和缺點。目前，似乎沒有哪個單一種技術可以用來高產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制模版上的圖形

3．轉移在過渡性或者功能性材料上復制的圖形。

很顯然第二步是最具挑戰性的一步。先前描述的各項技術，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術，已經能夠刻寫非常細小的圖形。然而，這些技術都因相當費時而不適于規模生產。納米壓印術則因可作多片并行處理而可能解決規模生產問題。此項技術似乎很有希望，但是在它能被廣泛應用之前現存的嚴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則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術刻寫的納米結構的形狀非常有限。當這些技術被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長出有序的納米量子點陣列時，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復雜結構的圖形。為了能夠制造出高質量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術典型地不產生或者產生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側墻的結構，這是因為在掩模版下一定程度的鉆蝕是不可避免的，而這個鉆蝕決定性地影響微小結構的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術，譬如，反應離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優化條件下可以獲得陡峭的側墻。直到今天大多數刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關于刻蝕引入損傷的研究嚴重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測到刻蝕引入的損傷。當器件中的個別有源區尺寸小于100nm時，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因為所有的納米結構都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結構表面或者靠近的任何缺陷。

隨著器件持續微型化的趨勢的發展，普通光刻技術的精度將很快達到它的由光的衍射定律以及材料物理性質所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學近鄰干擾效應等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術制備出。然而不大可能用普通光刻技術再進一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術仍在研發之中，可是發展這些技術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性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關聯的近鄰干擾效應問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術。掃描微探針技術提供了能分辨單個原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項技術卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達到可以接受的刻寫速度。利用轉移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術則提供了實現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狀或者柱狀圖形。對于制造相對簡單的器件而言，此類技術是足夠用的，但并不能解決微電子工業所面對的問題。需要將圖形從一張模版復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途徑。模版可以用其他慢寫技術來刻制，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自組裝圖形形成機制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產率，某些技術問題如穿刺及因灰塵導致的損傷等問題需要加以解決。對一個理想的納米刻寫技術而言，它的運行和維修成本應該低，它應具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結構的能力，還應有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結構的功能。此外，它也應能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時至今日，仍然沒有任何一項能制作亞100nm圖形的單項技術能同時滿足上述所有條件。現在還難說是否上述技術中的一種或者它們的某種組合會取代傳統的光刻技術。究竟是現有刻寫技術的組合還是一種全新的技術會成為最終的納米刻寫技術還有待于觀察。

另一項挑戰是，為了更新我們關于納米結構的認識和知識，有必要改善現有的表征技術或者發展一種新技術能夠用來表征單個納米尺度物體。由于自組裝量子點在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個納米結構的能力對于研究這些結構的物理性質是絕對至關重要的。目前表征單個納米結構的能力非常有限。譬如，沒有一種結構表征工具能夠用來確定一個納米結構的表面結構到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(TEM)能夠用來研究一個晶體結構的內部情況，但是它不能提供有關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（STM）和原子力顯微術（AFM）能夠給出表面某區域的形貌，但它們并不能提供定量結構信息好到能仔細理解表面性質所要求的精度。當近場光學方法能夠給出局部區域光譜信息時，它們能給出的關于局部雜質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能夠擴展到能夠用來研究單個納米體的表面和內部情況，否則能夠得到的有關納米結構的所有重要結構和組份的定量信息非常有限。

V.展望

篇3

1982年，Boutonmt首先報道了應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，不斷有文獻報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，論述了微乳反應器的原理、形成與結構，并對微乳液在納米材料制備領域中的應用狀況進行了闡述。

1微乳反應器原理

在微乳體系中，用來制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機溶劑、水溶液。活性劑、助表面活性劑4個組分組成。常用的有機溶劑多為C6～C8直鏈烴或環烷烴；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器（Microreactor）或稱為納米反應器，反應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受到W的影響。利用微膠束反應器制備納米粒子時，粒子形成一般有三種情況（可見圖1、2、3所示）。

（l）將2個分別增溶有反應物A、B的微乳液混合，此時由于膠團顆粒間的碰撞，發生了水核內物質的相互交換或物質傳遞，引起核內的化學反應。由于水核半徑是固定的，不同水核內的晶核或粒子之間的物質交換不能實現，所以水核內粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應制備氯化鈉納粒。

（2）一種反應物在增溶的水核內，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。水相內反應物穿過微乳液界面膜進入水核內與另一反應物作用產生晶核并生長，產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）一種反應物在增溶的水核內，另一種為氣體（如O2、NH3，CO2），將氣體通入液相中，充分混合使兩者發生反應而制備納米顆粒，例如，Matson等用超臨界流體一反膠團方法在AOT一丙烷一H2O體系中制備用Al（OH）3膠體粒子時，采用快速注入干燥氨氣方法得到球形均分散的超細Al（OH）3粒子，在實際應用當中，可根據反應特點選用相應的模式。

2微乳反應器的形成及結構

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器。但是微乳液是一種熱力學穩定的體系，它的形成是自發的，不需要外界提供能量。正是由于微乳液的形成技術要求不高，并且液滴粒度可控，實驗裝置簡單且操作容易，所以微乳反應器作為一種新的超細顆粒的制備方法得到更多的研究和應用。

2．1微乳液的形成機理

Schulman和Prince等提出瞬時負界面張力形成機理。該機理認為：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，由于產生混合吸附，油/水界面張力迅速降低達10-3～10-5mN／m，甚至瞬時負界面張力Y＜0。但是負界面張力是不存在的，所以體系將自發擴張界面，表面活性劑和助表面活性劑吸附在油/水界面上，直至界面張力恢復為零或微小的正值，這種瞬時產生的負界面張力使體系形成了微乳液。若是發生微乳液滴的聚結，那么總的界面面積將會縮小，復又產生瞬時界面張力，從而對抗微乳液滴的聚結。對于多組分來講，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，那么體系中液滴的表面張力進一步下降，甚至出現負界面張力現象，從而得到穩定的微乳液。不過在實際應用中，對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，它們在無需加入助表面活性劑的情況下也能形成穩定的微乳體系，這和它們的特殊結構有關。

2．2微乳液的結構

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先彎曲和微乳液的結構問題。

目前，有關微乳體系結構和性質的研究方法獲得了較大的發展，較早采用的有光散射、雙折射、電導法、沉降法、離心沉降和粘度測量法等；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、靜態和動態熒光探針法、NMR、ESR（電子自旅共振）、超聲吸附和電子雙折射等。

3微乳反應器的應用——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催化劑，Kishida。等報道了用該方法制備

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，水相體積分數為0．11。25℃時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乙烷溶液，強烈攪拌加熱到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，該催化劑活性遠比采用浸漬法制得的高。

3．2無機化合物納粒的制備

利用W／O型微乳體系也可以制備無機化合物，鹵化銀在照像底片乳膠中應用非常重要，尤其是納米級鹵化銀粒子。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，第一個微乳體系中硝酸銀為0．4mol／L，第二個微乳體系中NaCl或NaBr為0．4mol／L，混合兩微乳液并攪拌，反應生成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溶入微乳液并擴散，膠束中發生反應生成CaCO3顆粒，產物粒徑為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劑，在氮氣保護下聚合，所得產物單分散性較好。

3．4金屬單質和合金的制備

利用W／O型微乳體系可以制備金屬單質和合金，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，產物經分離、干燥并在300℃惰性氣體保護下結晶可得鎳納米顆粒。在某微乳體系中含有0．0564mol/L，FeC12和0．2mol／LNiCl2，另一體系中含有0．513mol/LNaBH4溶液，混合兩微乳體系進行反應，產物經庚烷、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－heptane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，產物經離心，用庚烷、丙酮洗滌并干燥，可以得到Fe3O4納粒（r=4nm）。

3．6高溫超導體的制備

利用W／O型微乳體系可以合成超導體，例如在水一CTAB一正丁醇一辛烷微乳體系中，一個含有機釔、鋇和銅的硝酸鹽的水溶液，三者之比為1：2：3；另一個含有草酸銨溶液作為水相，混合兩微乳液，產物經分離，洗滌，干燥并在820℃灼燒2h，可以得到Y－Ba－Cu—O超導體，該超導體的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超導體，經DC磁化率測定，可知超導轉化溫度為Tc＝112K，和其它方法制備的超導體相比，它們顯示了更為優越的性能。

目前對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（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，動態激光光散射（DLS）等。

篇4

納米科技將引發一場新的工業革命

筆者：納米是一個長度單位，納米科技卻受到世界各國的重視。納米科技對我們的生活會有什么樣的影響？

白春禮：納米科技的受關注度升高，不僅僅是其尺度的縮小問題，實質是由納米科技在推動人類社會產生巨大變革方面具有的重要意義所決定的。

納米科技是多學科交叉融合性質的集中體現，我們已不能將納米科技歸為哪一門傳統的學科領域。而現代科技的發展幾乎都是在交叉和邊緣領域取得創新性突破的，正是這樣，納米科技充滿了原始創新的機會。而一旦在這一領域探索過程中形成的理論和概念在我們的生產、生活中得到廣泛應用，將極大地豐富我們的認知世界，并給人類社會帶來觀念上的變革。

隨著人類對客觀世界認知的革命，納米科技將引發一場新的工業革命。比如，在納米尺度上制造出的計算機的運算和存儲能力，與目前微米技術下的計算機性能相比將呈指數倍提高，這將是對信息產業和其他相關產業的一場深刻的革命。同樣，生命科技也面臨著在納米科技影響下的變革。所以，人們認為納米科技是未來信息科技與生命科技進一步發展的共同基礎。美國《新技術周刊》曾指出：納米技術是21世紀經濟增長的一個主要的發動機，其作用可使微電子學在20世紀后半葉對世界的影響相形見絀。

納米科技也將促使傳統產業“舊貌換新顏”。比如，納米綠色印刷制版技術，完全摒棄了化學成像的預涂感光層，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生，并且理論上是傳統版材涂布成本的20%。

國際納米科技發展趨勢呈現三個新特點

筆者：那么目前國際納米科技的發展有哪些新變化呢？

白春禮：2000年美國率先了“國家納米技術計劃”（NNI）。迄今，國家級納米科技發展規劃的國家超過50個，呈現出國際競爭日趨激烈的態勢。例如，美國2011年在納米科技方面的預算達17.6億美元。2011年11月30日，歐盟委員會對外公布了歐盟第八個科技框架計劃——《地平線2020：研究與創新框架計劃》，這份科研計劃的周期為7年，預計耗資約800億歐元。

目前國際納米科技發展呈現出三個趨勢：

一是從應用導向的基礎研究到應用研究再到技術轉移轉化一體化研究。例如美國嘗試建立一個由多所大學與大企業組成的研究中心，希望借此使納米技術的基礎研究與應用開發緊密結合在一起，以便及時有效地將納米科技領域的基礎研究成果應用于產業界。同時，整合各學科的研究力量，集中解決重大的科學挑戰問題或孕育重大突破的應用技術。

二是專業平臺支撐的納米技術研發。納米技術的特點是多學科交叉技術集成，以及基礎研究和應用研發的集成。美國建立了14個國家級的納米科技研究中心，法國建立了3個國家級實驗室，加拿大在阿爾伯塔大學建設了國家納米技術研究所，日本建立了12個納米技術虛擬實驗室，韓國建立了3個國家納米科技平臺。

三是全球大型企業越來越重視納米技術。國際商用機器公司、惠普公司、英特爾公司等，都在用納米技術開發10納米以下的器件和工藝。日本關西地區已有近百家企業與16所大學及國立科研機構聯合，建立了“關西納米技術推進”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研究所，開發碳納米材料噸級量產技術。

我國已成為世界納米科技研發大國

筆者：我國納米科技發展的情況如何？

白春禮：應該說我國已經成為世界納米科技研發大國，部分基礎研究躍居國際領先水平。目前，我國納米科技方面的SCI論文數量已處于世界領先地位，2009年，我國發表納米科技SCI論文數量已經超過美國，躍居世界第一位。同時，論文質量大幅度提高，SCI論文引用次數躍居世界第二位。反常量子霍爾效應、亞納米分辨的單分子光學拉曼成像等工作，在國際上引起了巨大影響。

近年來，我國納米科技應用研究與成果轉化的成效也已初具規模。

在專利申請量方面，我國已位于世界前列，從1998年到2009年底，首次超過美國躍居世界第二。在納米技術標準化方面，我國已與世界同步，積極參與并部分主導了國際納米技術標準工作，在國際納米標準化工作中占有一席之地。同時，頒布了一批國家納米技術標準，初步形成了納米標準化體系；研制了多項國家標準物質及標準樣品，填補了國內空白，為我國納米科技的產業化應用奠定了基礎。

篇5

    [論文摘要]科技的發展,使我們對物質的結構研究的越來越透徹。納米技術便由此產生了,主要對納米材料和納米涂料的應用加以闡述。 

    一、納米的發展歷史

    納米(nm)是長度單位,1納米是10-9米(十億分之一米),對宏觀物質來說,納米是一個很小的單位,不如,人的頭發絲的直徑一般為7000-8000nm,人體紅細胞的直徑一般為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;對于微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示,1埃相當于1個氫原子的直徑,1納米是10埃。一般認為納米材料應該包括兩個基本條件:一是材料的特征尺寸在1-100nm之間,二是材料此時具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。

    1959年,著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德。費曼預言,人類可以用小的機器制作更小的機器,最后實現根據人類意愿逐個排列原子、制造產品,這是關于納米科技最早的夢想。1991年,美國科學家成功地合成了碳納米管,并發現其質量僅為同體積鋼的1/6,強度卻是鋼的10倍,因此稱之為超級纖維.這一納米材料的發現標志人類對材料性能的發掘達到了新的高度。1999年,納米產品的年營業額達到500億美元。

    二、納米技術在防腐中的應用

    納米涂料必須滿足兩個條件:一是有一相尺寸在1~100nm;二是因為納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、力學性能的改善。利用納米粒子與樹脂之間強大的界面結合力,可提高涂層的強度、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。

    納米技術的應用為涂料工業的發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、添料與基料通過簡單的混配得到。同時納米粒子種類很多,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到所期望的性能和功能,需要經過大量的實驗研究工作,才有可能得到真正的納米涂料。

    納米涂料雖然無毒,但由于改性技術原因,性能并不理想,加上價格太貴,難以推廣;而三聚磷酸鋁也因價格原因未能大量應用。國外公司如美國的Halox、Sherwin-williams、Mineralpigments、德國的Hrubach、法國的SNCZ、英國的BritishPetroleum、日本的帝國化工公司均推出了一系列無毒納米防銹顏料,性能不錯,甚至已可與鉻酸鹽相以前我國防銹顏料的開發整體水平落后于西方發達國家,仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴重,對人體的傷害很大,目前已被許多國家相繼淘汰和禁止使用;磷酸鋅防銹顏料雖比。我國防銹涂料業也蓬勃發展,也可以生產納米漆。

    我國自主生產的產品目前已通過國家涂料質量監督檢測中心、鐵道部產品質量監督檢驗中心車輛檢驗站、機械科學院武漢材料保護研究所等國內多家權威機構的分析和檢測,同時還經過加拿大國家涂料信息中心等國外權威機構的技術分析,結果表明其具有目前國內外同類產品無可比擬的防銹性能和環保優勢,是防銹涂料領域劃時代產品,復合鐵鈦粉及其防銹漆通過國家權威機構的鑒定后已在多個工業領域得到應用。

    三、納米材料在涂料中應用展前景預測

    據估算,全球納米技術的年產值已達到500億美元。目前,發達國家政府和大的企業紛紛啟動了發展納米技術和納米計劃的研究計劃。美國將納米技術視為下一次工業革命的核心,2001年年初把納米技術列為國家戰略目標,在納米科技基礎研究方面的投資,從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元,準備像微電子技術那樣在這一領域獨占領先地位。日本也設立了納米材料中心,把納米技術列入新五年科技基本計劃的研究開發重點,將以納米技術為代表的新材料技術與生命科學、信息通信、環境保護等并列為四大重點發展領域。德國也把納米材料列入21世紀科研的戰略領域,全國有19家機構專門建立了納米技術研究網。在人類進入21世紀之際,納米科學技術的發展,對社會的發展和生存環境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻。從某種意義上說,21世紀將是一個納米世紀。

    由于表面納米技術運用面廣、產業化周期短、附加值高,所形成的高新技術和高技術產品、以及對傳統產業和產品的改造升級,產業化市場前景極好。

    在納米功能和結構材料方面,將充分利用納米材料的異常光學特性、電學特性、磁學特性、力學特性、敏感特性、催化與化學特性等開發高技術新產品,以及對傳統材料改性;將重點突破各類納米功能和結構材料的產業化關鍵技術、檢測技術和表征技術。多功能的納米復合材料、高性能的納米硬質合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業的跨越式發展提供了廣泛的機遇。各類納米材料的產業化可能形成一批大型企業或企業集團,將對國民經濟產生重要影響;納米技術的應用逐漸滲透到涉及國計民生的各個領域,將產生新的經濟增長點。

    納米技術在涂料行業的應用和發展,促使涂料更新換代,為涂料成為真正的綠色環保產品開創了突破性的新紀元。

    納米涂料已被認定為北京奧運村建筑工程的專用產品,展示出該涂料在建筑領域里的應用價值。它利用獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體有強烈的分解,消除作用。對甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能,使室內空氣更加清新。經測試,對各種霉菌的殺抑率達99%以上,有長期的防霉防藻效果。納米改性內墻涂料,實際上是高級的衛生型涂料,適合于家庭、醫院、賓館和學校的涂裝。納米改性外墻涂料,利用納米材料二元協同的荷葉雙疏機理,較低的表面張力,具有高強的附著力,漆膜硬度高且有韌性,優良的自潔功能,強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。使用壽命達15年以上。顆粒徑細小,能深入墻體,與墻面的硅酸鹽類物質配位反應,使其牢牢結合成一體,附著力強,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良性之外,可在10℃到25℃之內正常施工。突破了建筑涂料要求墻體濕度在10%以下的規定,使建筑行業施工縮短了工期,提高了功效,又創造出高質量。

    四、結語

    由于目前應用納米材料對涂料進行改性尚處在初級階段,技術、工藝還不太成熟,需要探索和改進。但涂料的各種性能得到某些改進的試驗結果足以證明,納米改性涂料的市場前景是非常好的。

    參考文獻:

    [1]橋本和仁等[J]. 現代化工. 1996(8):25~28.

篇6

與傳統光學不同的是，由光學與微電子、微機械、納米技術互相融合、滲透、交叉而形成的前沿學科――微納光學，變革了傳統光學與技術的發展路線。這門新興的交叉學科在信息、能源、生命、環保、宇航、國防等領域均已產生新的重要應用。在我國，微納光子學的發展也日益受到重視，未來發展前程似錦。

1996年，付永啟博士畢業。近20年過去，付永啟一直沒有離開過微納光學研究領域，在他看來，盡管微光學似乎看不見，摸不著，但從人們的生活乃至國家的高尖端科學都離不開它。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，付永啟在中國科學院長春光學精密機械與物理研究所攻讀博士學位，“當時是跟導師一起做國家航天項目中的一個子項目――‘動態目標發生器’的研究，我主要負責曲面光刻的研究。”那是他接觸到微光學并逐漸對微光學元器件的設計制作產生興趣的開始。

在博士后研究階段，付永啟又接著在衍射光學元件的設計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精密工程與納米技術中心作研究員，借助當地優越的軟硬件條件繼續深入開展微光學以及后期納米光學領域的研究工作。

從此，一個嶄新的世界――納米光學這個交叉領域逐步在他面前展開。

正如他所說的“學得越多就會發現自己不懂的東西越多”，在學習和研究過程中，他覺得不應該囿于領域，萌生了走出國門看看的念頭。1998年，他選擇赴新加坡南洋理工大學精密工程與納米技術中心做研究員。后來，又通過那里獲得了在麻省理工學院作訪問學者的機會。

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

借助于國外較好的軟硬件條件，付永啟快速提高了獨立開展科研工作的能力。東西方文化在他身上相遇，已經不再是形式的混體，而是精神層面的和平融合，使得付永啟的治學態度里，囊括了中國智慧的通達以及西方思想嚴密的邏輯性，在這種態度的指引下，他對科研工作有了更深層次的認識，同時對科學研究也更加熱愛。

2001年，付永啟將目光專注到了一種新的微納光學元件一步加工制作方法―聚焦離子束制作技術上，經過兩年的反復研究、實驗，終于獲得成功并使該技術逐漸走向成熟。

付永啟利用納米加工技術實現了微光學元件與光電子元/器件的集成一體化，即利用聚焦離子束技術直接一步將微光學元器件甚至納米光子元器件與光電子器件（如半導體激光器、光導纖維等）集成于一體，從而達到直接控制光束的目的。這一技術擺脫了傳統的采用離散光學元件對激光束進行準直或聚焦的方法，不但減少了光學系統的元件數，而且節省了空間，更容易實現系統的輕量化和小型化，對微系統的開發具有重要意義。

同時，他還發現了兩種材料，它們在聚焦離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元件的結構成型。以該技術為基礎，能夠制作出幾種特定的微光學元件，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現了微光學元件與光電子元/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現，也可以利用材料生長的方法來得到。從而為光學系統的小型化、微型化、平面化提供了制作技術保障。該集成一體化元/器件已經廣泛應用于生命科學、生化、通信、數據存儲等領域，至今仍在應用，還沒有其他方法能夠替代。

值得一提的是，聚焦離子束技術在微電子行業的廣泛應用，大大提高了微電子工業上材料、工藝、器件分析及修補的精度和速度，目前已經成為微電子技術領域必不可少的關鍵技術之一。同時，由于它集材料刻蝕、沉積、注入、改性于一身，有望成為高真空環境下實現器件制造全過程的主要加工手段。

“研究要服務社會，我們要瞄準國家重大需求”

“在國外更能體會到‘國家’兩字的真實內涵，真心希望自己的祖國能夠早日強大。當2008年北京奧運會開幕式上播放出《我的祖國》這首歌時，激動的心情難于言表，內心百感交集。” 付永啟感慨道。2007年，付永啟放棄國外優越的待遇和生活，帶著累累碩果和先進理念回國，先后受聘于中國科學院光電技術研究所微細加工光學技術國家重點實驗室和電子科技大學物理電子學院。

“剛回國時想有一個屬于自己獨立的科研小組和相對寬松的科研環境，在這種環境中能靜下心來實際做點科研，希望能從科研工作和培養學生方面體現出自身的價值所在。科學研究最終是要服務社會的，而具體的應用領域要瞄準國家的重大需求。”付永啟是這樣說的，也是這樣做的。

在學校和所在團隊的支持下，付永啟在納光子結構、元器件及其應用方面取得多項國家自然科學基金項目的資助。提出了兩種基于納金屬結構的超分辨透鏡，該透鏡可方便地通過聚焦離子束技術一步制作出來，其光學表征可利用近場掃描光學顯微鏡實現；基于表面等離子體極化用于生化免疫分析：設計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病毒素的測試；有源及無源光電子器件與衍射光學元件的集成；基于聚焦離子束技術的微光學元器件的一步制作技術的開發和拓展；基于納光子器件微探頭的納米計量系統的概念設計：提出利用納光子超透鏡微探頭并結合激光多普勒外差干涉技術實現納米缺陷的動態在線檢測，該內容已獲得美國專利授權。

研究工作的創新點主要體現在微光學元件的加工制作技術上，國際上首創采用聚焦離子束技術直接一步加工和制作微小光學元件，具體包括微型衍射、折射、折衍混合、柱面、及橢球面透鏡等。這一創新技術解決了一些常規微光學元件制作方法難以實現的微光學元器件集成一體化問題，為光學系統緊湊化和小型化，以及微光學系統的研究開發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，經過多年的努力拼搏，在納米光學、微細加工、納米加工、衍射光學及微光學領域取得多項研究成果，在國際相關著名學術期刊和國內核心學術期刊上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分區一區刊物論文23篇，影響因子IF>3.0的論文46篇（占SCI論文總數的34%），論文累計被引次數1100余次，單篇他引最高次數83次，JCR統計h指數18。其中，代表論文之一：“Optics Express 18（4）， 3438-3443 （2010）”被國際文獻追綜機構BioMedLib于2011年2月28日評為納光子結構領域的“Top10”論文之一；此外，在該領域國際著名學術刊物Plasmonics（該刊物屬于JCR分區一區刊物）上陸續發表系列研究論文22篇。

此外，付永啟在微納加工及納米光學領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：ISBN： 1-58883-159-0）、Lithography： Principles， Processes and Materials（出版號：I S B N： 978-1-61761-837-6） 、Plasmonics： Principles and Applications（出版號：ISBN： 979-953-307-855-6）Ion beams in Nanoscience and Technology（出版號：ISBN 978-3-642-00622-7）、和《Nanofabrication》 （出版號ISBN： 978-953-307-912-7）；并獨立撰寫中、英文專著各一部，分別為《納光子學及其應用》（出版號ISBN： 978-7-80248-537-2）（該書是目前國內唯一一部具有自己獨立編著版權的全面系統地介紹納米光學發展前沿的中文專著，出版后得到同行的一致好評。）、英文專著書名為《Subwavelength Optics：Theory and Technology》；并以此為基礎，在國內首次開設了《亞波長光學》課程，于2009年秋在電子科技大學作為研究生專業課程講授。自2010年電子科技大學研究生院和中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研究生部均采用《納光子學及其應用》一書作為研究生專業課程：《亞波長光學》及《納米光學》的指定教材。該書作為2011年電子科技大學“十二五”規劃研究生教材建設立項支持（項目編號：11211CX20401），于2012年12月末成功出版了修訂版。

有關利用聚焦離子束一步制作微光學元件的內容被法國DELAWARE大學電子和計算機工程系Robert G.. Hunsperger教授寫入其編著的教科書《Integrated Optics： Theory and Technology》（第五版）的一個章節中。部分研究結果還被美國網絡多媒體組織NANOPOLISTM于2007年出版的《納米技術百科全書》多媒體教程引用并收錄， 并被邀請作“聚焦離子束”章節的內容評審人。

學術刊物論文中有關基于聚焦離子束直接沉積實現微型柱面透鏡與邊緣發射型半導體激光器集成化實現激光束的一維和二維整形的技術、以及類金剛石薄膜上一步寫入微透鏡技術，被國際上面向工業界的雜志Laser Focus World分別摘錄并以新聞簡報的形式在“光電子世界新聞”欄目中公布；并已分別獲得美國發明專利和中國發明專利的授權。

鑒于他出色的科研成就，近年來相繼在美國、加拿大、日本、韓國、新加坡、中國等國舉辦的衍射光學與微光學、微加工及納米加工、離子束及應用、精密工程、納米技術NanoTech 2004、亞洲光電子Photonics Asia 2004、ICAMT2005、NanoMan2008、Nanophotonics2009等專題會議及年會上作大會報告及特邀報告。

2010年，付永啟被國家科技部聘請為國家重點基礎研究計劃（973）項目“光學自由曲面制造的基礎研究”的項目專家組成員；并受邀分別擔任國際學術刊物Physics Express、Quantum Matter、Journal of Electromagnetic Field Analyses and Applications的高級主編、副主編、及編委。

篇7

關鍵字：納米技術；園藝植物；應用

納米科技是20世紀80年展起來的交叉、前沿的新興學科領域，將對未來的科技、經濟和社會發展產生重大影響。納米技術，是指在1～100nm尺度上，研究物質的結構和性質的多學科交叉的前沿技術，其最終目標是用分子、原子以及物質在納米尺度上的特性，制造具有特定功能的產品，實現生產方式的革命。近年來，納米技術正在向生物醫藥、信息、能源和環境、航天航空、海洋、國防等高科技領域滲透，顯現了其廣泛的應用性和較強的市場潛力。因此，各國政府和企業都不惜投入巨資研究并開發納米技術，占領戰略制高點，搶占世界市場[1]。

納米微粒自身具有特殊的性質，有著廣闊的應用領域，因此納米微粒的制備引起了廣大的關注。納米技術與生物技術相結合，并應用于生物領域，便形成了一種新的多學科交叉技術，即納米生物技術。納米生物技術是一個正逐漸發展的新興領域[2]。近年來，納米技術在園藝上的應用主要是植物生長調節劑、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 納米技術在調節植物生長方面的應用

植物生長調節劑是一類與植物激素具有相似生理和生物學效應的物質，用于調節植物生長發育的一類農藥，包括人工合成的化合物和從生物中提取的天然植物激素。經過納米生物技術處理后，植物生長調節劑顆粒粒徑減小，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，對幼苗生長促壯效應更明顯，表現在增加苗高、根長、根數以及增加葉片鮮重、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 納米技術在園藝產品保鮮方面的應用

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

在模擬園藝產品冷藏環境中，TiO2/ACF-Pt光催化降解乙烯。活性炭纖維（ACF）表面先濺射沉積納米Pt，再進行TiO2附著，能提高降解乙烯的能力。活性碳纖維（ACF）獨特的孔隙結構和表面特性，在較高濕度下低濃度氣相物質的吸附方面具有明顯的優勢。納米光催化技術在消除有機氣體時具有能耗低、反應條件溫和、可減少一次污染等優點。其中納米二氧化鈦（TiO2）以其活性高、價格便宜、對人體無害等特征被認為最佳的光催化劑。因此，納米Ti02光催化降解乙烯技術具有良好的應用前景。把ACF的高吸附性與納米TiO2良好的光催化性優勢結合，以ACF為載體負載納米Ti02（Ti02/ACF），一方面，解決納米Ti02負載問題；另一方面，ACF的吸附能力使低濃度氣相物質在納米Ti02附近聚集，能提高光催化反應速率。對有效地清除園藝產品冷藏環境中乙烯是有利的。貴金屬鉑（Pt）具有較高催化活性、優異電化學性能而備受關注[4]。

甘肅省農科院農產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膜，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、透明的可食性蠟膜，可食性涂膜的保鮮功能主要表現在：具有良好的氣體選擇透過性，使果蔬呼吸強度下降和乙烯釋放量降低，從而推遲生理衰老，減少營養成分的損失。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；封閉果蔬表面的微小損傷，同時又是殺菌劑和保鮮劑的有效體，從而減少致病菌的侵染，延長貯藏期和貨架期，提高果蔬檔次和市場競爭力。 經甘肅省醫學科學研究院衛生安全毒理學檢驗，這種果蠟屬無毒產品[5]。

通過用納米分子篩保鮮膜對白菜型油菜進行氣調保鮮研究，得出以下結論：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，延長保鮮期。室溫下保鮮期可達3 d，結合冷藏（6℃）保存時，保鮮期可達13 d以上。由于納米分子篩具有獨特的氣體選擇性， 因此是一種具有廣闊前景的氣調包裝添加改性劑[6]。

3 納米技術在防治病蟲害方面的應用

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、蔬菜和少數經濟作物。病害降低了園藝植物的實用價值和觀賞價值。目前，納米技術在滅菌抑菌方面的應用主要有：光半導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雙鏈結構；同時許多無機化合物或無機離子也能被Ti02光催化降解成毒性較小或無毒的產物。

納米Ti02具有以下優點：[7]①對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，激發生成電子一空穴對；②具有良好的抗光腐蝕和化學穩定性；③具有較深的價帶能級，氧化還原能力強，具有較高的光催化活性；④對很多有機污染物有較強的吸附作用；⑤具有廣譜、長效的抗菌特點；⑥安全無毒。

王芳、譚潔文關于硅制劑對草坪草四種病原真菌的抑制作用研究表明，納米硅對立枯絲核菌致病性的抑制作用較強，抑制率為6.19%。經過硅處理的葉片對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關于納米硅對害蟲的控制實驗表明，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作為水屏障，使害蟲免遭干燥環境的影響。而納米硅制劑能夠被蟲體表面的脂質吸附，使脂質喪失其作用，然后達到殺蟲的目的。這種制劑涂在莖和葉的表面，不會影響植物組織的光合作用和呼吸作用，也不會影響基因的表達[9]。

70%納米欣可濕性粉劑是一種高效、低毒、低殘留、廣譜、內吸性苯并咪唑類殺菌劑，具保護和治療雙重作用。其作用機理是噴施于植物表面被植物體吸收后，經一系列生化反應，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，使病菌孢子萌發長出的芽管扭曲異常，芽管細胞壁扭曲，從而使病菌不能正常生長而達到殺菌效果[10]。

M.K. Sarmast等關于納米銀膠體在Araucaria excelsa R.Br組織培養中能夠降低細菌感染的實驗證明，將離體的植物組織或浸泡在納米銀膠體的溶液中或將適量的納米銀直接加入培養基中，均能降低植物組織培養中的細菌污染，而且對植物以后的生長沒有任何副作用[11]。

4 納米技術與納米肥料

以“鹽肥柱撐”技術為核心，重點研究現代微生物技術，結合納米插層技術、植物種植技術和化學工程技術等多學科的技術制成納米生物有機肥。實驗表明，使用該肥料后，植株根系發達，生長速度超常，反季節能力強，作物果實飽滿，品質明顯提升，成熟收獲期提前，與常態種植相比平均增產幅度不低于15%[12]。

此外，2007年華龍肥料技術有限公司首次將納米碳應用到農用肥料中。研究結果表明，在肥料中添加納米碳，可使谷類作物增產10%～20%，蔬菜作物增產20%～40%。在增產的基礎上，可使小麥籽實脂肪含量增加，蛋白質含量減少。同時該技術也在花卉上進行了不同品種的試驗，均得出有突破性的結論。現主要研究花卉生產中。納米碳粉的加入，對降低肥料用量，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方面的深入研究打下基礎[13]。

5 展望

納米微粒自身具有特殊的性質，有著廣闊的應用前景，納米微粒的制備引起了廣大的關注。相信在不久的將來，納米技術的發展將日新月異，其在生命科學領域的發展應用將非常迅速。

（收稿：2013-05-16）

參考文獻

[1]徐輝碧，楊祥良等.納米技術在中藥研究的應用.中國藥科大學學報[J]，2001，32（3）：161-1651.

[2]姜忠義，王艷強.納米生物技術及其應用[J].現代化工.2002，22（4）：10-13.

[3]姜宇. 三十烷醇（TA）納米制劑的制備及對小麥、綠豆種苗生長的影響[D].遼寧師范大學，2009.

[4]葉盛英，艾廣建.離子濺射Pt對光催化降解冷藏環境中乙烯的影響[J]農業工程學報. 2009，1：260.

[5]新華社. 甘肅省農科院研制成功新型納米保鮮果蠟 西北園藝 2004，2：55

[6]郭玉花，黃震等.納米氣調包裝新鮮小油菜保鮮研究[J].北方園藝. 2008，6：214-216.

[7]張萍. 納米TiO2光半導體植物抗菌材料及其生物學效應研究[D]. 中國農業科學院， 2007.

[8]王芳，譚潔文. 硅制劑對草坪草四種病原真菌的抑制作用 第四屆全國農藥交流會論文集

[9]T.K.Barik.B.Sahu.V.Swain.Nanosilica—from medicine to pest control. Parasitol Res. 2008，103：253258.

[10]新加坡利農私人有限公司北京代表處.高效殺菌劑—納米欣[J].西北園藝.2006，6：42.

[11] M.K. Sarmast. nano silver treatment is effective in reducing bacterial contaminations of Araucaria excelsa R.Br.var.glauca explants[J] Acta Biological Hungarica. 2011，62：477-484

[12]張建軍. 正光納米生物有機肥在現代農業中的應用與未來展望[J].四川農業科技.2011，（2）：45-46

篇8

關鍵詞：無機化學；若干問題；重大進展

1新時期無機化學中的若干重大進展

1.1有機體系建設中水熱合成技術的突破

根據有關無機化學研究小組的設計與研發來看，無機化學在研發中出現了最新的無機化學反應，特別是在低溫狀態下，該反應能夠實現一系列的非氧化物納米材料，并結合水熱合成技術，以及溶劑熱合成原理與水熱合成技術，并在一定的密封空間進行反應，最終實現有機溶劑的化學反應，該有機化學方面的技術性突破，很多學者將其給予報道，就在不久前的美國《化學與工程新聞》雜志上，針對該研究的報道就被評為“稻草變黃金”，被認為是一種“新穎的和非常有趣的合成方法，……將促進該領域更深入的工作”，又例如無機化學領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，就是該領域的全新研發進展，充分地運用好該技術能夠實現一定的產業優勢。國內針對無機水熱合成技術的研究，以及國際上鑒于對該領域的突破性研究都取得了不小的成就，特別是國家重點實驗室的教授應邀在2001年的美國化學研討會上就《化學研究評述》撰寫綜述論文，并針對該領域實現了積極的研究，希望給無機化學帶來全新的突破。

1.2納米技術和無機聚合物方面的突破

目前，學術期刊上有大量關于納米技術和無機聚合物方面的學術論文，很多論文具有國際化高水平，很多具有創新型的技術并得到了廣大學者的廣泛重視，例如合成性的納米金屬分子籠（nanometer-sizedmetallomolecularcage）成功地構建了具有Oh對稱的立方體金屬-有機籠子[Ni6(tpst)8Cl12]，該構架模式能夠容納較多的離子和溶劑分子，是對納米技術的全新突破。另外，針對金屬納米線和金屬-有機納米板的合成領域也有著全新的突破，特別是在自組裝規律、空間結構、電子結構方面具有探索性的進展，實現了物理化學性能方面的延伸。另外還在空間結構與性質和性能方面找尋關系規律，例如學者李亞棟課題組發現了一些具有準層狀結構特性的金屬鉍，該金屬鉍能夠形成一種新型的單晶多壁金屬納米管，這是首例國際上比較認可的由金屬形成的單晶納米管，特別是鉍納米管的發現，為無機化學研究找尋了新的突破點，針對無機納米管的形成機理及應用研究，使得無機化學形成新的對象和研究課題。例如很多研究者還利用人工合成的有機無機層狀結構，積極的合成了金屬鎢單晶納米線和高質量的WS2納米管，該技術積極地分析了層狀前驅體到納米管的層狀卷曲機制，為一維納米線和納米管的合成展示出全新的領域。

2新時期針對無機化學研究發展的展望

縱覽過去的幾年，我們看出無機化學有著矚目的成就，許多激動人心的研究，恰如其分的實現了該學科的復興，使得無機化學改變傳統的理念，逐漸走向卓越的發展階段，回顧已經取得的成就，及通過近幾年的學術研究成果來看，無機化學和物理學科能夠有效地推動科技的進步，實現各領域的全面發展。由于各學科的相互滲透、生產技術的要求、實驗手段的增加，以及現代結構理論的建立與發展，使無機化學在傳統領域以及在化學與生物、物理、數學等邊緣學科方面都獲得了重大進展。就近幾年的發展來看，無機化學在某種程度上取得了突破性的進展，實現了與國際化的接軌，從傳統無機化學的角度，使得其在新時代背景下有著全新的突破，保持了與國際的接軌。針對最近幾年生物無機化學的發展，使得該領域形成了學術化的交流，發展中促進了該領域的學術提高，研究水平逐年提高。未來在新時期新技術科技的帶動下，無機化學領域更是會突飛猛進的向前發展，就目前的總體發展水平來看，生物無機化學還與國際化的發展水平有著一定的差距，需要國家給予大力的技術支持和必要的經費投入，需要國家培養出具有一定專業知識的杰出青年，為無機化學發展做出積極地貢獻。

3結語

篇9

關鍵詞：科教協同；戰略性新興產業專業；培養模式；實踐基地

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）29-0060-02

為適應新興戰略性產業的發展，2010年教育部開始了戰略性新興產業專業申報工作。南京理工大學申報并獲批了“納米材料與技術”本科專業，于次年招生。戰略性新興產業專業屬于教育部本科專業目錄外專業，人才標準，培養目標、培養模式和課程體系均為空白[1]。從2011年起課題組對納米材料與技術專業上述問題開展了探索，應用效果良好。

一、結合國家納米產業布局，立足長三角區域納米技術人才知識的需求，明確了培養目標，搭建了合理的課程體系

戰略性新興產業人才必須與社會實踐相結合，才能滿足發展戰略性新興產業的需求[2]。課程體系的合理性與內容的先進性直接關系到培養質量。為此，課題組分析了國家納米產業布局，調研了長三角區域納米技術人才知識的需求，國內外相關專業情況。進而明確了培養目標，搭建了合理的課程體系。在研究《蘇州工業園區納米技術產業創新能力報告》時發現微納制造、能源、環保和納米生物醫藥等是蘇州工業@區納米技術重點優勢領域。組織本專業學生翻譯歐盟委員會研究事務部2005年“Research Training in Nanosciences and Nanotechnologies：Current Status and Future Needs”研討會論文，了解國外的納米材料與技術及其相關專業信息。在此基礎上，南理工與中科院蘇納所共同確定了本專業人才培養目標。即：本專業培養適應戰略性新興產業發展需要、富有創新能力的，可從事納米器件、材料與技術相關領域工作的高級工程技術人才，并為進一步培養材料及相關領域高層次人才提供優秀生源。所培養的學生基礎扎實，具有較強的自學能力、創新意識、實踐能力、組織和協調能力、分析和解決實際問題的能力及較強的社會適應能力。按照南理工“通識教育十學科專業基礎十專業教育十實踐教學”四個層面，設置課程構建了厚基礎、寬口徑、重視學科交叉的課程體系。首先南理工制定培養計劃初稿，然后與中科院蘇納所研討并修改，再討論，直至定稿。

二、探索互贏機制，發揮中國科學院優質科教資源在本科生培養中的作用，科教協同共建納米材料與技術專業，創新了人才培養模式

人才需要精心培養，成才的條件在于與社會實踐相結合，把所學的專業知識與技能、解決問題的方法運用到社會實踐中，為社會創造價值，實現自身人生價值。與社會實踐相結合是高校培養戰略性新興產業人才的必經之路。為此，專業申請之初課題組就提出了校所“3+1”的培養模式。專業建設中積極探索互贏機制，引導蘇州工業園、中科院蘇州納米所等參與專業建設，以滿足企業需要為標準，確定專業定位、培養目標與要求，制訂培養方案，構建實踐環節等，共同承擔培養人才的任務。學校與研究所對本科層次人才的教育關注度存在差異，如何引導研究所參與到本科生培養是需破解的難題。只有建立互贏機制才能破解這一難題。譬如，在引導中科院蘇納所教育合作時，南理工與蘇納所納米加工平臺每年聯合培養1―2名研究生，而納米加工平臺則免費舉辦納米加工培訓班、接納為期1個月的生產實習、1個月的工程訓練，并接納4―8名本科生為期半年的畢業設計。引入行業認證教育，納米加工平臺培訓達標者發放微納米加工培訓證書。該平臺得到了廣大微納米加工企業的認可，該證對學生就業很有幫助。

三、基于國家、省部級科研平臺建設了一支高素質師資隊伍，營造了良好的學生創新能力培養環境

高水平師資隊伍是建設高水平專業的保障。學院建有教育部、國家外專局微納米材料及裝備創新引智基地、微納米材料及裝備江蘇高校協同創新中心、科技部微納米材料與技術國家級國際聯合研究中心、江蘇省先進微納米材料與技術重點實驗室、工信部新型顯示材料與器件重點實驗室等科研平臺，擁有豐富的高端軟硬件資源。發揮好這些資源在本科生培養中的作用是需要解決的重要問題。通過一系列措施，上述平臺已有12名教授級研究人員及其團隊參與本專業本科教學。現已構建了年齡、職稱、學歷等結構合理、教學與科研綜合水平高的教師隊伍，保證了專業建設順利完成。平臺每年接納近20名本專業本科生開展科研訓練、工程訓練和畢業設計，學生受到了良好的科研能力培養。而這些本科生們讀研時往往會加入這些老師課題組深造，打通了本碩博培養通道。

四、獲批了江蘇省納米材料與技術實踐教育中心，結合各類科研平臺，構建了本專業校內實驗平臺體系

結合企業對納米材料制備與表征、微納米加工、元器件檢測方面的需求，課題組將2011年獲批共建的江蘇省納米材料與技術實踐教育中心與上述各類科研平臺相結合，構建了納米材料制備與表征、微納米加工、元器件檢測三大模塊組成的專業實驗平臺體系，培養學生學習、實踐、工程能力和創新等能力。該平臺以學生為中心，對課內實驗、創新性的科研訓練、工程訓練、畢業設計、大學生課外科技活動等環節開放，每年服務學生近5千人次。

五、基于國家級納米技術人才公共實訓基地，構建了校外實踐基地，出版了實習實訓教材

納米技術高投入的產業特性，所用軟硬件設施基本國外引進，成本昂貴，學校沒有財力完全滿足納米技術產業的高技能人才培養體系中實訓設備所需。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實踐教育中心，中科院蘇納所納米加工平臺成為了本專業的實習基地，實現了全封閉的實習模式，解決了實習基地難建、走馬觀花式實習的問題。國家級蘇州工業園區納米技術人才公共實訓基地中科院蘇納所納米加工平臺是該所投入過億資金全力打造的國內一流的納米技術人才培養平臺，擁有國際領先的納米加工、測試設備，頂尖的納米技術專家教師資源，是目前蘇州市、江蘇省乃至全國唯一的納米技術人才相關公共實訓基地。

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

根據課程需要，已正式出版并使用《材料科學與工程中的驗設計與數據處理方法》、《材料科學研究與測試方法》、《材料物理化學》、《納米材料與技術專業課內實驗指導書》等教材。其中《材料物理化學》獲校優秀教材一等獎，《材料科學研究與測試方法》、《材料工程實驗設計及數據處理》獲二等獎。錄制了“微電鑄”在內的25個視頻，便于學生對相關設備操作技能的掌握。

七、專業建設成果應用情況

本研究成果已在我校納米材料與技術專業初步應用，效果良好。如首屆學生30人，100%四年按期畢業拿到學位證書。班級平均成績連續三年保持學院年級第一，升學及出國率超過50%。獲江蘇省先進班集體、南京理工大學紅旗團支部，獲國家勵志獎學金5人次，其他的校級獎勵50多人次。就業領域從原先材料領域拓寬到微納米加工領域，就業初薪高于本學院的平均水平。

參考文獻：

[1]劉淑芝，王寶輝，陳彥廣，陳穎，王鑒.能源化學工程專業建設探索與實踐[J].教育教學論壇，2014，（6）：209-210.

[2]胡健，孫金花.理工科高校戰略性新興產業人才培養設想及對策研究[J].科學咨詢：科技?管理，2013，（3）：58-59.

篇10

Device Applications of Silicon Nanocrystals and Nanostructures

2009

Hardback

ISBN9780387786889

Koshida著

在納米尺度,半導體器件將會呈現出不同于宏觀尺度的光學、電學性能,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構在光電器件、電子器件及功能器件等三方面的應用。

本書共11章,1.介紹了富硅介質在有源光電器件中的應用。本章比較了富硅氧化物和富硅氮化物在晶體結構、發光效應和發光效率的區別,認為發光效應及效率主要來自硅納米晶,并指出硅納米晶結構在有源光電器件中的重要作用;2.硅納米結構的場致發光器件,介紹了多空納米硅、富硅氧化物或氮化物、硅超晶格等硅結構,分析了硅納米晶結構場致發光器件中的作用,硅納米晶作為激發物而不是發光物質;3.介紹了si/sio2超晶格結構的光學性能、制備過程和采用的技術以及它的發展前景;4.首先介紹了納米硅結構在注入式激光器設計中的作用,然后進行了實驗分析得到了大量的數據,最后指出了納米硅在激光器制造中的應用前景;5.介紹了硅單電子器件,這種器件可以對單電子進行控制,具有優越的性能,應用前景很廣,目前比較典型的是應用在存儲和邏輯器件上;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;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器的發展歷史,分析了將自上而下和自下而上兩種設計方法進行集合的應用前景以及自組裝硅納米晶在Flash制造中的應用;9.首先介紹了BSD的性能及其發光機理,然后分析了器件發光效率和納米結構之間的關系,最后著重介紹了玻璃基BSD;10.介紹了多孔硅光電器件的結構和基本性能,以及在label-free生物傳感器中的應用;11.介紹了一種基于多孔硅納米晶的超聲發射器。

作者nobuyoshi koshida 1943年出生于日本北海道,分別于1966、1968、1973獲得了東京大學工學學士、電子工程碩士和博士學位。1981年他進入東京農工大學電機系任教,1988年成為電子工程專業教授,2002年成為工學研究生院納米科學與技術教授。他分別于1992-1993年在馬薩諸塞學院,1993年在卡文迪實驗室,1996年在法國傅立葉大學擔任客座教授。他發表的文章,出版的專著合計超過280余篇,目前他擔任ECS日本分會主席,是日本應用物理協會理事、美國材料學會及美國物理協會成員。

本書是一本論文匯編,所收錄的論文是由相關領域的專家完成的,對于從事微電子設計、納米技術研究的人有重要的參考價值。

劉軍濤,博士生

(中國科學院電子學研究所)