自組裝納米加工技術(shù)教學(xué)課件

自組裝納米加工技術(shù)自組裝納米加工技術(shù)自組裝納米加工技術(shù)第十章自組裝納米加工技術(shù)101引言自上而下:復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)由平面襯底表面逐層建造形成。自上而下的加工方式其最小可加工結(jié)構(gòu)尺寸最終受限于加工工具的能力:光刻工具或刻蝕設(shè)備的分辨能力自下而上:大自然,在上億年間通過自組裝(Selfassembly)和自構(gòu)建(Self-ConStmCtion)方式,從分子水平基礎(chǔ)上創(chuàng)造了世間復(fù)雜萬物。而分子這一最基本的構(gòu)建單元與目前最小可加工的結(jié)構(gòu)相比至少小一個(gè)數(shù)量級所以納米加工技術(shù)的最終發(fā)展是分子水平的自組裝技術(shù)。如果把分子自組裝看做是一種微納米結(jié)構(gòu)加工手段則從分子水平出發(fā)構(gòu)建納米或微米結(jié)構(gòu)是一種“自下而上”(Bottom-Up)的加工方式,它徹底顛覆了傳統(tǒng)的自上而下的加工理念1引言21世紀(jì)，國家的綜合國力、國際競爭力將越來越取決于教育的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)和知識創(chuàng)新的水平，而教育在綜合國力的形成中處于基礎(chǔ)性地位。因而，在中學(xué)階段嘗試創(chuàng)新教育具有相當(dāng)重要的意義。物理學(xué)科是門源于自然的基礎(chǔ)學(xué)科，同時(shí)又是培養(yǎng)人思維的嚴(yán)密性、邏輯性和創(chuàng)造性的最好學(xué)科之一。概括而言，目前我國中學(xué)物理教育存在以下三個(gè)方面的大問題。第一應(yīng)試教育現(xiàn)象依然嚴(yán)重。第二，缺少實(shí)踐動手環(huán)節(jié)。第三，缺少科學(xué)思維方式的熏陶。中學(xué)物理教育改革必須積極融入其中，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念、反思自身弊端，構(gòu)建完整的教師知識結(jié)構(gòu)，在為基礎(chǔ)教育改革注入活力的同時(shí)拉動自身改革，提升競爭實(shí)力。2中學(xué)物理教育新課程改革的指導(dǎo)思想新課程強(qiáng)調(diào)教學(xué)是教師與學(xué)生的交往、互動。師生雙方相互交流、相互溝通、相互啟發(fā)、相互補(bǔ)充。在這個(gè)過程中，教師與學(xué)生分享彼此的思考、經(jīng)驗(yàn)和知識，交流彼此的情感、體驗(yàn)與觀念、豐富教學(xué)內(nèi)容，求得新的發(fā)現(xiàn)，從而達(dá)到共識、共享、共進(jìn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長和共同發(fā)展。應(yīng)遵循有利于學(xué)生學(xué)習(xí)方式和教師教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變。注意聯(lián)系社會、生活的實(shí)際，突出科學(xué)技術(shù)與社會相互聯(lián)系和影響的觀點(diǎn)。中學(xué)物理課程和教材、中學(xué)物理課堂教學(xué)方法與模式、中學(xué)生物理學(xué)習(xí)心理與特點(diǎn)、中學(xué)物理教師的素養(yǎng)與職后培訓(xùn)諸方面。3中學(xué)物理教育系課程改革的對策建議3.1注重教材編寫的知識和技能（1）重視基礎(chǔ)知識、基本概念和規(guī)律的教學(xué)。只有對物理學(xué)中的基本概念、原理和規(guī)律有了較好的理解，才能更好地理解和掌握科學(xué)的方法。注意將物理內(nèi)容圍繞物理學(xué)基本概念、原理和規(guī)律展開，避免過多地羅列和陳述識記性的知識。（2）重視實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐活動的設(shè)計(jì)。物理學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)必不可少的重要組成部分。物理實(shí)驗(yàn)不僅是訓(xùn)練學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的一個(gè)方面，同時(shí)也是學(xué)生認(rèn)識、學(xué)習(xí)和研究事物的有效方法，因此教材非常重視實(shí)驗(yàn)的安排與設(shè)計(jì)，以提高學(xué)生的實(shí)踐能力。3.2聯(lián)系實(shí)際，突出STS的思想采用多種教學(xué)方式，加大學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)物理的基本理論某種意義上是枯燥的，老師必須轉(zhuǎn)變角色，變物理“講”師為物理教育工作者、教學(xué)上的組織者、設(shè)計(jì)者和教練者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)合作伙伴。積極實(shí)行啟發(fā)式和交互式教學(xué)，提高課堂效率。理論聯(lián)系實(shí)際，是真正學(xué)好物理、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力最有效的途徑。以學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，引入物理問題。突出STS的思想。促進(jìn)信息技術(shù)與物理課程的整合3.3關(guān)注科學(xué)方法，培養(yǎng)科學(xué)探究能力（1）中學(xué)物理教師的基本建技能。除了能用教育學(xué)與心理學(xué)來指導(dǎo)、研究教學(xué)外,中學(xué)物理教師還應(yīng)具備以下幾種基本技能。對探究的方向和可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行推測假設(shè)的能力、制訂計(jì)劃與設(shè)計(jì)使用的能力、選擇科學(xué)探究的方法及選擇所需器材的能力、分析影響問題的因素和控制變量的能力、分析論據(jù)的能力、有評估探究過程、探究結(jié)果的意識、交流與合作的能力?，F(xiàn)代的教育理念對中學(xué)物理教師提出了更高，更具專業(yè)性的要求。（2）在學(xué)習(xí)方式上,倡導(dǎo)學(xué)生主動參與，樂于探究，勤于動手,培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力，獲取新知識的能力，分析和解決問題的能力以及交流和合作的能力。充分利用各種現(xiàn)代化的科學(xué)教學(xué)手段，如計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、CAI輔助課件、交互式教學(xué)、啟發(fā)式討論教學(xué)等加強(qiáng)對學(xué)生的自學(xué)能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，增強(qiáng)他們解決各種實(shí)際問題的能力。（3）力求為學(xué)生創(chuàng)造自主探究、合作交流的空間，為教師營造教學(xué)創(chuàng)新的環(huán)境，為師生互動式教學(xué)提供民主的氛圍和豐富的資源，促使學(xué)生主動探究。注意開放性，發(fā)展學(xué)生獨(dú)立思考的能力和創(chuàng)新意識。（4）為不同潛能學(xué)生的發(fā)展提供空間可做“彈性”處理，以便為不同智力潛能的學(xué)生的發(fā)展提供空間。3.4注重培養(yǎng)學(xué)生思維中學(xué)物理教育中具有許多的思維方法，其中有兩種很典型：以根據(jù)牛頓三大定律所建立起來的經(jīng)典物理學(xué)的確定性線性思維方法，以現(xiàn)代量子論和愛因斯坦為代表的非確定性發(fā)散型思維方法。為了提高學(xué)生的思維能力，根據(jù)我自身的物理教學(xué)啟示，物理教育改革要從確定性線型思維方法逐步向非確定性發(fā)散型思維方法過渡?？v觀物理學(xué)史，一個(gè)新的物理學(xué)理論能夠得以創(chuàng)立，在其背后除了有一定的物理學(xué)思想作為它的認(rèn)識論基礎(chǔ)外，還伴隨著新的科學(xué)思維方法的出現(xiàn)。3.5努力反映科學(xué)的文化內(nèi)涵科學(xué)文化是求真務(wù)實(shí)，人文文化是求善求美。物理課的學(xué)習(xí)應(yīng)該是在學(xué)習(xí)物理內(nèi)容的同時(shí)關(guān)注物理與人類社會的關(guān)系，了解科學(xué)的文化價(jià)值。在傳授知識的過程中，要重視強(qiáng)化物理思想史教育，首先應(yīng)充分體現(xiàn)物理學(xué)概念、規(guī)律產(chǎn)生、發(fā)展的全過程。積極倡導(dǎo)懷疑精神，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)問。教育的真正目的是讓人不斷提出問題和思索問題，而懷疑是創(chuàng)新的心理動力，是思維獨(dú)立性、自主性的體現(xiàn)，是發(fā)問的前提。4結(jié)束語新時(shí)期中學(xué)物理教育要?jiǎng)?chuàng)新，不僅要樹立新觀念新思維，還要注重創(chuàng)新教學(xué)，充分發(fā)揮現(xiàn)代化多媒體教學(xué)的作用，開展師生互動、交互式教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)科間滲透，進(jìn)一步調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與主動性。當(dāng)代物理教育有必要講究教學(xué)方法，以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展、科技的進(jìn)步。素質(zhì)教育是一個(gè)整體的概念,涵蓋轉(zhuǎn)變教育思想、改革課程教材、優(yōu)化課堂教學(xué)、創(chuàng)新授課方式、完善教育管理、改進(jìn)教學(xué)評估等素質(zhì)教育必須深人到每一門學(xué)科、每一所學(xué)校，成為每一位師生共同追求的目標(biāo)。以學(xué)生發(fā)展為本，以創(chuàng)新精神為核心，提高各級各類教育的質(zhì)量和水平。一、選題背景在教育體制改革的背景環(huán)境下，初中語文教學(xué)不僅要使學(xué)生掌握基本的知識，同時(shí)還要全面培養(yǎng)學(xué)生的語文素養(yǎng)，鍛煉學(xué)生正確思維方式的養(yǎng)成，提高學(xué)生將語文應(yīng)用于實(shí)踐中的能力。這就對初中語文教師的教學(xué)技能和職業(yè)素養(yǎng)提出了更高的要求，如何創(chuàng)建初中語文高效課堂，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，成為了教師要認(rèn)真思考的首要問題。但是，當(dāng)前我國初中語文教學(xué)課堂由于受到應(yīng)試教育體制的局限較為明顯，還導(dǎo)致很多突出問題的存在。正是在這樣一個(gè)背景環(huán)境下，對“創(chuàng)建初中語文高效課堂的創(chuàng)新型對策”這一論題進(jìn)行深入地分析和研究，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。二、當(dāng)前初中語文課堂教學(xué)中存在的問題剖析1.教學(xué)手段過于單調(diào)，缺乏創(chuàng)新語文這一學(xué)科涉及到很多需要記憶背誦的詞語、段落和文章，因此，很多初中語文教師在教學(xué)過程中將關(guān)注點(diǎn)放在了學(xué)生記憶能力的提高上，而忽視了教學(xué)手段的創(chuàng)新。在很多初中語文課堂上，教師“照本宣科”的現(xiàn)象還比較常見。這種死板的教學(xué)方式很容易使學(xué)生覺得語文學(xué)習(xí)枯燥、無趣，最終失去了學(xué)習(xí)的語文的興趣。同時(shí)，這種“死記硬背”的教學(xué)方式也只是短時(shí)間內(nèi)的記憶，并不利于學(xué)生對于知識的理解和實(shí)踐運(yùn)用。2.缺乏情景設(shè)計(jì)的引入，語文教學(xué)與實(shí)踐相脫節(jié)情景設(shè)計(jì)是教育體制改革背景下提出的一種全新的教學(xué)方法，具體是指利用學(xué)生熟悉的、感興趣的事物或者人物引出教學(xué)主題，吸引學(xué)生的注意力。但是當(dāng)前，很多初中語文教師在講課的過程中更愿意直奔主題，缺乏情景設(shè)計(jì)的引入與安排。同時(shí)，語文教學(xué)活動不能很好地與學(xué)生的實(shí)際生活融合到一起，當(dāng)前我國初中語文教學(xué)課堂過于依賴課本知識的學(xué)習(xí)和教授，缺少實(shí)踐活動安排，課堂氣氛沉悶，缺乏師生之間的交流互動，“教師在前面講，學(xué)生在臺下聽”的“填鴨式”的教學(xué)現(xiàn)狀還在很多初中語文課堂中廣泛存在著，這也是造成初中語文教學(xué)課堂效率低下的一個(gè)極為主要的原因。3.缺乏對學(xué)生個(gè)性特征發(fā)展的引導(dǎo)語文教學(xué)涉及到閱讀、寫作等多個(gè)方面的內(nèi)容，由于學(xué)生自身素質(zhì)和興趣愛好的不同，導(dǎo)致對語文內(nèi)容的學(xué)習(xí)和掌握情況存在著一定的偏差。但是，很多初中語文教師在授課過程中受到教學(xué)設(shè)計(jì)方案的限制和束縛，進(jìn)行著“千篇一律”、“千人一面”的授課方式，對學(xué)生個(gè)性特征的發(fā)展缺乏積極地關(guān)注和引導(dǎo)，對學(xué)生語文學(xué)習(xí)的興趣點(diǎn)和薄弱點(diǎn)也缺乏必要的了解。這不但不利于學(xué)生特長的發(fā)展，同時(shí)也不利于發(fā)揮師生之間和學(xué)生之間的幫扶作用。三、創(chuàng)建初中語文高效課堂的創(chuàng)新型對策探究為了改善當(dāng)前初中語文課堂教學(xué)效率低下這一現(xiàn)狀，提出以下創(chuàng)新型的對策和建議：1.創(chuàng)新教學(xué)手段，提高學(xué)生的積極性要想提高初中語文的課堂效率，首先要采用更加新穎、獨(dú)特的教學(xué)手段，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)語文的積極性和主動性。語文教師可以嘗試改變傳統(tǒng)、刻板的“教師講，學(xué)生聽”的教學(xué)模式，可以換做學(xué)生來講，這不僅有利于學(xué)生對于知識的深刻理解，同時(shí)也能夠增強(qiáng)學(xué)生的語言組織能力和表達(dá)能力。例如，在初二語文《我的母親》一課中，教師可以引入導(dǎo)學(xué)案的方式，由學(xué)生們自主預(yù)習(xí)，掌握生字生詞，再進(jìn)行分小組地討論，領(lǐng)悟出文章的中心思想和所要表達(dá)的對母親的情感。這種主題探究式的學(xué)習(xí)方式可以讓學(xué)生們暢所欲言，充分表達(dá)自己對文章段落的理解和觀點(diǎn)。2.引入情景?O計(jì)，增加實(shí)踐教學(xué)活動安排通過情景設(shè)計(jì)的引入可以充分吸引學(xué)生的注意力，這也是提高課堂效率的一個(gè)有效方式。情景設(shè)計(jì)的方式很多，可以通過圖片、視頻引出教學(xué)主題，也可以通過學(xué)生們進(jìn)行分角色地表演來加深對文章內(nèi)容的理解和感悟。情景設(shè)計(jì)也實(shí)現(xiàn)了將課本教材與實(shí)踐生活有機(jī)結(jié)合。以初中語文教材《七律?長征》一課為例，長征是中國共產(chǎn)黨的勝利大轉(zhuǎn)移，是震驚中外的歷史事件，教師在進(jìn)行這一課程的安排時(shí)，可以通過互聯(lián)網(wǎng)收集大量的圖片、視頻資料和信息，利用多媒體等現(xiàn)代化的教學(xué)設(shè)施進(jìn)行放映，這樣一來，可以使學(xué)生們身臨其境般地感受當(dāng)時(shí)的場景，感受“金沙水拍云崖暖，大渡橋橫鐵索寒”的磅礴氣勢，通過對歷史背景和環(huán)境的感受，更深刻地理解詩人所要表達(dá)的態(tài)度和情感。在《范進(jìn)中舉》一文中，由于涉及到很多人物形象和生動場景，教師可以安排學(xué)生們分別飾演不同的角色，通過表演使學(xué)生更好地把握人物性格，同時(shí)也能夠使課堂氣氛更加活躍。3.將整體培育與個(gè)性引導(dǎo)相結(jié)合教師在課堂中要善于觀察各位學(xué)生的表現(xiàn)，找到學(xué)生的強(qiáng)項(xiàng)和弱項(xiàng)，將整體的集中培養(yǎng)與學(xué)生個(gè)性特長的引導(dǎo)和發(fā)展有機(jī)地結(jié)合在一起，使學(xué)生的“特長更長”，薄弱項(xiàng)也有所提高。例如，有些學(xué)生具有朗誦天賦，閱讀起來感情充沛、抑揚(yáng)頓挫，而有些學(xué)生熱愛寫作，能寫得一手好文章。教師可以可以根據(jù)學(xué)生們的興趣，建立課堂上的興趣小組，相互之間交流經(jīng)驗(yàn)和方法，這不僅有利于學(xué)生之間優(yōu)勢互補(bǔ)，共同進(jìn)步，同時(shí)實(shí)現(xiàn)學(xué)生整體語文素養(yǎng)的提升也是提高課堂效率、完成教學(xué)任務(wù)的必要條件。四、總結(jié)教育體制改革更加注重對學(xué)生整體素養(yǎng)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，初中語文教學(xué)也不再只是“聽、說、讀、寫”能力的提高，更在于對學(xué)生語文素養(yǎng)和實(shí)踐技能的培養(yǎng)，因此，全面提高課堂效率，創(chuàng)建語文高效課堂，是當(dāng)前初中語文教學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)任務(wù)。教師可以通過創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段、積極地引入情景設(shè)計(jì)以及將對學(xué)生的整體培育與個(gè)性引導(dǎo)相結(jié)合等方式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)語文的興趣，增加師生之間的交流和互動，以此來實(shí)現(xiàn)提高初中語文課堂效率的目標(biāo)。第十章自組裝納米加工技術(shù)101引言自上而下:復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)由平面襯底表面逐層建造形成。自上而下的加工方式其最小可加工結(jié)構(gòu)尺寸最終受限于加工工具的能力:光刻工具或刻蝕設(shè)備的分辨能力自下而上:大自然,在上億年間通過自組裝(Selfassembly)和自構(gòu)建(Self-ConStmCtion)方式,從分子水平基礎(chǔ)上創(chuàng)造了世間復(fù)雜萬物。而分子這一最基本的構(gòu)建單元與目前最小可加工的結(jié)構(gòu)相比至少小一個(gè)數(shù)量級所以納米加工技術(shù)的最終發(fā)展是分子水平的自組裝技術(shù)。如果把分子自組裝看做是一種微納米結(jié)構(gòu)加工手段則從分子水平出發(fā)構(gòu)建納米或微米結(jié)構(gòu)是一種“自下而上”(Bottom-Up)的加工方式,它徹底顛覆了傳統(tǒng)的自上而下的加工理念分子自組裝納米加工有兩方面的優(yōu)勢:一是組裝結(jié)構(gòu)為分子尺度’遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于目前傳統(tǒng)納米加工所能實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)尺寸;二是低成本。原理上,分子自組裝過程是自動的、自發(fā)的,不需要昂貴的加工設(shè)備但真正實(shí)現(xiàn)上兩方面優(yōu)勢還需要相當(dāng)長的研發(fā)過程。目前分子自組裝或其{自組裝技術(shù)作為一種微納米加工手段還是相當(dāng)原始的,大多數(shù)自組裝結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)二維準(zhǔn)晶格陣列結(jié)構(gòu)。即使是二維準(zhǔn)晶格陣列要實(shí)現(xiàn)大面積長程有序(longrangeordered)還是相當(dāng)困難的。在大多數(shù)情況下,自組裝必須與傳統(tǒng)微納米加工技術(shù)相結(jié)合,即所謂“自上而下與自下而上相結(jié)合”,以保證自組裝的結(jié)構(gòu)有實(shí)用價(jià)值10.2自組裝過程自組裝是一個(gè)非常廣義的概念,任何一種由獨(dú)立個(gè)體自發(fā)地(無人為干涉)形成一個(gè)組織或系統(tǒng)的過程都可以稱之為自組裝過程納米加工意義上的自組裝一般具有如下4個(gè)特征1)由個(gè)體集合形成整體組織或系統(tǒng)的過程是自發(fā)的自動的。自發(fā)意味著一旦條件滿足,個(gè)體組裝成整體的過程自然起始;自動意味著在組裝過程中不需要人為干涉進(jìn)程。因此自組裝是個(gè)體之間相互作用的結(jié)果。2)個(gè)體之間的結(jié)合是非共價(jià)鍵力的結(jié)合。微觀層次的自組裝依賴于分子間的吸引或排斥力,其中最常見的是氫鍵(hydrogenbond)作用力,即通過氫鍵捋不同分子鏈接成不同分子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。氫鍵是一種非共價(jià)鍵(non-Covalentbond),其鍵合力只有共價(jià)鍵力的1/20。非共價(jià)鍵結(jié)合一般在常溫常壓條件下就可以發(fā)生而共價(jià)鍵結(jié)合如晶體生長通常需要在高溫或高壓條件下進(jìn)行,所以晶體生長不屬于納米加工意義的自組裝。除此之外,納米粒子間的自組裝依賴于范德瓦耳斯力(Vanderwaalsforce)、表面張力(surfacetension)、毛細(xì)管力或弱靜電作用力等短程作用力。介觀與宏觀層次的自組裝依賴于電磁力或重力等長程作用力[3]3)組成整體組織或系統(tǒng)的個(gè)體必須能夠自由運(yùn)動或遷移。只有個(gè)體能夠自由運(yùn)動才能發(fā)生個(gè)體之間的相互作用’才能有自組裝過程發(fā)生,所以分子或微觀粒子的自組裝一般是在液體環(huán)境中或固體表面發(fā)生4)自組裝形成的整體組織或系統(tǒng)是個(gè)體相互作用的熱力學(xué)平衡或能量平衡的結(jié)果。在平衡條件下,個(gè)體之間保持等距離和長程有序周期分布,而不是隨機(jī)聚集10.2.1分子自組裝分子水平的自組裝是以分子為個(gè)體單位自發(fā)組成新的分子結(jié)構(gòu)與納米結(jié)構(gòu)的過程SAM的形成過程:含有相矢分子的液體或蒸氣與固體表面接觸,由于分子與固體表面的化學(xué)親和勢導(dǎo)致分子自動與表面形成非共價(jià)鍵結(jié)合,達(dá)到平衡后固體表面形成致密的單層膜,膜厚只有1-2nm只有某些分子系統(tǒng)與某些固體材料表面組合之間能夠形成SAM在所有已開發(fā)的SAM中’最成功的也是研究報(bào)道最多的是烷硫醇類(alkanethiol)分子