浅谈纳米技术及其应用

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纳米技术有哪些应用

纳米技术有哪些应用

纳米技术有哪些应用
纳米技术的应用已经在改变我们的世界,这是一种创新的技术,它以一种超细小的尺度制造各种新型材料和制品。

下面我们将探讨纳米技术有哪些应用。

1、制药领域:纳米技术可以活化药物,使其具有更强大的效力。

物理和化学处理后的纳米材料可以更好的渗透进入体内,实现更高的药物输送效率,从而达到更好的疗效。

2、电子行业:纳米技术可以制造新型半导体、纳米材料和纳米芯片,从而提供更低的电能消耗,更低的失真率,更高的无线信号传输效率和更低的芯片尺寸。

3、环境保护:纳米技术可以制造出纳米尺度的净水系统,能够有效去除水中的有机物,并在净水过程中可以有效保留水中的有益成分,从而使净水成为一种更安全更干净的水。

4、纺织行业:纳米技术可以生产出新一代防污处理材料,这些材料具有良好的防污功能,能够有效防止衣物和鞋子受污染,从而使其新颖的纹理和色彩得以保持,同时还能让衣物具有良好的防水性能以及防紫外线功能。

5、能源利用:纳米技术可以制造出更高效的储能材料,降低对能源的
需求量,同时也可以大量制造新型太阳能电池,使其具有更强的可见光吸收能力,从而提高光能利用效率。

以上就是纳米技术在各个领域中的应用,它拓展出了一种全新的创新手段,为人类社会发展带来了巨大的变革。

纳米技术的应用可以解决一系列的问题,我们期待它将来能带给我们更多更大的惊喜!。

纳米技术及其应用

纳米技术及其应用

纳米技术及其应用纳米技术是当今科技领域中最为热门的一个领域,它的发展也已经影响到了人类生活的方方面面。

纳米技术的核心是控制和操作物质在纳米级尺度下的特性。

通过针对这一级别的控制,科学家们可以改变物质的电子结构、化学性质和机械特性,产生新的材料、设备和技术,这是传统技术无法匹敌的。

本文将探讨纳米技术及其应用的现状和前景,以及其对未来的影响。

一、纳米技术的概念纳米技术是一种通过针对纳米级物质的组装和加工,对物质的结构和性质进行精确的、可控的、纳米级别的操作的技术。

纳米级物质是指长度、宽度和深度都在1~100纳米之间的物质,它们比人类肉眼能看到的物质要小得多。

纳米技术是一种跨领域的科学技术,它涵盖了物理学、化学、生物学、材料科学、电子学、光学、机械学等领域,因此,在纳米技术的发展过程中,需要多学科的交叉融合。

二、纳米技术的应用1. 材料科学领域由于纳米结构的独特性,纳米材料具有比传统材料更好的性能。

其中,纳米复合材料是一种在实践中被广泛使用的材料,它由不同种类的材料组成,通过纳米级别的控制和加工,使其性能提高到了一个新的水平。

另外,许多纳米材料因其独特的光学、电学、机械性能,在医疗和环境保护等实际应用领域得到了广泛应用。

2. 生物医学领域纳米技术在生物医学领域的应用无疑是最为广泛的。

首先,纳米生物传感器是用于检测和量化生物分子级别信息的工具。

其次,纳米颗粒用于药物输送系统,可以释放出特定区域的药物,并减少药物的副作用。

第三,纳米医学诊断技术可以通过针对生物分子的精确检测,实现早期疾病的预防和治疗。

3. 电子信息领域近年来,纳米技术在电子信息领域上的应用,为电子设备的智能化、小型化、高速化提供了很大的帮助。

例如,纳米尺寸的晶体管已成为一种高度成熟的电子元件,可用于集成电路的制造。

另外,量子点是一种重要的材料,可作为激光器的基础材料,有效提高了激光器的性能。

三、未来发展未来,在纳米技术发展的基础上,科学家们将进一步领先的掌握物质的控制技能,向更多的领域进军。

浅谈纳米技术应用与研究进展

浅谈纳米技术应用与研究进展

浅谈纳米技术应用与研究进展纳米技术是指在纳米尺度范围内,通过对物质进行控制和调整,实现对物质性能的精确改善和制造的技术。

纳米尺度是指物质的尺寸在1-100纳米之间,相当于数百个原子的大小。

纳米技术的应用非常广泛,涉及多个领域,包括材料科学、生物医学、能源、环境等。

纳米技术在材料科学领域有着广泛的应用。

纳米材料具有高比表面积和独特的物理、化学性能,可以用于制备新型的高性能材料。

纳米颗粒可以用于制备高效的催化剂,纳米线、纳米管和纳米片可以用于制备高强度、轻质的纳米复合材料。

纳米材料还可以用于制备高效的光、电、热储存材料,有望在能源领域实现能源的高效转化和利用。

纳米技术在生物医学领域的应用也备受关注。

纳米技术可以用于制备高效的药物递送系统,通过纳米粒子载药物,实现药物的靶向输送和控制释放。

这种纳米药物递送系统可以提高药物的治疗效果,减少副作用。

纳米技术还可以用于制备生物传感器,检测和诊断疾病。

纳米材料具有巨大比表面积和生物相容性,可以用于制备高灵敏、高选择性的生物传感器,实现对生物分子的高灵敏检测和定量分析。

纳米技术在能源领域的应用也有着巨大的潜力。

纳米技术可以提高能源材料的存储和转化效率,实现能源的高效利用。

纳米材料可以用于制备高效的太阳能电池,提高光电转换效率。

纳米材料还可以用于制备高效的储能材料,如锂离子电池、超级电容器等,提高能量密度和循环稳定性。

纳米技术还可以用于制备高效的催化剂,如水分解产氢催化剂,实现可再生能源的高效转化和利用。

纳米技术在环境领域的应用也引起了广泛关注。

纳米技术可以用于制备高效的环境治理材料,如吸附材料、催化剂等,实现对污染物的高效吸附或降解。

纳米材料可以用于制备高效的重金属吸附剂,实现对废水中重金属的高效去除。

纳米催化剂可以用于有机污染物的高效降解,如光催化、电催化等。

纳米技术还可以用于制备高效的环境监测传感器,实现对环境污染物的实时监测和预警。

纳米技术在材料科学、生物医学、能源、环境等领域的应用潜力巨大。

纳米技术的应用及原理

纳米技术的应用及原理

纳米技术的应用及原理简介纳米技术是研究和应用物质在纳米尺度范围内的特性和现象的一门跨学科领域。

它利用纳米尺度的材料和结构的特殊性质,在材料、医疗、电子、能源等领域中具有广泛的应用前景。

本文将介绍纳米技术的应用领域和原理,并列举一些典型的纳米技术应用案例。

纳米技术的应用纳米技术的应用非常广泛,包括材料学、医学、电子学、能源学等多个领域。

以下是一些典型的纳米技术应用:1.材料学–纳米涂料:纳米材料在涂料中的应用可以提供更好的耐磨性、耐腐蚀性和防腐蚀性。

–纳米复合材料:纳米材料与其他材料的结合可以产生更高的强度和硬度,并改善材料的导电性和热导性。

–纳米传感器:纳米材料的特殊性质可以用于制作高灵敏度的传感器,用于检测环境中的污染物和生物标记物。

2.医学–纳米药物输送系统:纳米技术可以将药物封装在纳米颗粒中,提高药物的稳定性和溶解度,并增加药物在靶组织中的积累量。

–纳米生物传感器:纳米材料可以用于制作灵敏的生物传感器,用于检测血糖、胆固醇等生物指标。

–纳米生物标记物:纳米颗粒可以被用作生物标记物,用于肿瘤的早期诊断和治疗。

3.电子学–纳米电子元件:纳米材料可以用于制作更小、更快的电子元件,提高电子设备的性能和功耗。

–纳米电池:纳米材料可以用于制作高容量、高效率的锂离子电池,提高电池的续航时间和充电速度。

–纳米传感器:纳米材料的特殊性质可以用于制作高灵敏度的传感器,用于检测温度、光线等环境参数。

4.能源学–纳米太阳能电池:纳米材料可以增加太阳能电池的光吸收能力,提高能量转换效率。

–纳米催化剂:纳米材料可以用作催化剂,提高化学反应的速度和效率,减少能源的消耗。

–纳米超级电容器:纳米材料可以用于制作高能量密度的超级电容器,提供快速、可靠的电能储存和释放。

纳米技术的原理纳米技术的核心原理是纳米尺度的材料和结构的特殊性质。

在纳米尺度下,物质具有以下特点:1.量子尺寸效应–纳米材料的尺寸在纳米量级,其电子结构和能带结构会发生变化。

生活中纳米技术的应用

生活中纳米技术的应用

生活中纳米技术的应用
纳米技术在如今已经成为了我们生活中必不可少的一部分,它的应用范围越来越广泛。

下面就来分步骤介绍一下生活中纳米技术的应用。

一、健康方面
1.药物输送:纳米技术可以将药物封装到特殊的纳米颗粒中,使其能够更好地进入人体内部,减少副作用,提高药效。

2.疾病诊断:利用纳米技术,可以制备出具有特殊功能的纳米材料,如金纳米棒,通过检测这些材料与疾病相关分子的相互作用,从而实现疾病的早期诊断。

3.组织工程:利用纳米技术,可以制备出高度精密的人造组织和器官,如人工心脏瓣膜、血管支架等。

二、电子产品
1.智能手机屏幕:现在的智能手机屏幕大多使用纳米技术生产的柔性OLED屏幕,让手机屏幕更加柔韧,更好地适应人的生活方式。

2.计算机芯片:为了使计算机性能更加出色,制造芯片过程已逐渐引入纳米技术,使得单个芯片上的电子元器件可以做得更小,更加紧密。

3.电池:纳米技术可以制备出超级纳米材料,提高了电池的容量和充电速度,并且减少了电池的体积和重量,提高了电池的性能。

三、食品、家居用品
1.食品包装:通过使用纳米材料,可以制备出具有氧气、水分等隔离、吸附、保鲜能力的纳米复合材料,能够保持食品的新鲜度和营养成分。

2.家居产品:利用纳米技术,可以制备出具有光触媒、抗菌、防污、防水等功能的家居用品,如窗帘、床上用品、地毯、家具等。

3.清洁产品:利用纳米技术,可以制备出能够快速清洁、去污的清洁产品,如纳米陶瓷涂层、纳米溶胶等。

总之,纳米技术已经深入到了我们的日常生活中,不仅改善了我们的生活,更加带来了很多便利和创新。

在未来,随着纳米技术的不断发展和推广应用,相信我们的生活将会变得更加美好。

浅谈纳米技术应用与研究进展

浅谈纳米技术应用与研究进展

浅谈纳米技术应用与研究进展纳米技术是一种新兴的领域,在许多领域引起了广泛的兴趣和应用。

它是一种制造、设计和操纵重要的物质的方式,这些物质尺寸在纳米尺度(1-100nm)范围内。

纳米技术应用已经在诸如材料、生物医学、能源、环境和信息技术等领域取得了显著的成果,并进一步发展逐渐呈现出更多的新应用和发展趋势。

在材料方面,纳米技术应用带来了许多新的机会,可以制造出纳米尺度下具有独特性质和功能的材料,如纳米颗粒、纳米纤维和纳米片材。

这些材料可以应用于航空航天、电子、医疗、信息科技、环保领域等,在机械强度、电磁性、光学性能等方面表现出优异的性能,因此被广泛应用。

在生物医学领域,纳米技术应用已经取得了很大进展,如纳米药物、纳米诊断、纳米免疫学等。

因为纳米颗粒尺寸相对较小,具有独特的化学、物理性质和表面电荷,因此可以用于保护药物,延长药物的寿命,并增强药物的稳定性和药效。

在生物医学应用中,纳米技术还可以用于疾病的诊断和治疗,以及细胞生物学研究等方面。

在能源和环境方面,纳米技术应用主要集中在光电转换、储能、节能、净化污染等领域。

例如,通过纳米技术,可以制造出高效光伏电池、太阳能电池和储能材料,可以大规模制造低成本、高效的能源转化和储存装置,进一步实现可持续发展。

另外,纳米技术还可以用于制造高效的纳米催化剂和高性能的生物传感器等,实现比传统技术更为快速、精准和可持续的环境净化。

在信息技术方面,纳米技术应用主要涵盖在新型芯片和存储设备、光电子技术和纳米生物电子方面。

例如,纳米技术可以制造出高速、高密度的集成电路和高性能的光电子元件,在提高计算机和通信网络处理能力、存储容量和传输速度方面有着巨大的潜力。

同时,纳米技术也可以实现基于生物和生物分子的计算和通信技术,解决生物学和计算机科学领域的交叉问题。

目前,纳米技术应用已经取得了很多成果,然而仍然存在一些问题和难题阻碍着它的发展。

例如,需要进一步加强纳米材料的毒性和安全性研究、材料制备和表征技术、大规模生产和工艺控制的研究等。

纳米技术及其应用前景

纳米技术及其应用前景

纳米技术及其应用前景纳米技术,即“纳米科技”,是一种研究和控制尺寸在纳米级别范围内的材料,以及这些材料的性质和应用的技术。

纳米级别是指材料的尺寸在1纳米到100纳米之间,这一范围内的物质具有独特的物理、化学和生物学特性。

随着科学技术的不断发展,人类对于纳米技术的研究也越来越深入,未来,纳米技术将极大地改变我们的世界。

纳米技术的应用前景非常广泛,它可以应用在多个领域。

最为熟知的应用是在电子信息领域,纳米材料可以用于制造超小型的电路和计算机芯片,使设备更加高效、紧凑和经济。

同时,纳米技术还可应用于高密度数据存储,而且具有更好的稳定性和寿命。

在医药领域,纳米技术也有着广泛的应用前景。

如利用纳米粒子结合药品来制备高效药物,这样在治疗疾病时能够大大提高药物的效率,同时也减少了药物的副作用。

此外,纳米技术还可用于测量和检测微生物、细胞和分子,为现代医学提供了新的方法和手段。

在能源方面,纳米技术也扮演着不可忽视的角色。

纳米技术可以应用于制造太阳能电池,这些电池采用纳米颗粒来捕捉阳光,从而将光能转化为电能。

此外,纳米材料还可以制造锂离子电池,提高设备的电池寿命和性能,同时也减少了对于环境的污染。

当然,纳米技术的应用不仅仅局限在上述几个领域之内,还有如水净化、食品加工、雾霾治理等领域,纳米技术都有着其独特和广泛的应用优势。

但是随之而来的,也涌现了一些潜在的问题和风险。

例如,纳米材料可以在人体内长时间存留,在一定程度上会对人体造成损伤。

同样地,在环境中,纳米颗粒可以对生态系统、植物和其他生物造成潜在的威胁,而对于这些问题的解决,需要对纳米技术进行深入的研究和探讨。

因此,在纳米技术的发展过程中,必须始终保持谨慎和严谨的态度,努力探究其发展方向和应用范围,需要不断探索科学前沿,加强国际合作和科学交流,加速纳米技术的发展,使其更好地惠及人类。

纳米技术的分析与应用

纳米技术的分析与应用

纳米技术的分析与应用随着科技的不断进步,人类开始探索微观世界,并将这些探索应用到各个领域。

其中,纳米技术更是备受瞩目。

作为一种新型的科技,纳米技术引起了人们的广泛关注,其所涉及的范围也愈发广泛,包括生物医学、材料科学、环境保护等多个领域。

本文将从分析纳米技术的特点、应用以及未来展望等方面,探讨纳米技术的重要性和影响。

一、纳米技术的特点纳米技术是一种“小而精的”技术,其所涉及的物质通常在 1-100 纳米之间。

由于其小尺寸的特点,纳米技术能够设计和制造出各种新型材料,如纳米颗粒、纳米线、纳米管等,这些材料具有完全不同于传统材料的特性,如强度、导电、磁性、热稳定性等。

此外,纳米技术还能通过微观调控,使这些材料的特性得到优化和改进,发挥其最大潜能。

二、纳米技术的应用1.生物医学方面的应用纳米技术在生物医学领域有着重要的应用,例如纳米粒子的药物传递系统。

这种系统能够将药物在人体内定点释放,而不容易被身体其他器官代谢,从而提高药物治疗效果。

另外,纳米技术还能够应用在医学影像技术方面,利用纳米颗粒制备的对比剂,提升医学影像的清晰度和准确度。

2.材料科学方面的应用纳米材料具有大比表面积和特殊的物理和化学性质,便于表面修饰和二次功能化。

在制备过程中,纳米技术能够对材料进行精细调控,从而实现新型材料的设计和制造。

这些材料可以应用于电子、机械、材料等许多领域。

例如,在太阳能电池领域,纳米材料能够提高太阳能电池的光吸收、转化效率和稳定性。

3.环境保护方面的应用近年来,人类对于环境保护的重视日益提高,纳米技术便出现在了环保领域。

例如,纳米颗粒能够用于污水处理和废气治理中,其高度比表面积和化学、生物行为的相互影响,可以使纳米材料产生回收、吸附、分解等作用,从而减少环境污染。

三、纳米技术的未来展望随着技术的不断进步,在纳米技术领域也出现了越来越多的创新和发展。

未来,纳米技术将在各领域得到更广泛的应用,如能源、制药、信息技术、生物工程等领域。

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浅谈纳米技术及其应用1 概述1.1 引言纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术。

纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物。

纳米技术兴起于20世纪80年代,随着它的逐步发展和完善,人类将必然在认识和改造自然方面进入一个前所未有的新阶段。

1.2 纳米技术的发展最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼教授[1]。

1959年他在一次题为《在底部还有很大空间》的演讲中提出:物理学的规律不排除用单个原子制造物品的可能。

也就是说,人类能够用最小的机器制造更小的机器。

直至达到分子或原子状态,最后可以直接按意愿操纵原子并制造产品。

这正是关于纳米技术最早的构想。

20世纪70年代,科学家开始从不同角度提出有关纳米技术的构想。

美国康奈尔大学Granqvist和Buhrman[2]利用气相凝集的手段制备出纳米颗粒,提出了纳米晶体材料的概念,成为纳米材料的创始者。

之后,麻省理工学院教授德雷克斯勒[3]积极提倡纳米科技的研究并成立了纳米科技研究小组。

纳米科技的迅速发展是在20世纪80年代末、90年代初。

1981年发明了可以直接观察和操纵微观粒子的重要仪器——扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM),为纳米科技的发展起到了积极的促进作用。

1984年德国学者格莱特[4]把粒径6nm的金属粉末压成纳米块,经研究其内部结构,指出了它界面奇异结构和特异功能。

1987年,美国实验室用同样的方法制备了纳米TiO多晶体。

21990年,IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排(如下图 1.1),纳米技术取得一项关键突破。

他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置,组成了IBM三个字母。

这证明范曼是正确的,二个字母加起来还没有3个纳米长。

不久,科学家不仅能够操纵单个的原子,而且还能够“喷涂原子”。

使用分子束外延长生长技术,科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法,每次只造出一层分子。

图1.1 利用纳米技术将氙原子排成IBM经过几十年对纳米技术的研究探索,纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪4大领域高速发展。

可以预测:不久的将来纳米金属氧化物半导体场效应管、平面显示用发光纳米粒子与纳米复合物、纳米光子晶体将应运而生;用于集成电路的单电子晶体管、记忆及逻辑元件、分子化学组装计算机将投入应用;分子、原子簇的控制和自组装、量子逻辑器件、分子电子器件、纳米机器人、集成生物化学传感器等将被研究制造出来。

2 纳米加工技术2.1 引言无论是集成电路技术,还是微系统技术或纳米技术,其共同的特征是功能结构的尺寸在微米或纳米范围,因此可以统称为微纳米技术。

微纳米技术依赖于微纳米尺度的功能结构与器件。

实现功能结构微纳米化的基础是先进的微纳米加工技术。

在过去50年中,正是微纳米加工技术的发展促进了集成电路的发展,导致集成电路的集成度以每18个月翻一番的速度提高。

现代微纳米加工技术已经能够将上亿只晶体管做在方寸大小的芯片上。

除了集成电路芯片中的晶体管越做越小,微纳米加工技术还可以将普通机械齿轮传动系统微缩到肉眼无法观察的尺寸(如下图2.1所示)。

微纳米加工技术可以制作单电子晶体管,可以实现单个分子与原子操纵。

微纳米加工技术可以建筑人类进入微观世界的桥梁,是人类了解和利用微观世界的工具。

因此了解微纳米加工技术对于理解微纳米技术,以及由微纳米技术支撑的现代高科技产业是非常重要的。

图2.1 美国SANDIA国家实验室利用多层硅平面工艺(SUMMiT)制作的微机械齿轮2.2 微纳米加工技术的应用尽管微纳米加工方法多种多样,但目的只有一个,这就是制作具有实际用途的微纳米结构与器件。

同一种微纳米器件或结构可以用多种不同微纳米加工技术实现。

任何一种微纳米结构的加工都需要不止一种微纳米加工技术。

脱离开实际应用谈微纳米加工技术是毫无意义的。

微纳米加工技术与微纳米器件的开发是相互依存又相互促进的。

新型微纳米器件推动微纳米加工技术的进步,而微纳米加工技术的进步反过来又会启发新型微纳米器件的开发。

在现代高科技发展中,微纳米技术可以说是无处不在。

微型化已经从集成电路芯片发展到其他各个应用领域。

微纳米加工技术是微纳米技术的基础。

这种依赖关系集中体现在下述应用领域:半导体集成电路、纳米电子学、高密度磁存贮、微系统、生物芯片与纳米科技。

这些领域都是当前热门的高科技发展领域。

图2.2 未来系统芯片(system on chip)的构想到目前为止人们所能看到和亲身感受到的微纳米技术的进步是各种微小型化的电子类产品。

集成电路芯片的功能越来越强大。

微传感器,微执行器,微光学元件,生物化学分析芯片也越来越广泛地应用与现代工业与现代生活的各个领域。

但目前这些微电子与微系统还都是作为单元系统独立存在。

今后10年的发展趋势是将所有这些分立的功能集成到单一的芯片上或单一的元器件内,形成所谓芯片上的微系统(system-on-chip,SoC)或封装单元内的微系统(system inpackage,SiP)。

由于不同电路的芯片加工工艺可能差别很大,要把这些电路加工在同一芯片上其技术难度目前还很大,或者说技术成本还很高。

另一个途径是单一功能的芯片单独加工。

然后将这些芯片通过互连技术安放在另一个芯片上,封装成单一器件(SiP)。

未来的目标不光是集成电路之间的集成,而且包括微电子机械、微传感器、微流体系统、微光学系统与集成电路的集成。

上图2.2显示了未来系统集成芯片的构想。

实现系统集成的最大的挑战是开发出全面兼容的低成本的微纳米加工技术。

这也为未来微纳米加工技术的发展提出了新的课题。

2.3 微纳米加工技术发展趋势微系统技术,包括微电子机械、微流体、微光学系统,为微纳米加工技术的发展开辟了广阔的天地。

虽然微系统通常不要求非常小的结构尺寸,但由于微系统使用的材料的多样性,服务于微系统制造的加工技术也多种多样。

微系统加工面临的一个严峻挑战是如何与集成电路加工工艺兼容,以实现与集成电路的完全集成。

微系统加工面临的另一个严峻的挑战是如何实现标准化加工。

微系统加工技术的多样化与微系统本身的多样化造成了标准化生产的极大难度[5]。

集成电路生产技术经过近半个世纪的发展已经形成一套非常标准化规范化的技术体系。

一个集成电路设计可以送到全世界任何一个代工(foundry)工厂去加工生产。

无论在哪里生产,所得到的芯片会具有相同的性能。

微系统还远远没有达到这个程度。

一些公司试图将某些加工技术标准化。

但标准化后的生产技术在不同程度上限制了微系统的性能。

某一标准化的生产技术也不可能满足所有微系统应用的需要。

所以,小批量多品种是微系统器件工业生产的特点。

因此实现标准化生产工艺是发展壮大微系统技术产业的关键。

近年来纳米技术的开发热潮为微纳米加工技术提出了新的要求。

纳米尺度结构的加工技术已经存在。

最新一代的电子束曝光技术已经能够制作小于10nm的结构。

原子力显微镜探针可以操纵单个原子。

从科学研究的角度,这些加工技术已经能够满足纳米器件的制作与研究。

但这些技术毕竟不是也很难成为大规模生产的技术。

为了今后纳米科研成果的产业化,必须开发高生产率低成本的纳米加工技术。

纳米压印技术有可能通过进一步开发满足这一要求。

另一方面,分子自组装技术具有极大的潜力成为未来的一种大规模生产技术。

3 纳米测量技术3.1 引言科学技术上的重大成就往往是以测量仪器和方法的突破为先导的。

正是由于1982年扫描隧道显微镜[6]的发明,人类才第一次实现了可观察、测量、传感物体纳米尺度的位移、形貌或作用力的理想。

扫描隧道显微镜和原子力显微镜(如图3.1所示)等扫描探针显微技术推动了纳米科学技术的兴起和发展[7~8]。

由此可见纳米测量技术在纳米科学技术研究中的重要基础地位。

图3.1 原子力显微镜纳米测量技术的内涵涉及纳米尺度的评价、成份、微细结构和物性的纳米尺度的测量,它是在纳米尺度上研究材料和器件的结构与性能、发现新现象、发展新方法、创造新技术的基础。

3.2 纳米测量技术现状纳米科学与技术的发展,离不开纳米测量与定位控制技术,并出现纳米分析(Nanoanalysis)、纳米量(Nanoprobe)、和纳米探针等表征技术,对纳米测量与定位控制来说有以下几个基本要求,高灵敏度、高空间分辨力、测量的环境不会影响信息、非破坏性、快速、高频响。

纳米测量与定位控制技术的发展采取了两条平行的途径,一是沿用已有的测量与控制手段,提高其性能,尽量逼近其极限本领,以满足纳米级测量分析的需要,如扫描电子显微镜、透射电子显微镜、正电子发射显微镜、软X射线显微镜、扫描光声显微镜、轮廓仪(台阶仪)和干涉相衬显微镜等;二是发展建立在新概念基础上的测量技术,这类技术是最有发展前途且能成为纳米测量与控制的关键技术。

现分述如下:●扫描隧道显微技术扫描隧道显微技术是80年代出现的一种新型表面分析工具。

1986年它的发明者宾尼和罗雷尔博士因此而获得诺贝尔物理学奖。

扫描隧道显微镜(STM)具有空间的高分辨力(横向可达0.1nm,纵向可优于0.01nm)能直接观察到物质表面的原子结构,把人们带到了微观世界。

STM的基本原理是基于量子隧道效应。

它是用一个极细的针尖(针尖头部为单个原子)去接近样品表面,当针尖和表面靠得很近时(<1nm),针尖头部原子和样品表面的原子的电子云发生重迭,若在针尖和样品之间加上一个高压,电子便会通过针尖和样品构成的势叠而形成隧道电流(纳安级)。

通过控制针尖与样品表面的间距恒定并使针尖沿表面进行精确的三维运动,就可以把表面信息(表面形状和表面电子态)记录下来。

由于STM 具有原子级的空间分辨力和广泛的适用性,国际上掀起了研制和应用STM的热潮,并推动了纳米科学与技术的发展。

●外差干涉显微技术光干涉显微技术是传统的研究方法,以前用干涉测量所产生的干涉条纹图来判断制件表面特征,众所周知,这种费时的方法有许多局限性,而且这种局限性是这种方法所固有的,很难避免。

实际上易于获得的条纹图样并不能得到光程差图(OPD图)而且显示OPD等高图以代之,一旦得到条纹图,为求得OPD图必须进行复杂繁琐的处理,而外差(OHI)测量技术完全相反,它是直接测量参考波面与被检测波面间的位相差的一种方法,所以自然存在着高的位相分辨力和空间分辨力,而且可以进行动态时间的研究,其分辨力优于0.1nm。

其本质是将长度计量转变为时间频率的计量。

●X射线干涉显微技术X射线干涉显微技术是目前纳米测量中的一项新技术。

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