納米技術在光電領域的應用

納米激光器據(jù)報道，世界上最早的納米激光器是由美國加州大學伯克利分校的科學家于2001年制造的，當時使用的是氧化鋅納米線，可發(fā)射紫外光，經過調整后還能發(fā)射從藍色到深紫外的激光。第1頁/共41頁12021/10/10星期日納米導線激光器2001年，美國加利福尼亞大學伯克利分校的研究人員在只及人的頭發(fā)絲千分之一的納米光導線上制造出世界最小的激光器一納米激光器第2頁/共41頁22021/10/10星期日紫外納米激光器繼微型激光器、微碟激光器、微環(huán)激光器、量子雪崩激光器問世后，美國加利福尼亞伯克利大學的化學家楊佩東及其同事制成了室溫納米激光器。第3頁/共41頁32021/10/10星期日量子阱激光器在量子力學中，把能夠對電子的運動產生約束并使其量子化的勢場稱之成為量子阱。而利用這種量子約束在半導體激光器的有源層中形成量子能級，使能級之間的電子躍遷支配激光器的受激輻射，這就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有兩種類型：量子線激光器和量子點激光器。第4頁/共41頁42021/10/10星期日微腔激光器微腔激光器是當代半導體研究領域的熱點之一，它采用了現(xiàn)代超精細加工技術和超薄材料加工技術，具有高集成度、低噪聲的特點，其功耗低的特點尤為顯著第5頁/共41頁52021/10/10星期日新型納米激光器

2003年1月16日出版的《自然》雜志曾報道，美國哈佛大學成功開發(fā)出一種新型納米激光器，它比人的頭發(fā)絲還細千倍，安裝在微芯片上，能提高計算機磁盤和光子計算機的信息存儲量。第6頁/共41頁62021/10/10星期日光通訊也即光通信

光通信的發(fā)展在于元器件的發(fā)展,而元器件的發(fā)展要從材料上進行革命。納米技術的應用研究表明可以突破傳統(tǒng)極限,使微電子和光電子的結合更加緊密,光電器件的性能大大提高,納米技術在通信領域的作用且受到世界各國的廣泛重視。第7頁/共41頁72021/10/10星期日電光信息電子器第8頁/共41頁82021/10/10星期日納米光纖是納米光導纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達成的光傳導工具。光導纖維由前香港中文大學校長高錕發(fā)明。納米光纖第9頁/共41頁92021/10/10星期日納米級導電纖維1999年12月,日本研究人員研制出一種僅有一個分子粗細的導電纖維,可謂世界上最細“電線”。它的直徑僅3nm,中心部分具有良好導電性的丁二炔鏈,四周包覆著糖的衍生物,并作為絕緣層,防止漏電。第10頁/共41頁102021/10/10星期日納米存儲器1998年，美國明尼蘇達大學和普林斯頓大學制備成功量子磁盤，這種磁盤是由磁性納米棒組成的納米陣列體系。一個量子磁盤相當于我們現(xiàn)在的10萬～100萬個磁盤，而能源消耗卻降低了1萬倍。第11頁/共41頁112021/10/10星期日光耦合器（opticalcoupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。光耦合器第12頁/共41頁122021/10/10星期日謝謝觀賞再見??！第13頁/共41頁132021/10/10星期日課題：納米技術在光電領域的應用第10組葉鵬英20111324第14頁/共41頁142021/10/10星期日納米技術在光電領域的應用第15頁/共41頁152021/10/10星期日概念：光電領域：

光電領域包括光通訊、激光、光電顯示、光學、能源、電子工程、物流網(wǎng)等領域第16頁/共41頁162021/10/10星期日納米技術在光學里的應用

納米技術在許多領域都發(fā)揮著重要的作用，如應用納米科學技術可以引發(fā)光電子、微電子、環(huán)保等諸多領域的革命，推動社會經濟的騰飛；而納米電子學、納米光電子學和納米光子學將成為21世紀信息時代的關鍵技術。第17頁/共41頁172021/10/10星期日納米材料在光學領域的應用

1.納米半導體材料與器件

硅納米結構的尺寸小到一定范圍時，將會出現(xiàn)量子限域效應、尺寸效應及表面效應等許多新的效應，從而使它呈現(xiàn)出諸多新穎性質，其中一個典型的例子就是由量子效應引起的硅納米結構的高效發(fā)光。最近的研究表明硅納米結構具有高效的可見發(fā)光，且發(fā)光波長可以通過對硅納米結構尺寸改變進行調節(jié)。最近，科學家已經利用硅納米結構所呈現(xiàn)的這些新穎性質和效應，開發(fā)出了高靈敏生物和化學傳感器、高效率太陽能電池及發(fā)光二極管等器件。因此，該類納米材料展現(xiàn)出廣闊的應用前景。

第18頁/共41頁182021/10/10星期日2.半導體復合納米粒子半導體符合納米粒子由于具有量子尺寸效應，表面效應和小尺寸效應而具有優(yōu)異的光學性質（如非線性光學響應及室溫光致發(fā)光），光電催化特性和光電轉換特性。半導體納米粒子復合后的性質并不是單個納米粒子性質的簡單加和，而是具有更優(yōu)異的性能，可用于光電太陽能轉換，廢物處理及功能陶瓷的制備等。研究半導體復合納米粒子，發(fā)展新型納米半導體復合材料是納米半導體領域研究的新熱點。

3.半導體復合納米粒子的制備半導體復合納米粒子的復合方式有核-殼結構、偶聯(lián)結構（3）、固溶體和量子點量子阱。核-殼結構的復合納米粒子制備時有一定的加料順序，即先生成核，再在核外生成另一種半導體粒子對其進行包覆。偶聯(lián)結構的復合粒子可分別制備然后混合或一次形成，這依賴于兩種半導體粒子的屬性、生成速率和溶度積的差別。固溶體的制備則必須在同一體系中同時完成。第19頁/共41頁192021/10/10星期日4.納米光電材料的良好特性

用于光電的半導體材料在尺度縮小到納米尺度時會表現(xiàn)出與大尺寸材料不同的光學點穴性質。這是因為當材料尺寸減小時會顯現(xiàn)出量子化的效果。由于半導體的載流子限制在一個小尺寸的勢阱中,在此條件下,導帶和價帶能帶過渡為分立的能級。因而有效帶隙增大,吸收光譜閾值向短波方向移動,這種效應就稱為尺寸量子效應。

量子尺寸效應除了會造成光學性質發(fā)生變化還會引起電學性質的明顯改變。這是因為隨著顆粒粒徑的減少,有效帶隙增大,光生電子具有更負的電位,相應地具有更強的還原性,而光生空穴因具有更正的電位而具有更強的氧化性。

表面效應是納米光電子材料的另一個重要特性。納米粒子表面原子所占的比例增大。當表面原子數(shù)增加到一定程度，粒子性能更多地由表面原子而不是由晶格上的原子決定。由于表面原子數(shù)的增多會導致許多缺陷，從而決定了它有更高的活性。

由此可以看出納米光電材料比普通光電材料有更高的光催化活性。第20頁/共41頁202021/10/10星期日納米光學材料的功能轉化：1.太陽能轉換為化學能；2.太陽能轉換為電能。納米材料在其他一些方面的應用：1.一維納米材料

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當一維半導體材料的直徑與其德布羅意波長相當時，它的導帶與夾帶進一步分裂，其能隙會隨著直徑減小而變大。這樣以來量子限制效應、非定域量子相干效應和非線性光學都會表現(xiàn)明顯2.納米硅薄膜:納米硅薄膜是由納米尺寸的硅微晶粒構成的一種納米固體材料,由于獨特的結構而具有一系列獨特性質,如電導率高、光熱穩(wěn)定性好、光吸收能力強、光學能隙寬化、光致發(fā)光等第21頁/共41頁212021/10/10星期日納米材料在我們身邊光學領域中的例子——光學樹脂眼鏡有些公司采用納米新材料，以全新的理念及技術制作屏蔽激光的光學樹脂鏡片。這些多功能防激光特種光學樹脂鏡片具有如下技術特點：

1）由于是把無機納米材料均勻復合于有機樹脂鏡片中，因此鏡片質輕、能抵御碎彈片沖擊，保護人眼不受傷害。

2）屬于介觀材料的納米粒子具有奇異的光學特性，能提高鏡片的增透能力使視覺清晰；并能多光源、多光區(qū)屏蔽激光射線。第22頁/共41頁222021/10/10星期日納米技術在能源領域里的應用第23頁/共41頁232021/10/10星期日納米技術在能源領域的應用產生的原因及背景21世紀我們面臨越來越嚴重的能源短缺問題，能源危機制衡著我們的發(fā)展，并將長久的伴隨和困擾著我們。因此節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的概念以成為一種趨勢，而納米技術的發(fā)展為這一目標的實現(xiàn)提供了可能。第24頁/共41頁242021/10/10星期日第25頁/共41頁252021/10/10星期日納米復合材料模型使核電站更安全目前，反應堆只利用了大約1%左右的燃料。所以即使燃料利用率僅略有增加，放射性廢物也會大幅減少。材料學博士蒂米科維茨正在尋找抗輻射能力強的物質。這種物質可以代替不銹鋼給核反應堆做內壁來延長核反應堆的使用壽命，并將使核燃料得到更高效的利用來提高反應堆的效率。

第26頁/共41頁262021/10/10星期日風力發(fā)電系統(tǒng)的改善復合材料的納米結構也能使較輕的材料擁有很大的機械強度。復合材料，例如以光纖玻璃和碳纖維合成的塑料樹脂，已經廣泛應用在生產制造業(yè)，用來生產汽車和飛機等。但是，通過控制纖維生產過程中的方向，可以產生變形復合材料，這種材料在一定條件下能夠改變自身形狀。這種變化可以來自外部控制，也可以是自發(fā)產生的，例如，對溫度、壓力、和速度引發(fā)的變化在英國的布里斯托爾大學先進復合材料創(chuàng)新和研究中心進行的研討會透露，這種變形復合材料可以用于生產能效更高的風電發(fā)電的渦輪葉片。一種雙穩(wěn)態(tài)復合材料能夠快速改變其空氣動力狀況，這也將有助于消除刀片上不需要的壓力。這將提高其效率，延長葉片的使用壽命，并且改善發(fā)電系統(tǒng)。第27頁/共41頁272021/10/10星期日納米助燃催化劑利用燃料添加劑可以提高燃料的燃效，從而減少排放和改良燃燒?；诮饘傺趸锏募{米粒子材料可在發(fā)動機無明顯磨損的情況下，在原位提升燃燒反應，這是由于粒子大小的關系。如今已經實施的一項提高燃效的解決方案是，利用納米多孔催化劑或納米粒子來提高轉換率。用相似的方法，納米催化劑可以提高反應率，降低處理溫度，減少排放或工業(yè)廢物，從而提高化學反應的生產率。第28頁/共41頁282021/10/10星期日能源轉換目前，國際上正抓緊進行能量轉化材料的研究，包括將太陽能轉化成電能、熱能轉化為電能、化學能轉化為電能等的納米材料。據(jù)報道，德國科學家正在設計用納米材料制作一個高溫能源轉換裝置，通過電化學反應過程，不經燃燒就把天然氣轉化為電能。燃料的利用率要比一般電廠的效率提高20%～30%，而且大大減少了二氧化碳的排放量。第29頁/共41頁292021/10/10星期日納米技術在電子工程與物流領域的應用魏巍20111222經濟管理學院會計1班第30頁/共41頁302021/10/10星期日電子工程的含義電子工程，是電氣工程的一個子類，是面向電子領域的工程學。是研究電路與系統(tǒng)、通信、電磁場與微波技術以及數(shù)字信號處理等領域的一門工程學。第31頁/共41頁312021/10/10星期日可折疊手機近日，諾基亞和劍橋大學合展示了一款名為“Morph(變形)”的概念手機。它證明未來的移動設備將具有足夠隨意彎曲，變成各種形狀。諾基亞表示，Morph采用了彈性材質、透明的電子配件和能夠自我清潔的外殼，充分發(fā)揮了納米技術的作用。Morph概念利用了與蛛絲相似的原理，使手機具有彈性，從而可以根據(jù)具體的任務轉變成不同的形狀。第32頁/共41頁322021/10/10星期日第33頁/共41頁332021/10/10星期日美研究人員稱納米技術可大幅提升壓電/熱電材料性能在西北大學和波士頓學院的研究小組持續(xù)不懈地努力下，先進壓電和熱電材料的納米級關鍵尺寸，在朝向商用化能源采集應用方向邁進的過程中，正歷經不斷的改良。由西北大學教授HoracioEspinosa領導的一個研究小組表示，通過將能源采集納米線縮小到2.4納米以下，壓電系數(shù)便可望推升20~100倍。第34頁/共41頁342021/10/10星期日物流的定義物流(logistics)是指利用現(xiàn)代信息技術和設備，將物品從供應地向接收地準確的、及時的、安全的、保質保量的、門到門的合理化服務模式和先進的服務流程。物流是隨商品生產的出現(xiàn)而出現(xiàn)，隨商品生產的發(fā)展而發(fā)展，所以物流是一種古老的傳統(tǒng)的經濟活動。第35頁/共41頁352021/10/10星期日納米條碼在物流中的應用前景

條碼技術的采用可使物品信息在物流過程的各個環(huán)節(jié)中得到準確，快速，經濟的傳遞。隨著物流行業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的條碼技術不僅信息量有限而且不具備防偽性。第36頁/共41頁362021/10/10星期日納米技術彩色防偽條碼2008年初，微軟總部研究室的工程總監(jiān)GavinJancke（新條碼格式的發(fā)明人）說：“我們利用色彩來存儲更多的信息，這