納米技術(shù)在光電領(lǐng)域的應(yīng)用

納米激光器據(jù)報(bào)道，世界上最早的納米激光器是由美國加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家于2001年制造的，當(dāng)時(shí)使用的是氧化鋅納米線，可發(fā)射紫外光，經(jīng)過調(diào)整后還能發(fā)射從藍(lán)色到深紫外的激光。第1頁/共41頁12021/10/10星期日納米導(dǎo)線激光器2001年，美國加利福尼亞大學(xué)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(dǎo)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(xué)的化學(xué)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(xué)中，把能夠?qū)﹄娮拥倪\(yùn)動產(chǎn)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(dǎo)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(diǎn)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(dāng)代半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，它采用了現(xiàn)代超精細(xì)加工技術(shù)和超薄材料加工技術(shù)，具有高集成度、低噪聲的特點(diǎn)，其功耗低的特點(diǎn)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(bào)道，美國哈佛大學(xué)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(xì)千倍，安裝在微芯片上，能提高計(jì)算機(jī)磁盤和光子計(jì)算機(jī)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(jìn)行革命。納米技術(shù)的應(yīng)用研究表明可以突破傳統(tǒng)極限,使微電子和光電子的結(jié)合更加緊密,光電器件的性能大大提高,納米技術(shù)在通信領(lǐng)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(dǎo)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(dá)成的光傳導(dǎo)工具。光導(dǎo)纖維由前香港中文大學(xué)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(dǎo)電纖維1999年12月,日本研究人員研制出一種僅有一個(gè)分子粗細(xì)的導(dǎo)電纖維,可謂世界上最細(xì)“電線”。它的直徑僅3nm,中心部分具有良好導(dǎo)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(dá)大學(xué)和普林斯頓大學(xué)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(gè)量子磁盤相當(dāng)于我們現(xiàn)在的10萬～100萬個(gè)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(yīng)用。光耦合器第12頁/共41頁122021/10/10星期日謝謝觀賞再見?。〉?3頁/共41頁132021/10/10星期日課題：納米技術(shù)在光電領(lǐng)域的應(yīng)用第10組葉鵬英20111324第14頁/共41頁142021/10/10星期日納米技術(shù)在光電領(lǐng)域的應(yīng)用第15頁/共41頁152021/10/10星期日概念：光電領(lǐng)域：

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

納米技術(shù)在許多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用，如應(yīng)用納米科學(xué)技術(shù)可以引發(fā)光電子、微電子、環(huán)保等諸多領(lǐng)域的革命，推動社會經(jīng)濟(jì)的騰飛；而納米電子學(xué)、納米光電子學(xué)和納米光子學(xué)將成為21世紀(jì)信息時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)。第17頁/共41頁172021/10/10星期日納米材料在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

1.納米半導(dǎo)體材料與器件

硅納米結(jié)構(gòu)的尺寸小到一定范圍時(shí)，將會出現(xiàn)量子限域效應(yīng)、尺寸效應(yīng)及表面效應(yīng)等許多新的效應(yīng)，從而使它呈現(xiàn)出諸多新穎性質(zhì)，其中一個(gè)典型的例子就是由量子效應(yīng)引起的硅納米結(jié)構(gòu)的高效發(fā)光。最近的研究表明硅納米結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)尺寸改變進(jìn)行調(diào)節(jié)。最近，科學(xué)家已經(jīng)利用硅納米結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)的這些新穎性質(zhì)和效應(yīng)，開發(fā)出了高靈敏生物和化學(xué)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(yīng)用前景。

第18頁/共41頁182021/10/10星期日2.半導(dǎo)體復(fù)合納米粒子半導(dǎo)體符合納米粒子由于具有量子尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)而具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)（如非線性光學(xué)響應(yīng)及室溫光致發(fā)光），光電催化特性和光電轉(zhuǎn)換特性。半導(dǎo)體納米粒子復(fù)合后的性質(zhì)并不是單個(gè)納米粒子性質(zhì)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(zhuǎn)換，廢物處理及功能陶瓷的制備等。研究半導(dǎo)體復(fù)合納米粒子，發(fā)展新型納米半導(dǎo)體復(fù)合材料是納米半導(dǎo)體領(lǐng)域研究的新熱點(diǎn)。

3.半導(dǎo)體復(fù)合納米粒子的制備半導(dǎo)體復(fù)合納米粒子的復(fù)合方式有核-殼結(jié)構(gòu)、偶聯(lián)結(jié)構(gòu)（3）、固溶體和量子點(diǎn)量子阱。核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米粒子制備時(shí)有一定的加料順序，即先生成核，再在核外生成另一種半導(dǎo)體粒子對其進(jìn)行包覆。偶聯(lián)結(jié)構(gòu)的復(fù)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(dǎo)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(shí)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(dǎo)體材料在尺度縮小到納米尺度時(shí)會表現(xiàn)出與大尺寸材料不同的光學(xué)點(diǎn)穴性質(zhì)。這是因?yàn)楫?dāng)材料尺寸減小時(shí)會顯現(xiàn)出量子化的效果。由于半導(dǎo)體的載流子限制在一個(gè)小尺寸的勢阱中,在此條件下,導(dǎo)帶和價(jià)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(yīng)就稱為尺寸量子效應(yīng)。

量子尺寸效應(yīng)除了會造成光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化還會引起電學(xué)性質(zhì)的明顯改變。這是因?yàn)殡S著顆粒粒徑的減少,有效帶隙增大,光生電子具有更負(fù)的電位,相應(yīng)地具有更強(qiáng)的還原性,而光生空穴因具有更正的電位而具有更強(qiáng)的氧化性。

表面效應(yīng)是納米光電子材料的另一個(gè)重要特性。納米粒子表面原子所占的比例增大。當(dāng)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(dǎo)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(xué)材料的功能轉(zhuǎn)化：1.太陽能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能；2.太陽能轉(zhuǎn)換為電能。納米材料在其他一些方面的應(yīng)用：1.一維納米材料

:

當(dāng)一維半導(dǎo)體材料的直徑與其德布羅意波長相當(dāng)時(shí)，它的導(dǎo)帶與夾帶進(jìn)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(yīng)、非定域量子相干效應(yīng)和非線性光學(xué)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(gòu)成的一種納米固體材料,由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有一系列獨(dú)特性質(zhì),如電導(dǎo)率高、光熱穩(wěn)定性好、光吸收能力強(qiáng)、光學(xué)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(xué)領(lǐng)域中的例子——光學(xué)樹脂眼鏡有些公司采用納米新材料，以全新的理念及技術(shù)制作屏蔽激光的光學(xué)樹脂鏡片。這些多功能防激光特種光學(xué)樹脂鏡片具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

1）由于是把無機(jī)納米材料均勻復(fù)合于有機(jī)樹脂鏡片中，因此鏡片質(zhì)輕、能抵御碎彈片沖擊，保護(hù)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(xué)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(shù)在能源領(lǐng)域里的應(yīng)用第23頁/共41頁232021/10/10星期日納米技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)生的原因及背景21世紀(jì)我們面臨越來越嚴(yán)重的能源短缺問題，能源危機(jī)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(shù)的發(fā)展為這一目標(biāo)的實(shí)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(fù)合材料模型使核電站更安全目前，反應(yīng)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(xué)博士蒂米科維茨正在尋找抗輻射能力強(qiáng)的物質(zhì)。這種物質(zhì)可以代替不銹鋼給核反應(yīng)堆做內(nèi)壁來延長核反應(yīng)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(yīng)堆的效率。

第26頁/共41頁262021/10/10星期日風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的改善復(fù)合材料的納米結(jié)構(gòu)也能使較輕的材料擁有很大的機(jī)械強(qiáng)度。復(fù)合材料，例如以光纖玻璃和碳纖維合成的塑料樹脂，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)制造業(yè)，用來生產(chǎn)汽車和飛機(jī)等。但是，通過控制纖維生產(chǎn)過程中的方向，可以產(chǎn)生變形復(fù)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(chǎn)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(xué)先進(jìn)復(fù)合材料創(chuàng)新和研究中心進(jìn)行的研討會透露，這種變形復(fù)合材料可以用于生產(chǎn)能效更高的風(fēng)電發(fā)電的渦輪葉片。一種雙穩(wěn)態(tài)復(fù)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(jī)無明顯磨損的情況下，在原位提升燃燒反應(yīng)，這是由于粒子大小的關(guān)系。如今已經(jīng)實(shí)施的一項(xiàng)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(zhuǎn)換率。用相似的方法，納米催化劑可以提高反應(yīng)率，降低處理溫度，減少排放或工業(yè)廢物，從而提高化學(xué)反應(yīng)的生產(chǎn)率。第28頁/共41頁282021/10/10星期日能源轉(zhuǎn)換目前，國際上正抓緊進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化材料的研究，包括將太陽能轉(zhuǎn)化成電能、熱能轉(zhuǎn)化為電能、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能等的納米材料。據(jù)報(bào)道，德國科學(xué)家正在設(shè)計(jì)用納米材料制作一個(gè)高溫能源轉(zhuǎn)換裝置，通過電化學(xué)反應(yīng)過程，不經(jīng)燃燒就把天然氣轉(zhuǎn)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(shù)在電子工程與物流領(lǐng)域的應(yīng)用魏巍20111222經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院會計(jì)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(gè)子類，是面向電子領(lǐng)域的工程學(xué)。是研究電路與系統(tǒng)、通信、電磁場與微波技術(shù)以及數(shù)字信號處理等領(lǐng)域的一門工程學(xué)。第31頁/共41頁312021/10/10星期日可折疊手機(jī)近日，諾基亞和劍橋大學(xué)合展示了一款名為“Morph(變形)”的概念手機(jī)。它證明未來的移動設(shè)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(zhì)、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(shù)的作用。Morph概念利用了與蛛絲相似的原理，使手機(jī)具有彈性，從而可以根據(jù)具體的任務(wù)轉(zhuǎn)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(shù)可大幅提升壓電/熱電材料性能在西北大學(xué)和波士頓學(xué)院的研究小組持續(xù)不懈地努力下，先進(jìn)壓電和熱電材料的納米級關(guān)鍵尺寸，在朝向商用化能源采集應(yīng)用方向邁進(jìn)的過程中，正歷經(jīng)不斷的改良。由西北大學(xué)教授HoracioEspinosa領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)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(shù)和設(shè)備，將物品從供應(yīng)地向接收地準(zhǔn)確的、及時(shí)的、安全的、保質(zhì)保量的、門到門的合理化服務(wù)模式和先進(jìn)的服務(wù)流程。物流是隨商品生產(chǎn)的出現(xiàn)而出現(xiàn)，隨商品生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展，所以物流是一種古老的傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)活動。第35頁/共41頁352021/10/10星期日納米條碼在物流中的應(yīng)用前景

條碼技術(shù)的采用可使物品信息在物流過程的各個(gè)環(huán)節(jié)中得到準(zhǔn)確，快速，經(jīng)濟(jì)的傳遞。隨著物流行業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的條碼技術(shù)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(shù)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