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小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 材料區(qū) » 微米和納米 » 前沿熱點 » 0.5維納米材料——納米科技的新領域
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0.5維納米材料——納米科技的新領域 已有12人參與
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http://www.materialsviewschina.com/2014/09/0-5-wei-na-mi-cai-liao-na-mi-ke-ji-di-xin-ling-yu/ 相對于微觀和宏觀材料，納米材料具有迥然不同的特異屬性，從而不但使其在科研方面是研究物質(zhì)在納米束縛下性質(zhì)變化規(guī)律的理想對象，同時也被廣泛應用于人們的生產(chǎn)生活。當材料在三維長度中的一維或者多維在納米尺度（通常是小于100納米）具有納米束縛時，增強的表面能和量子效應會嚴重改變材料的基本屬性。迄今為止，納米材料按納米束縛的維度可分為0維材料（材料三維度都在納米尺寸，納米束縛存在于三個維度），1維材料（材料兩維度在納米尺寸），和2維材料（材料一個維度在納米尺度），分別對應于納米顆粒，納米線/納米管，以及納米薄膜。納米顆粒被廣泛用于生物熒光成像，納米涂料技術；納米線/納米管被用于制作納米電子器件以及與高分子材料形成高強度的復合材料；納米薄膜，如石墨烯等，在超級電容，透明電極等等方面都開始了重要應用。 由于納米束縛的維度不同，相同材料，不同尺度，卻具有迥然不同的性質(zhì)，目前為止，有關于0維，1維，2維納米材料的研究和應用都限制在同一維度之內(nèi)，彼此之間在科研和應用領域互相獨立。隨著微電子技術的發(fā)展，原來基于微米薄膜技術的集成電子元件的加工已經(jīng)到了20納米以內(nèi)，為了進一步縮小元件體積，提高集成芯片的性能，近期以Intel 公司為主導，研制成功了三維半導體晶體管，進一步突破了硅基半導體元件的尺寸極限，使半導體集成芯片元件的小型化得以持續(xù)。按材料尺度分，每個三維半導體晶體管都是一個介于0維和1維之間的納米材料。然而，在這一中間維度的相關材料屬性規(guī)律卻從未被研究和掌握。  近日，美國阿拉巴馬大學宋金會教授帶領其博士研究生江誠鳴提出了全新的0.5維納米材料的概念，并通過合成0.5維氧化鋅半導體納米材料，以基礎的光電性質(zhì)對其在實驗和理論上上進行了系統(tǒng)的研究，成功開創(chuàng)了0.5維納米材料的科研新領域。在保持一維納米線直徑不變的情況下，通過縮短納米線的長度到納米尺度，進而在原來沒有納米束縛的第三維引入量子效應。在第三維度納米束縛從無到有的過程當中，材料的光電性質(zhì)發(fā)生了急劇且不同于經(jīng)典的變化。這一過程中，材料的尺寸介于1維和0維納米材料之間，所以被命名為0.5維納米材料。科研方面，0.5維納米材料在兩維方向具有固定的納米束縛，第三維作為唯一納米束縛變量，極大的簡化了研究對象和研究參數(shù)，從而為發(fā)現(xiàn)納米束縛對材料屬性的影響提供了理想研究目標。同時，對于材料在這個維度上的性質(zhì)研究對于三維納米電子技術的發(fā)展具有巨大的應用意義。 研究組通過控制具有相同半徑的豎直氧化鋅納米線的高度來制備0.5維納材料。為了保證光電性質(zhì)表征精度，實驗中所采用的樣品是通過氣象沉積發(fā)生長的納米材料，這樣制備出來的納米材料具有相同的生長方向，近完美晶格結(jié)構，以及頂部良好電學接觸。所采用的主要表征設備是導電原子力顯微鏡，通過光纖對納米線定點引入光照，進而測量出特定高度的豎直氧化鋅納納米材料在光照和非光照下的電流差，進而表征出光電特性。這種測量方法不僅避免了復雜的加工樣品過程，而且使實驗的具有高度的可重復性。實驗表明0.5維氧化鋅納米材料的光電特性與經(jīng)典的歐姆定律截然相反，這是十分有趣的由于第三維方向出現(xiàn)納米束縛而引起的基本屬性奇異現(xiàn)象。實驗組利用半徑典半量子理論建模完美解釋了這一0.5維材料光電屬性奇異的現(xiàn)象和規(guī)律。 由于第三維納米束縛的出現(xiàn)而引起的材料基本屬性奇異的現(xiàn)象首次被系統(tǒng)研究。0.5維氧化鋅半導體納米材料的光電特性只是這個新的領域一次開創(chuàng)性的研究，更多關于0.5維材料的研究依舊是空白和有待開發(fā)的。0.5維納米材料的概念和研究適用于所有材料，所有性質(zhì)，并且對于發(fā)展3D納米電子技術，NEMS，等具有重要意義。 |
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