納米PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)11234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)一、前 言 納米科學(xué)技術(shù)（Nano Science and Technology)2.第1頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)一、前 言3.微觀 孤立原子、分子 宏觀 原子或分子構(gòu)成系統(tǒng) 固液氣固長程有序晶體(如金屬)長程無序但短程有序非晶體(如玻璃)納米 物質(zhì)粉碎成“納米級”微粒(如含10-100個(gè)分子)(物理、化學(xué)方法)再加壓成型為納米材料納米微粒納米材料(聚合體)(如納米金屬、納米陶瓷、納米非晶態(tài)材料)第2頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)一、前 言4.0.1 - 100 nm空間尺度小 量子效應(yīng)納米科學(xué)技術(shù) 量子力學(xué)原理

2、第3頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)一、前 言 “ 一旦到納米技術(shù)范圍，量子力學(xué) 效應(yīng)就出現(xiàn)了。也就是說，我們要研究開發(fā)的這個(gè)領(lǐng)域，量子力學(xué)就變成了一個(gè)必要的工具，不能總是把量子力學(xué)局限在理論研究中，要把這個(gè)理論應(yīng)用到實(shí)際的開發(fā)工作中，即技術(shù)工作中去。要運(yùn)用量子力學(xué)來設(shè)計(jì)、研究這方面的工作?！?錢學(xué)森5.第4頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)一、前 言 1981年, 第一臺掃描隧道顯微鏡(STM) 原子顯像能力 1986年, STM的發(fā)明者G.Binnig和 H.Rohrer獲諾貝爾獎 G.BinnigH.Rohrer6. 光學(xué)顯微鏡2000倍 , 電子顯微鏡幾百萬倍

3、, STM 億倍第5頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)二、納米材料 20世紀(jì)80年代，科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)，介于宏觀與微觀之間的納米體系中，材料的許多性質(zhì)都完全變了模樣： 金屬銀失去了典型的金屬特征； 納米二氧化硅電阻下降了幾個(gè)數(shù)量級； 常態(tài)下電阻較小的金屬到了納米級電阻會增大； 納米級金屬的電阻溫度系數(shù)下降甚至出現(xiàn)負(fù)數(shù)； 原是絕緣體的氧化物到了納米級，電阻卻反而下降； 10-25nm的鐵磁金屬微粒矯頑力比相同的宏觀材料大1000倍； 顆粒尺寸小于10nm，矯頑力變?yōu)榱?，表現(xiàn)為超順磁性。7.第6頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)二、納米材料 小尺寸效應(yīng) 表面與界面效應(yīng) 量子

4、尺寸效應(yīng)8.納米微粒線度 光性質(zhì)顯著變化電磁熱 力、聲 光、吸收頻率寬而均勻良好韌性(納米金屬均稱“黑色”)吸收極強(qiáng)如(與尺寸有關(guān))各種微波吸收材料電磁屏蔽隱身材料(1)小尺寸效應(yīng)第7頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)二、納米材料(2)表面與界面效應(yīng)物質(zhì)粒徑的減小 比表面積大大增加 鍵態(tài)嚴(yán)重失配 出現(xiàn)許多活性中心粒徑5nm的顆粒，表面占50，粒徑2nm時(shí)，表面的體積百分?jǐn)?shù)增加到80。9.第8頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)二、納米材料=4EF/3N納米材料尺寸小 電子被局限在一個(gè)體積十分微小的納米空間 電子平均自由程短 電子的局域性和相干性增強(qiáng) 納米體系包含的原子數(shù)大

5、大降低(3)量子尺寸效應(yīng)10.第9頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)二、納米材料碳的三種形態(tài)：C60、金剛石、石墨11.第10頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)二、納米材料12.第11頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)二、納米材料碳納米管的吸附性質(zhì)： “袖中乾坤” 巴基管吸附HF分子13.第12頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)二、納米材料 （1） 在微電子器件方面的應(yīng)用。 納米材料制作單電子隧穿二極管 納米硅基超晶格。 （2） 在磁記錄方面的應(yīng)用 。 （3） 在傳感器上的應(yīng)用。 納米陶瓷材料(LiN6O3,LiTiO3) 制成紅外檢測傳感器。1

6、4.第13頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)其他領(lǐng)域中的應(yīng)用 15.(1)納米機(jī)械學(xué)第14頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)其他領(lǐng)域中的應(yīng)用納米尺度的分子電子器件超高密度記錄原子開關(guān)原理(2)納米電子學(xué)16.第15頁/共42頁1234567返回退出(3) 納米生物學(xué) 在納米尺度上研究生命問題納米科學(xué)技術(shù)其他領(lǐng)域中的應(yīng)用17.第16頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)三、STM的工作原理費(fèi)米能級功函數(shù)EF118.第17頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)三、STM的工作原理 金屬A金屬B絕緣層或真空SEF1EF21e2e19.第18頁/共42頁1234

7、567返回退出納米科學(xué)技術(shù)三、STM的工作原理20.絕緣層或真空入射波反射波透射波金屬A金屬BS第19頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)三、STM的工作原理 金屬A做成探針狀 金屬B為被研究物質(zhì)的表面22.第20頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)三、STM的工作原理注意：隧道電流的強(qiáng)度對針尖與樣品表面的距離十分敏感，呈指數(shù)衰減。23.第21頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)三、STM的工作原理23.第22頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)三、STM的工作原理結(jié)論： STM是根據(jù)電子穿過表面勢壘的隧道效應(yīng)制成的。它利用針尖掃描樣品表面，通過隧道電流

8、獲得樣品表面的圖像。樣品電子線路顯示器顯示器探針24.第23頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)四、STM的儀器設(shè)備STM儀器設(shè)備全景圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)STM 主體設(shè)備電子反饋系統(tǒng)高分辨率顯示終端25.第24頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)四、STM的儀器設(shè)備STM主體S T M 的核心部件 探頭 裝在主體箱26.第25頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)四、STM的儀器設(shè)備電子反饋系統(tǒng): 產(chǎn)生隧道電流, 控制隧道電流的恒定高分辨率顯示終端： 顯示所獲取的顯微圖像計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：發(fā)出指令，控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，收集、存儲所獲得的圖像，對原始圖像進(jìn)行處理（如平滑、背景扣除

9、、區(qū)域縮小或放大、剖面線等）27.第26頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)四、STM的儀器設(shè)備恒流工作模式 STM 的工作方式恒高工作模式28.第27頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)四、STM的儀器設(shè)備主要技術(shù)問題 要想達(dá)到原子級的分辨率,探針尖端最好只有一個(gè)原子. 探針制作 29.探針樣品表面1nm探針不與樣品表面接觸第28頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)四、STM的儀器設(shè)備如何實(shí)現(xiàn)針尖在樣品表面掃描？30第29頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)四、STM的儀器設(shè)備 STM 的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)分辨率高：橫向0.1nm,縱向0.01nm。同時(shí)獲得原子

10、和電子 結(jié)構(gòu)的豐富信息。工作條件范圍大（空氣、 常溫、液體 ） 31.第30頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)五、STM的應(yīng)用1 、 觀察和研究固體表面的微觀結(jié)構(gòu)32.砷化鎵砷化鎵GaAs表表面的真空面的真空STM圖圖像像硅表面77重構(gòu)圖Na過飽和吸附于GaAs表面的真空STM圖像石墨表面碳原子的規(guī)則排列吸附在鉑晶體表面的碘原子第31頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)五、STM的應(yīng)用2、觀察DNA分子揭示生命的奧秘世界上第一張DNA圖像小白鼠DNA33.第32頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)五、STM的應(yīng)用DNA合成瞬間平行雙鏈DNA2、觀察DNA分子揭示生命的奧秘34.第33頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)五、STM的應(yīng)用3、改造微觀世界的手段 35.第34頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)五、STM的應(yīng)用I B M 納米小人36.第35頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)五、STM的應(yīng)用4、構(gòu)造超微結(jié)構(gòu)量子圍欄圖48個(gè)Fe原子在Cu表面圍成圍欄37.第36頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)五、STM的應(yīng)用5 、進(jìn)行納米級微加工表面刻蝕38.第37頁/共42頁1234567返回退出納米科學(xué)技術(shù)五、STM的應(yīng)用5 、進(jìn)行納米級微加工表面刻蝕41.第38頁/