Purdue ECE 分类 Microelectronics and Nanotechnology
学科分类和代码中英文对照表
学科分类和代码中英文对照表一、自然科学类1. 数学（Mathematics）代码：01012. 物理学（Physics）代码：01023. 化学（Chemistry）代码：01034. 天文学（Astronomy）代码：01045. 地球科学（Earth Sciences）代码：01056. 生物学（Biology）代码：01067. 农学（Agricultural Science）代码：01078. 林学（Forestry）代码：01089. 环境科学（Environmental Science）代码：010910. 气象学（Meteorology）代码：0110二、工程技术类1. 机械工程（Mechanical Engineering）代码：02012. 电气工程（Electrical Engineering）代码：02023. 电子工程（Electronic Engineering）代码：02034. 计算机科学与技术（Computer Science and Technology）代码：02045. 建筑学（Architecture）代码：02056. 土木工程（Civil Engineering）代码：02067. 水利工程（Hydraulic Engineering）代码：02078. 化学工程（Chemical Engineering）代码：02089. 材料科学与工程（Material Science and Engineering）代码：020910. 航空航天工程（Aerospace Engineering）代码：0210三、人文社会科学类1. 哲学（Philosophy）代码：03012. 经济学（Economics）代码：03023. 法学（Law）代码：03034. 教育学（Education）代码：03045. 文学（Literature）代码：03056. 历史学（History）代码：03067. 管理学（Management）代码：03078. 心理学（Psychology）代码：03089. 社会学（Sociology）代码：030910. 新闻传播学（Journalism and Communication）代码：0310四、医学与健康类1. 基础医学（Basic Medical Sciences）代码：04012. 临床医学（Clinical Medicine）代码：04023. 口腔医学（Dental Medicine）代码：04034. 公共卫生与预防医学（Public Health and Preventive Medicine）代码：04045. 中医学（Traditional Chinese Medicine）代码：04056. 药学（Pharmacy）代码：04067. 护理学（Nursing）代码：04078. 医学影像学（Medical Imaging）代码：04089. 康复医学（Rehabilitation Medicine）代码：040910. 生物医学工程（Biomedical Engineering）代码：0410五、艺术与设计类1. 美术学（Fine Arts）代码：05012. 设计学（Design）代码：05023. 音乐学（Music）代码：05034. 舞蹈学（Dance）代码：05045. 戏剧与影视学（Theatre, Film and Television）代码：05056. 摄影（Photography）代码：05067. 书法（Calligraphy）代码：05078. 雕塑（Sculpture）代码：05089. 工艺美术（Arts and Crafts）代码：050910. 服装设计与工程（Fashion Design and Engineering）代码：0510六、军事学类1. 战略学（Strategic Studies）代码：06012. 战术学（Tactical Studies）代码：06023. 军事指挥学（Military Command）代码：06034. 军事后勤学（Military Logistics）代码：06045. 军事装备学（Military Equipment）代码：06056. 国防科技（National Defense Technology）7. 军事训练学（Military Training）代码：06078. 军事历史学（Military History）代码：06089. 军事心理学（Military Psychology）代码：060910. 军事法学（Military Law）代码：0610七、交叉学科类1. 生物信息学（Bioinformatics）代码：07012. 纳米科学与技术（Nanoscience and Technology）代码：07023. 金融工程（Financial Engineering）代码：07034. 能源科学与工程（Energy Science and Engineering）代码：07045. 智能科学与技术（Intelligence Science and Technology）代码：07056. 数据科学与大数据技术（Data Science and Big Data Technology）代码：07067. 空间科学与技术（Space Science and Technology）8. 材料基因工程（Material Genome Engineering）代码：07089. 环境科学与工程（Environmental Science and Engineering）代码：070910. 计算社会科学（Computational Social Science）代码：0710八、体育学类1. 体育教育训练学（Physical Education and Training）代码：08012. 运动人体科学（Sports Human Science）代码：08023. 运动康复（Sports Rehabilitation）代码：08034. 社会体育指导与管理（Social Sports Guidance and Management）代码：08045. 体育赛事管理（Sports Event Management）代码：08056. 体育新闻与传播（Sports Journalism and Communication）代码：08067. 体育休闲与旅游（Sports Leisure and Tourism）代码：08078. 武术与民族传统体育（Martial Arts and Traditional National Sports）代码：08089. 运动训练（Sports Training）代码：080910. 体育产业管理（Sports Industry Management）代码：0810九、语言学类1. 汉语言文学（Chinese Language and Literature）代码：09012. 外国语言文学（Foreign Languages and Literatures）代码：09023. 语言学及应用语言学（Linguistics and Applied Linguistics）代码：09034. 翻译学（Translation Studies）代码：09045. 对外汉语教学（Teaching Chinese as a Foreign Language）代码：09056. 语音学与语音识别（Phonetics and Speech Recognition）代码：09067. 计算语言学（Computational Linguistics）代码：09078. 修辞学（Rhetoric）代码：09089. 文艺理论（Literary Theory）代码：090910. 比较文学与世界文学（Comparative Literature and World Literature）代码：0910。
uv可光交联的聚芳醚砜的合成与性能研究
UV-溶解性测试 ........................................................................... 34 3.3.3 热性能测试 ....................................................................................... 34 3.3.4 光学性能 ........................................................................................... 36 3.4 结论 ............................................................................................................. 38 第 4 章 光敏性聚芳醚砜嵌段共聚物的合成与表征 ............................................... 40 4.1 引言 ............................................................................................................. 40 4.2 实验部分： .................................................................................................. 40 4.2.1 主要原料与试剂 ............................................................................... 40 4.2.2 表征技术与测试仪器 ....................................................................... 41 4.2.3 主链含查尔酮的聚芳醚砜嵌段共聚物的合成 ................................. 42 4.3 光敏性的测定 .............................................................................................. 43 4.4 结果与讨论 .................................................................................................. 44 4.4.1 主链含查尔酮的聚芳醚砜嵌段共聚物 ........................................... 44 4.4.2 主链含查尔酮的聚芳醚砜嵌段共聚的化学结构表征 .................... 44 4.4.3 主链含查尔酮的聚芳醚砜嵌段共聚的光敏性试验 ........................ 45 4.4.4 主链含查尔酮的聚芳醚砜嵌段共聚的热性能研究 ......................... 48 4.4.5 主链含查尔酮的聚芳醚砜嵌段共聚的溶解性测试 ........................ 50 4.5 本章小结 .................................................................................................... 50 结 致 论 ....................................................................................................................... 52 谢 ....................................................................................................................... 61 攻读学位期间所发表的学术论文目录 ..................................................... 62 参考文献 ................................................................................................................... 53 附录 A
有机化学牛人博客
近年来随着中国对基础研究的经费投入不断增加，中国在基础研究领域取得了长足发展，个人感觉以下10人在化学领域年富力强，所作工作都属国际水平，国内领先。
由于个人学识有限，观点难免有失偏颇，还请见谅。
加之不同研究领域不好作出比较，本人主要参考依据是其所发文章，及其引用次数，排在后面的几位尽管还不是院士，所发IF>5.0的paper基本也都有30篇左右，国内同一水平的学者应该还可以找出一些，但要明显高出这10人的恐怕没有几位。
纯属一家之言，还望各位大仙指正！No.1 侯建国院士——中国科技大学（选键化学）他的工作国外同行比较关注，作了副校长依旧发science，鱼和熊掌他兼得了！No.2 李灿院士——中科院大连化物所（催化化学）天才出于勤奋，科学乐在其中！No.3 麻生明院士——中科院上海有机所（金属有机化学）他是在两家权威杂志上《Chemical Reviews》，《Accounts of Chemical Research》都撰写过文章的的唯一大陆学者，最年轻的院士。
No.4.吴奇院士——香港中文大学（高分子化学）美国物理学会会士，他2003年评上院士时，有130篇文章的IF>3.0No.5 吴云东院士——香港科技大学（理论有机化学）50多篇jacs，05年上的院士应该没有人不服吧！No.6 高濂——中科院上海硅酸盐所（无机材料化学）他是大陆仅有2位论文被高频引用的学者之一。
不晓得为什么就是上不了院士。
No.7 李亚栋——清华大学（无机化学）他是正宗本土培养的青年才俊，土鳖可以做的比海龟更为出色No.8 赵东元——复旦大学（分子筛材料）已经是全国劳模，明师出高徒。
与当年哈佛同门杨，冯等人相比，只有他选择了回国。
No.9 江雷——中科院化学所（界面材料化学）很年轻就坐上863首席，不仅仅是血气方刚。
化学所第一牛人。
No.10 杨丹——香港大学（生命有机化学）香港十大杰出青年国外的牛人多,牛人写的牛博客更多,各位虫友有拿得出手的有机化学牛人博客吗能分享下吗化学牛人主页在校内网上看到一同学收集的化学牛人主页，顺便和大家分享一下有机合成方法学（含Organometallics）：1. B.M. Trost（Stanford University）课题组网址：/group/bmtrost/(其实Trost也做全合成也做方法学的)2. J.F. Hartwig（University of Illinois at Urbana Champaign）课题组网址：/hartwig/3. K.B. Sharpless (The Scripps Research Institute)课题组网址：/chem/sharpless/4. E.J. Corey ( Harvard University)课题组网址：/research/faculty/elias_corey.php（其实Corey是既做方法学又做全合成的）5. R.H. Grubbs (California Institute of Technology)课题组网址：/faculty/grubbs/index.html6. R.R. Schrock (Massachusetts Institute of Technology)课题组网址：/rrs/www/home.html7. S.L. Buchwald (Massachusetts Institute of Technology)（铜催化和钯催化比较多）课题组网址：/chemistry/buchwald/8. R. Larock (Iowa State University)课题组网址：/faculty/Richard_Larock/9. P.E. Jacobsen (Harvard University)/groups/Jacobsen/index.html10.Yoshinori Yamamoto (Tohoku University)课题组网址：http://hanyu.chem.tohoku.ac.jp/~web/lab/pages/e/index.html11.David W.C. MacMillan (Princeton University)课题组网址：/~dmacgr/index.html还有很多人也很牛，有些不比上面列的人差，比如：李朝军（McGill university）, Oshima Koichiro (Kyoto University), M.C. White (University of Illinois at Urbana Champaign)，Phil S. Baran(The Scripps Research Institute).全合成（Total Synthesis）:1.K.C. Nicolaou (The Scripps Research Institute)课题组网址：/chem/nicolaou/课题组网址：/3.A.B. Smith (University of Pennsylvania)课题组网址：/absgroup/rry E. Overman （University of California, Irvine）课题组网址：/LEO/index.html5.Samuel Danishefsky （Columbia University）课题组网址：超分子化学Peter J. Stang（University of Utah）课题组网址：/faculty/stang/微流控芯片:1.R.N. Zare (Stanford University )课题组网址：/group/Zarelab/2.J.M. Ramsey(University of North Carolina at Chapel Hill)课题组主页：/people/f ... jmrgroup/index.html 分子反应动力学：A.H. Zewail（California Institute of Technology）课题组网址：/~femto/index.html Nanoscience&Nanochemistry:1.M.G. Bawendi (Massachusetts Institute of Technology)课题组网址：/课题组网址：/~heathgrp/3.戴宏杰(Stanford University)课题组网址：/dept/chemistry/faculty/dai/index.html4.杨培东(University of California, Berkeley)课题组网址：/pdygrp/main.html5.王中林(Georgia Institute of Technology)课题组网址：/pdygrp/main.html（王中林氧化锌纳米材料做的比较多）6. 夏幼南(Washington University in St. Louis.)课题组网址：/7. C. Lieber (Harvard University)课题组网址: /8. G. Whitesides (Harvard University)课题组网址：/（Whitesides组的方向很多微流控，纳米等都做，姑且把他放到纳米里吧）9.C.Mirkin（Northwestern University ）课题组网址：/mirkingroup/还有鲍哲南做的也很好。
SCIE学科分类列表_中英对照
SCIE学科分类列表（中英文对照）（共177个学科主题，按字母顺序排列）A （共13个学科主题）•ACOUSTIC S?学］•AGRICULTURAL ECONOMICS & PQLICY经济与政策］•AGRICULTURAL ENGINEERING工程］•AGRICULTURE, DAIRY & ANIMAL SCIEN CEk 乳制品及动物科学］•AGRICULTURE, MULTIDISCIPLINARY业，多学科］•AGRONQMW ］•ALLERGY过敏］•ANATOMY & MORPHOLOGY与形态学］•ANDROLQGY科］•ANESTHESIOLO GY卒学］•ASTRONOMY & ASTROPHY SICS与天体物理学］•AUDIOLOGY & SPEECH-LANGUAGE PATH OLOGYt 语语言病理学］•AUTOMATION & CONTROL SYSTEMS及控制系统］B （共7个学科主题）•BEHAVIORAL SCIENCES为科学］•BIOCHEMICAL RESEARCH METHO DS 学研究方法］•BIOCHEMISTRY & MOLECULAR BIOLOfGY 学与分子生物学］•BIODIVERSITY CONSERVATION多样性保护］•BIOLOGY生物学］•BIOPHYSICS生物物理学］•BIOTECHNOLOGY & APPLIED MICROBIQLO GY 术和应用微生物学］C （共21个学科主题）•CARDIAC & CARDIOVASCULAR SYSTEMS心血管系统］•CELL & TISSUE ENGINEERIN G田胞与组织工程］•CELL BIOLOGY细胞生物学］•CHEMISTRY, ANALYTICA吩析化学］•CHEMISTRY, APPLIE X用化学］•CHEMISTRY, INORGANIC & NUCLEAR化学与核化学］•CHEMISTRY, MEDICINA医药化学］•CHEMISTRY, MULTIDISCIPLINARY:学，多学科］•CHEMISTRY, ORGANI詹机化学］•CHEMISTRY, PHYSICA幽理化学］•CLINICAL NEUROLOGY经病学］•COMPUTER SCIENCE, ARTIFICIAL 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MULTIDISCIPLINARY：程，多学科］•ENGINEERING, OCEA瞬洋工程］•ENGINEERING, PETROLEUM工程］•ENTOMOLO GY学］•ENVIRONMENTAL SCIENCES科学］•EVOLUTIONARY BIOLOGY生物学］F （共3个学科主题）•FISHERIES 渔业］•FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY科学与技术］•FORESTR 讲学］G （共8个学科主题）•GASTROENTEROLOGY & HEPATOLOGY与肝病学］•GENETICS & HEREDITY1传学与遗传］•GEOCHEMISTRY & GEOPHYSICS匕学与地球物理］•GEOGRAPHY, PHYSICAL1与物理］•GEOLOGY^质学］•GEOSCIENCES, MULTIDISCIPLINA RY求科学，多学科］•GERIATRICS & GERONTOLOGY病学与老年学］•GREEN & SUSTAINABLE SCIENCE & TECHNO LOGW 续科学与技术］H （共4个学科主题）•HEALTH CARE SCIENCES & SERVICES学与保健服务］•HEMATOLOGY夜学］•HISTORY & PHILOSOPHY OF SCIENCE与哲学科学］•HORTICULTUR园艺学］I （共5个学科主题）•IMAGING SCIENCE & PHOTOGRAPHIC TECHNOLOGY与摄影技术］•IMMUNOLOGY疫学］•INFECTIOUS DISEASES^染病］•INSTRUMENTS & INSTRUMENTATION表］•INTEGRATIVE & COMPLEMENTARY MEUICHNE结合医学］L （共2个学科主题）•LIMNOLOGYm召学］•LOGIC逻辑学］M （共28个学科主题）•MARINE & FRESHWATER BIOUOGYr淡水生物学］•MATERIALS SCIENCE, BIOMATERIALSW材料科学］•MATERIALS SCIENCE, CERAMICSffi材料科学］•MATERIALS SCIENCE, CHARACTERIZATION & TEST ING 测试材料科学］•MATERIALS SCIENCE, COATINGS & FILMS 料和薄膜材料科学］•MATERIALS SCIENCE, COMPOSITES材料科学］•MATERIALS SCIENCE, MULTIDISCIPLINARY料科学，多学科］•MATERIALS SCIENCE, PAPER & WOOD和木材材料科学］•MATERIALS SCIENCE, TEXTILE的织材料科学］•MATHEMATICAL & COMPUTATIONAL BIO LOGY计算生物学］•MATHEMATIC数学］•MATHEMATICS, APPLIE政用数学］•MATHEMATICS, INTERDISCIPLINARY APPLICATIONS,跨学科的应用］•MECHANICS：学］MEDICAL ETHICS 医学伦理学］ MEDICAL INFORMATIC 窿学信息学］• NURSING 护理学］• NUTRITION & DIETETICS 营养及饮食学］ O （共9个学科主题）•OBSTETRICS & GYNECOLOGYM 学］ •OCEANOGRAPHY 学］ •ONCOLOGY 瘤学］ •OPERATIONS RESEARCH & MANAGEMENT S CENCST 理科学］ •OPHTHALMOLOGY 学］ •OPTICS 光学］ •ORNITHOLOGY 类学］ •ORTHOPEDICS 形外科］• OTORHINOLARYNGOLOGY 喉科］P （共21个学科主题）•PALEONTOLO GY 物学］ •PARASITOLOG 学生虫］ •PATHOLOG 病理学］ •PEDIATRICS 儿科学］ •PERIPHERAL VASCULAR DISEASE 血管病］ •PHARMACOLOGY & PHARMACY •PHYSICS, APPLIED 应用物理学］ •PHYSICS, ATOMIC, MOLECULAR & CHEM ［CAL ,分子及化学物理学］ •PHYSICS, CONDENSED MATTER 态物理学］• PHYSICS, FLUIDS & PLASMA 皴体与等离子体物理学］酸技术］科医学］MEDICINE, LEGAL 医学法律］MEDICINE, RESEARCH & EXPERIMENTAL 研究与实验］ METALLURGY & METALLURGICAL ENGINEER ING 台金工程］METEOROLOGY & ATMOSPHERIC SCI ［ENCES 大气科学］ MICROBIOLOG 猫生物学］ MICROSCOPY 微镜］MINERALOGY 物学］MINING & MINERAL PROCESS ［NG 与选矿］MULTIDISCIPLINARY SCIENCES 学科科学］MYCOLOGY 菌学］N （共6个学科主题）• NANOSCIENCE & NANOTECHNO LOGY 和纳米技术］ • NEUROIMAGING 经成像科学］• NEUROSCIENCE 肝科学］• NUCLEAR SCIENCE & TECHNOL OG Y 与技术］•PHYSICS, MATHEMATICAL学物理学］•PHYSICS, MULTIDISCIPLINARY物理，多学科］•PHYSICS, NUCLEAR^物理］•PHYSICS, PARTICLES & FIELDS粒子与场物理］•PHYSIOLOGYk理学］•PLANT SCIENCES直物科学］•POLYMER SCIENCE分子科学］•PRIMARY HEALTH CARE级卫生保健］•PSYCHIATRY^神病学］•PSYCHOLQG Y理学］•PUBLIC, ENVIRONMENTAL & OCCUPATIONAL HEALTH境和职业健康］R （共7个学科主题）•RADIOLOGY, NUCLEAR MEDICINE & MEDICAL IMAGING ］•REHABILITATION康复医学］•REMOTE SENSING感科学］•REPRODUCTIVE BIOLOGY生物学］•RESPIRATORY SYSTEM系统］•RHEUMATOLOGY病］•ROBOTIC SB器人］S （共6个学科主题）•SOIL SCIENCE 土壤科学］•SPECTROSCOPY学］•SPORT SCIENCES育科学］•STATISTICS & PROBABILITY统计与概率］•SUBSTANCE ABU 眄滥用］•SURGERY 卜科］T 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THOMSON REUTERS 学科分类(大类和小类)
JCR大类（22）1Clinical Medicine(临床医学）1 2Chemistry（化学）2 3Physics（物理学）3 4Engineering（工程）4 5Social Sciences,General（综合社会科学）5 6Biology & Biochemistry（生物和生物化学）6 7Materials Science（材料学）7 8Plant & Animal Science（植物和动物学）8 9Neuro Science & Behavior（神经科学和行为）9 10Molecular Biology & Genetics（分子生物和遗传学）10 11Geosciences（地球科学）11 12Mathematics（数学）12 13Inviroment/Ecology（环境/生态）13 14Agricultural Science（农业科学）14 15Psychiatry/Psychology（精神病学/心理学）15 16Pharmacology & Toxicology（药理学/毒理学）16 17Computer Science（计算机科学）17 18Economics & Business（经济与商业）18 19Immunology（免疫学）19 20Microbiology（微生物学）20 21Space Science（空间科学）21 22Multidisciplinary（多学科交叉）2223242526272829303132333435363738394041424344454650 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 9498 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226JCR小类(226)Acoustics声学Agricultural Economics & Policy农业经济和政策Agricultural Engineering农业工程Agriculture, Dairy & Animal Science农业，乳业和动物科学Agriculture,Multidisciplinary农业多学科交叉Agronomy农学Allergy过敏反应Anatomy & Morphology解破学和形态学Andrology男科学Anesthesiology麻醉学Anthropology人类学Area Studies地域学Astronomy & Astrophysics天文学和天体物理学Audiology & Speech-Language Pathology听觉和语言病理学Automation & Control Systems自动控制系统Behavioral Sciences行为科学Biochemical Research Methods生物化学研究方法Biochemistry & Molecular Biology生物化学和分子生物学Biodiversity Conservation生物多样性和保护Biology生物学Biophysics生物物理学Biotechnology & Applied Microbiology生物科技和应用微生物学Business商业Business,Finance商业金融Cardiac & Cardiovascular Systems心脏和心血管系统Cell & Tissue Engineering细胞和血管工程Cell Biology细胞生物学Chemistry,Analytical分析化学Chemsitry,Applied应用化学Chmistry,Inorganic & Nuclear无机和原子化学Chemistry,Medicinal医药化学Chemistry, Mutidisciplinary多学科交叉化学Chemistry, Organic有机化学Chemistry, Physical物理化学Clinical Neurology临床神经病学Communicaiton通信Computer Science, Artificial Intelligence计算机科学之人工智能Computer Science, Cybernetics计算机科学之控制论Computer Science,Hardware & Architecture计算机科学之硬件和架构Computer Science, Information Systems计算机科学之信息系统Computer Science, InterdisciplinaryApplecations计算机科学之跨学科应用Computer Science,Software Engineering计算机科学之硬件工程Computer Science, Theory & Methods计算机科学之软件工程Construction & Building Technology建造和建筑技术Criminology & Penology犯罪和刑罚学Critical Care Medicine重症医学Cultural Studies文化研究Demography人口统计学Dentisty, Oral Surgery & Medicine牙科，口腔手术和医药Dermatology皮肤学Developmental Biology发展生物学Ecology生态学Economics经济Education & Educaional Research教育和教育研究Education, Scientific Disciplines科学学科教育Education, Special特殊教育Electrochemisty电化学Emergency Medicine急诊医学Endocrinology & Metabolism内分泌和新陈代谢Energy & Fuels能源和燃料Engineering, Aerospace航天工程Engineering, Biomedical生物工程Engineering, Chemical化学工程Engineering, Civil土木工程Engineering, Electrical & Electronic电子和电气工程Engineering, Environmental环境工程Engineering, Geological地质工程Engineering, Industrial工业工程Engineering,Manufacturing制造工程Engineering, Marine船舶工程Engineering, Mechanical机械工程Engineering, Multidisciplinary多学科交叉工程Engineering, Ocean海洋工程Engineering, Petroleum石油工程Entomology昆虫学Environmental Sciences环境科学Environmental Studies环境研究Ergonomics人体学工程Ethics伦理学Ethnic Studies伦理研究Evolutionary Biology生物进化Family Studies家庭研究Fisheries捕鱼业Food Science & Technology食品科学与工程Forestry林业Gastroenterology & Hepatology肠胃和肝脏病学Genetics & Heredity基因和遗传学Geochemistry & Geophysics地理物理与化学Geography地理学Geography, Physical地理物理Geology地质学Geosicence, Multidisciplinary多学科交叉地理科学Geriatrics & Gerontology老年病学Health Care Sciences & Services老年病学Health Policy & Services健康政策和服务Hematology血液学History历史History & Philosophy Of Science自然科学史History Of Social Sciences社会科学史Horticulture园艺学Hospitality, Leisure, Sport & Tourism好客，休闲，运动和旅游Imaging Science & Photographic Technology影像学和摄影技术Immunology免疫学Industrial Relations & Labor工业关系和劳动Infectious Diseases传染病Information Science & Library Science信息科学和情报科学Instruments & Instrumentation仪器和仪表Integrative & Complementary Medicine整合和辅助医学International Relations国际关系Law法律Linology湖沼生物学Linguistics语言学Logic逻辑学Management管理学Marine & Freshwater Biology海洋和淡水生物Materials Science, Biomaterials材料科学之生物材料Materials Science,Ceramics材料科学之陶瓷Materials Science,Characterization & Testing材料科学之表征与测试Materials Sciences, Coatings & Films材料科学之涂层和薄膜Materials Sciences, Composites材料科学之复合材料Materails Science,Multidisciplinary材料科学之多学科交叉Materials Science, Paper & Wood材料科学之纸张和木材Materials Science,Textiles材料科学之纺织品Mathematical & Computational Biology计算生物学Mathmatics数学Mathmatics, Applied应用数学Mathmatics, Interdisciplinary Applications数学跨学科应用Mechanics机械工程Medical Ethics医学伦理Medical Informatics医疗信息学Medical Laboratory Technology医学检验技术Medicine, General & Internal综合医学和内科Medicine, Legal法医Medicine, Research & Experimental医学调查和实验Metallurgy & Metallurgical Engineering冶金工程Meteorology & Atmospheric Sciences气象和大气科学Microbiology微生物学Microscopy显微镜学Mineralogy矿物学Mining & Mineral Processing采矿与矿物加工Mycology真菌学Nanoscience & Nanotechnology纳米科学与纳米科技Neuroimaging神经影像学Neurosciences神经科学Nuclear Science & Technolgy核科学和技术Nursing护理学Nutrition & Dietetics营养和膳食Obstetrics & Gynecology产科和妇科Oceanography海洋学Oncology肿瘤学Operations Research & Management Science运筹学与管理科学Ophthalmology眼科学Optics光学Ornithology鸟类学Orthopedics整形外科Otorhinolaryngology耳鼻喉科学Paleontology古生物学Parasitology寄生虫学Pathology病理学Pediatrics儿科Peripheral Vascular Disease周围性血管疾病Pharmacology & Pharmacy制药学Physics, Applied应用物理Physics, Atomic, Molecular & Chemical原子，分子和化学物理Physics,Condensed Matter凝聚态物理Physics, Fluids & Plasmas流体和等离子体物理Physics, Mathematical数学物理Physics, Multisciplinary学科交叉物理Physics, Nuclear原子物理Physics, Particles & Fields粒子和场物理Physiology生理学Planning & Development计划与发展Plant Sciences植物学Political Science政治学Ploymer Science高分子科学Primary Health Care初级卫生保健Psychiatry精神病学Psychology心理学Psychology, Applied应用心理学Psychology, Biological生物心理学Psychology,Clinical临床心理学Psychology, Developmental发展心理学Psychology, Educational教育心理学Psychology, Experimental实验心理学Psychology, Mathmatical数学心理学Psychology, Multidisciplinary多学科交叉心理学Psychology, Psychoanalysis精神分析心理学Public Administration公共管理Public, Environmental & Occupational Health公共环境与职业健康Rediology, Nuclear Medicine & MedicalImaging放射性医疗Rehabilitation复原Remote Sensing远程遥感Reproductive Biology生物繁殖Respiratory System呼吸系统Rheumatology风湿病Robotics机器人Social Issues社会问题Social Sciences, Biomedical社会科学之生物医学Social Sciences, Interdisciplinary社会科学之跨学科交叉Social Sciences, Matematical Methods社会科学之数学方法Social Work社会福利Sociology社会学Soil Science土壤学Spectroscopy光谱学Sport Sciences运动科学Statistics & Probabiligy概率论与数理统计Substance Abuse药物滥用Surgery外科手术Telecommunicaitons电子通讯Thermodynamics热力学Toxicology毒理学Transplantation移植Transportation运输Transportation Science & Technology运输科学与技术Tropical Medicine热带医学Urban Studies城市研究Urology & Nephrology泌尿与肾Veterinary Sciences兽医科学Virology病毒学Water Resources水资源Womens Studies女性研究Zoology动物学。
TPO&OG学科分类
TOEFL听力学科分类（TPO1-22&OG）NO.TPO&OG TOPIC ACDEMIC SUBJECTBIOLOGY1TPO1-LECTURE4Eastern Marmots & Olympic Marmots BIOLOGY2TPO2-LECTURE2Manila Hemp BOTANY3TPO4-LECTURE1Displacement Activity BIOLOGY4TPO6-LECTURE2Nightcap Oak BIOLOGY5TPO7-LECTURE2Bats' Use of Ultrasound BIOLOGY6TPO8-LECTURE1Active Habitat Selection ANIMAL BEHAVIOR7TPO10-LECTURE1Whales MARINE BIOLOGY8TPO11-LECTURE1Distraction Display BIOLOGY9TPO12-LECTURE1DNA and division of human cells BIOLOGY10TPO14-LECTURE2Microclimate BIOLOGY11TPO15-LECTURE4Hydrothermal Vents BIOLOGY12TPO16-LECTURE3Animal’s Decision Making Processes BIOLOGY13TPO17-LECTURE4Defense mechanism of Octopus BIOLOGY14TPO18-LECTURE4North American Wood Frog BIOLOGY15TPO19-LECTURE3Spartina MARINE BIOLOGY16TPO20-LECTURE4Snowshoe Hare BIOLOGY17TPO21-LECTURE3Snake evolution BIOLOGY18TPO22-LECTURE3The Sixth Mass Extinction BIOLOGY19OG-TEST1-P260Resistance genes BIOLOGY20OG-TEST1-P266Root systems BOTANY21OG-TEST2-P376Communication of dolphins BIOLOGY EARTH SCIENCE(GEOLOGY/GEOGRAPHY/ENVIRONMENTAL SCIENCE/ECOLOGY)1TPO1-LECTURE2Uranium-Lead Dating GEOLOGY2TPO3-LECTURE1Hummingbirds ENVIRONMENTAL SCIENCE 3TPO4-LECTURE3Theories of moving rock GEOLOGY4TPO6-LECTURE4Rapid climate change-Sahara EARTH SCIENCE5TPO7-LECTURE4Glacier movement GEOLOGY6TPO9-LECTURE2Tundra ENVIRONMENTAL SCIENCE 7TPO9-LECTURE3How ancient desert lakes form GEOLOGY8TPO10-LECTURE3Phosphorus cycle ECOLOGY9TPO11-LECTURE3Wetland and climate ENVIRONMENTAL SCIENCE 10TPO12-LECTURE4Why solar energy is not widely used ENVIRONMENTAL SCIENCE 11TPO13-LECTURE2Beaver and wetland ECOLOGY12TPO15-LECTURE2Geologic Time Periods GEOLOGY13TPO16-LECTURE1Lechugullia cave GEOLOGY14TPO17-LECTURE2Milankovitch hypothesis ENVIRONMENTAL SCIENCE 15TPO20-LECTURE2Interglacial periods ENVIRONMENTAL SCIENCE 16OG-TEST1-P262Managing resources ENVIRONMENTAL SCIENCEASTRONOMY1TPO2-LECTURE4Bode's law ASTRONOMY2TPO3-LECTURE4Spectroscopy ASTRONOMY3TPO5-LECTURE2SPA basin ASTRONOMY4TPO13-LECTURE4Meteorite ASTRONOMY5TPO14-LECTURE3Navigation and seafaring ASTRONOMY6TPO18-LECTURE1The Sunspot ASTRONOMY7TPO19-LECTURE2radio waves and optical waves ASTRONOMY8TPO21-LECTURE1Geocentric&Heliocentric Theory ASTRONOMY9TPO22-LECTURE2Faint young sun paradox ASTRONOMY10OG-TEST2-P380Mars ASTRONOMYART/ART HISTORY/ARCHITECTURE1TPO1-LECTURE1Rose Frantzen CONTEMPORARY ART2TPO3-LECTURE2Jean Painleve and film style FILM HISTORY3TPO3-LECTURE3Chauvet cave painting ART HISTORY4TPO4-LECTURE4Government support for art UNITED STATES GOVERNMENT 5TPO7-LECTURE1The well-made play THEATER HISTORY6TPO8-LECTURE2Women Artists in 19th Century Paris ART HISTORY7TPO9-LECTURE1Philippe Jacques de Loutherbourg THEATER8TPO11-LECTURE2Cape Cod House ARCHITECTURE9TPO12-LECTURE3Evolution of opera MUSIC HISTORY10TPO15-LECTURE3Palimpsest ART HISTORY11TPO16-LECTURE2 Piano MUSIC HISTORY12TPO16-LECTURE4Stained glass ART HISTORY13TPO17-LECTURE1Prehistoric Art Dating ART HISTORY14TPO18-LECTURE2Copies of Greek Sculptures ART HISTORY15TPO19-LECTURE4Cecilia Beaux ART HISTORY16TPO21-LECTURE4Alice Neel ART HISTORY17TPO22-LECTURE4Musicians&film industry MUSIC HISTORY18OG-TEST2-P382Colossal statues ART HISTORYLITERATURE/LINGUISTICS1TPO4-LECTURE2Emerson's essay LITERATURE2TPO5-LECTURE4Folk Tales and Fairy Tales LITERATURE3TPO6-LECTURE3Believable characters CREATIVE WRITING4TPO9-LECTURE4Features of human language LINGUISTICS5TPO13-LECTURE3Chanson and Romance poetry POETRY CLASS6TPO19-LECTURE1Proto-Indo-European LINGUISTICS7TPO20-LECTURE1Gricean Maxims LINGUISTICS8TPO20-LECTURE3Different types of folktale LITERATUREPSYCHOLOGY1TPO2-LECTURE1Laryngeal habit PSYCHOLOGY2TPO10-LECTURE4Childhood Amnesia PSYCHOLOGY3TPO14-LECTURE1Perception PSYCHOLOGY4TPO15-LECTURE1Distraction PSYCHOLOGYECONOMICS/BUSINESS1TPO6-LECTURE1Boom and Bust ECONOMICS2TPO11-LECTURE4Advertising BUSINESS3TPO12-LECTURE2MBWA BUSINESS4OG-TEST1-P268Organization BUSINESS HISTORY/ARCHAEOLOGY/ANTHROPOLOGY/PHILOSOPHY/SOCIOLOGY1TPO8-LECTURE3Development in Vision Correction HISTORY2TPO10-LECTURE2Introduction of American food to Europe EUROPEAN HISTORY3TPO17-LECTURE3Calendar system of Ancient Egypt HISTORY4TPO18-LECTURE3Spices EUROPEAN HISTORY5TPO1-LECTURE3Çatalhöyük ARCHAEOLOGY6TPO14-LECTURE4Passage Graves ARCHAEOLOGY7TPO7-LECTURE3Iroquois people and Birch Tree ANTHROPOLOGY8TPO22-LECTURE1State formation ANTHROPOLOGY9TPO2-LECTURE3Aristotle and happiness PHILOSOPHY10TPO5-LECTURE1Meme SOCIOLOGY11OG-TEST2-P374Calendars ANTHROPOLOGY12OG-TEST1-P264Plato's ethical theory PHILOSOPHYCHEMISTRY/COMPUTER SCIENCE/CITY PLANNING1TPO5-LECTURE3The pratical use of spectroscopy CHEMISTRY2TPO8-LECTURE4The periodic table of elements CHEMISTRY3TPO13-LECTURE1Pedestrian mall CITY PLANNING4TPO21-LECTURE2Software Development COMPUTER SCIENCE。
拓扑绝缘体二维纳米结构与器件
doi:10.3866/PKU.WHXB 201208312[Review]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.-Chim.Sin.2012,28(10),2423-2435October Received:July 27,2012;Revised:August 31,2012;Published on Web:August 31,2012.∗Corresponding authors.PENG Hai-Lin,Email:hlpeng@.LIU Zhong-Fan,Email:zfliu@.The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (51121091,21173004,11104003)and National Basic Research Program of China (2011CB921904).国家自然科学基金(51121091,21173004,11104003)和国家重大科学研究计划(2011CB921904)资助项目ⒸEditorial office of Acta Physico-Chimica Sinica拓扑绝缘体二维纳米结构与器件李辉1,2彭海琳1,*刘忠范1,*(1北京大学化学与分子工程学院,北京大学纳米化学研究中心,北京100871;2中国科学院电工研究所,中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室,北京100190)摘要:拓扑绝缘体是一种全新的量子功能材料,具有绝缘性体能带结构和受时间反演对称性保护的自旋分辨的金属表面态,属于Dirac 粒子系统,将在新原理纳电子器件、自旋器件、量子计算、表面催化和清洁能源等方面有广泛的应用前景.理论和实验相继证实Sb 2Te 3,Bi 2Se 3和Bi 2Te 3单晶具有较大的体能隙和单一Dirac 锥表面态,已经迅速成为了拓扑绝缘体研究中的热点材料.然而,利用传统的高温烧结法所制成的拓扑绝缘体单晶块体样品常存在大量本征缺陷并被严重掺杂,拓扑表面态的新奇性质很容易被体载流子掩盖.拓扑绝缘体二维纳米结构具有超高比表面积和能带结构的可调控性,能显著降低体态载流子的比例和凸显拓扑表面态,并易于制备高结晶质量的单晶样品,各种低维异质结构以及平面器件.近年来,我们一直致力于发展拓扑绝缘体二维纳米结构的控制生长方法和物性研究.我们发展了拓扑绝缘体二维纳米结构的范德华外延方法,实现了高质量大比表面积的拓扑绝缘体二维纳米结构的可控制备,并实现了定点与定向的表面生长.开展拓扑绝缘体二维纳米结构的谱学研究,利用角分辨光电子能谱直接观察到拓扑绝缘体狄拉克锥形的表面电子能带结构,发现了拉曼强度与位移随层数的依赖关系.设计并构建拓扑绝缘体纳米结构器件,系统研究其新奇物性,观测到拓扑绝缘体Bi 2Se 3表面态的Aharonov-Bohm (AB)量子干涉效应等新奇量子现象,通过栅电压实现了拓扑绝缘体纳米薄片化学势的调控,并将拓扑绝缘体纳米结构应用于柔性透明导电薄膜.本文首先简单介绍拓扑绝缘体的发展现状,然后系统介绍我们开展的拓扑绝缘体二维纳米结构的范德华外延生长、谱学、电学输运特性以及透明柔性导电薄膜应用的研究,最后对该领域所面临的机遇和挑战进行简要的展望.关键词:拓扑绝缘体;狄拉克费米子;纳米结构;范德华外延;柔性透明导电薄膜中图分类号:O641Two-Dimensional Nanostructures of Topological Insulators andTheir DevicesLI Hui 1,2PENG Hai-Lin 1,*LIU Zhong-Fan 1,*(1Centre for Nanochemistry (CNC),College of Chemistry and Molecular Engineering,Peking University,Beijing 100871,P .R.China ;2Key Laboratory of Solar Thermal Energy and Photovoltaic System of Chinese Academy of Sciences,Institute of Electrical Engineering,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,P .R.China )Abstract:Three-dimensional (3D)topological insulators are a new state of quantum matter that are insulating in the bulk but have current-carrying massless Dirac surface states.Nanostructured topological insulators,such as quasi-two-dimensional (2D)nanoribbons,nanoplates,and ultrathin films with extremely large surface-to-volume ratios,distinct edge/surface effects,and unique physicochemical properties,can have a large impact on fundamental research as well as in applications such as electronics,spintronics,photonics,and the energy sciences.Few-layer topological insulator nanostructures have very large2423Acta Phys.⁃Chim.Sin.2012V ol.28surface-to-volume ratios that can significantly enhance the contribution of exotic surface states,and their unique quasi-2D geometry also facilitates their integration into functional devices for manipulation and manufacturing.Here,we present our recent results on the controlled growth of quasi-2D nanostructures of topological insulators,as well as their novel functional devices.High quality quasi-2D nanostructures ofBi2Se3and Bi2Te3topological insulators have been synthesized by vapor-phase growth.Ultra-thin nanoplates of the topological insulators with uniform thickness down to a single layer have been grown on various substrates,including conductive graphene.A facile,high-yield method has been developed for growing single-crystal nanoplate arrays of Bi2Se3and Bi2Te3with well-aligned orientations,controlled thickness,and specific placement on mica substrates by van der Waals epitaxy.A systematic spectroscopic study,including angle-resolved photoemission spectroscopy(ARPES),micro-Raman spectroscopy,and micro-infrared spectroscopy,was carried out to investigate the quasi-2D nanostructuresof topological insulators.Pronounced Aharonov-Bohm(AB)interference effects were observed in the topological insulator nanoribbons,providing direct transport evidence of the robust,conducting surface states.Transport measurements of a single nanoplate device,with a high-k dielectric top gate,showed a significant decrease in the carrier concentration and a large tuning of the chemical potential with electrical gating.We also present the first experimental demonstration of near-infrared transparent flexible electrodes based on few-layer topological insulator Bi2Se3nanostructures that was epitaxially grown on amica substrate by van der Waals epitaxy.Topological insulator nanostructures show promise as transparent flexible electrodes because of their good near-infrared transparency and excellent conductivity,which is robust against surface contamination and bending.Our studies suggest that quasi-2D nanostructures of topological insulators show promise for future electronic and optoelectronic applications.Key Words:Topological insulator;Dirac fermion;Nanostructure;van der Waals epitaxy;Transparent flexible electrode1引言拓扑绝缘体是一类正在凝聚态物理、固体化学与材料领域掀起科学风暴的“明星”材料.1-3作为一种全新的量子物质,拓扑绝缘体不同于传统意义上的绝缘体和金属,其体材料是有能隙的绝缘体,而其表面是无能隙的金属态.4-10因内禀的自旋轨道相互作用,拓扑绝缘体的金属性表面态与因表面未饱和键或者是表面重构导致的表面态不同,具有线性色散关系且自旋与动量满足特定的手性关系.拓扑表面态形成一种无有效质量的二维电子气,受到很严格的拓扑保护,不会因为外来的扰动而失去金属性,具有独特的自旋和输运性质,载流子可在表面无散射、无能量损耗地传导.在基础物理研究上,拓扑绝缘体可以用来探索和发现新奇的量子效应,如量子化的反常霍尔效应、马拉约那(Majorana)费米子等.4,5此外,拓扑绝缘体可以用来发展未来新型量子功能材料,将在新原理纳电子器件、自旋电子器件、自容错的拓扑量子计算、表面催化及清洁能源等方面有着巨大的应用前景.1-5因此,在短短几年内,拓扑绝缘体的研究正在世界范围内蓬勃兴起.量子自旋霍尔相和狄拉克费米子这两个奇异的量子相在拓扑绝缘体中是高度耦合的.4-6通过对具有自旋-轨道耦合作用的样品施加纵向电场,会产生横向自旋流,即自旋向上和向下的电子分别沿横向相反的方向运动,从而在横向边界产生自旋积累,这种自旋也会产生量子霍尔效应,这就是量子自旋霍尔效应.6,10,11拓扑绝缘体内禀的自旋轨道相互作用起到了类似外场的作用,导致自旋流在表面无散射的传导(图1A和1B).2006年,斯坦福大学的Zhang等6首先提出在二维拓扑绝缘体HgTe/CdTe 量子阱体系可以实现量子自旋霍尔效应的理论预言.2007年,量子自旋霍尔效应在HgTe/CdTe量子阱器件上得到实验证实,10这一科研成果被Science 杂志评为2007年十大科学进展之一.随后,研究人员用电压探针证明自旋电流可在HgTe/CdTe量子阱样品的边界出现,而且无需外界施加的磁场.12继二维拓扑绝缘体之后,Kane,7Moore8和Zhang9等小组分别独立地理论预言了兼具绝缘体态和金属表面态的三维拓扑绝缘体的存在.其中Kane等13预测了Bi1-x Sb x合金是三维拓扑绝缘体.2008-2009年,普林斯顿大学的Hasan小组14,15率先从实验上证实了Bi1-x Sb x合金具有三维拓扑绝缘体的性质.他们利用角分辨光电子能谱研究了Bi1-x Sb x合金的体能带和表面能带结构,发现Bi1-x Sb x合金具有复杂的表面态2424李辉等:拓扑绝缘体二维纳米结构与器件No.10结构,表面具有奇数个狄拉克点.寻找体能隙大、表面态结构简单、组成为化学计量比、存在非常稳定、且容易合成的晶态拓扑绝缘体材料成为了物理学家、材料学家及化学家关注的焦点.2009年,Zhang 等16理论预言了三方相的V 2VI 3化合物(Sb 2Te 3,Bi 2Se 3,Bi 2Te 3)是三维拓扑绝缘体,其表面布里渊区k=0的Γ点具有单一的无能隙的狄拉克锥.这些理论预测被同时进行的实验所证实.普林斯顿大学的Hasan 小组17和斯坦福大学的Shen 小组18分别利用角分辨光电子能谱在Bi 2Se 3和Bi 2Te 3单晶中观察到了单个狄拉克锥型表面态的存在.此外,该类材料的体态存在能隙,比如Bi 2Se 3的体能隙约为0.3eV (等价于3600K),远远超出室温能量尺度,这说明有可能实现室温低能耗的自旋电子器件.尽管不断有理论预言新的拓扑绝缘体的存在,比如half-Heusler 和chalcopyrite 三元化合物等家族中被预测存在着大量拓扑绝缘体材料,19-23V 2VI 3晶体材料(Sb 2Te 3,Bi 2Se 3,Bi 2Te 3)仍然是目前的研究热点.然而,相对于常规绝缘体而言,拓扑绝缘体V 2VI 3的体能隙并不大,目前体能隙最大的拓扑绝缘体Bi 2Se 3也才0.3eV .事实上,通常利用高温烧结方法制备的单晶块体样品具有很大的本征缺陷密度并被严重掺杂,样品的费米能级往往位于体相的导带或者价带中,很难实现其体态的本征绝缘.由于单晶块体样品中的体相原子远多于其表面态原子,样品的电学特性将完全由大量的体态载流子所支配,这将制约深入研究拓扑绝缘体这种新的量子态及其器件物理.24拓扑绝缘体表面态本征物性的研究备受关注,是决定拓扑绝缘体未来的研究和应用潜力的关键问题之一.科学工作者正通过外场调控和化学掺杂等方法来调控拓扑绝缘体的费米能级位置,使费米能级只与表面态相交,以降低体态载流子的影响,凸显表面态相关的新奇物理现象.对于常用的拓扑绝缘体单晶块体样品,因样品的厚度远远大于电场的穿透深度,难以利用外场来调控单晶块体样品的费米能级.人们主要采取掺杂与化学改性对单晶块体样品的费米能级进行调控,比如在Bi 2Te 3中掺入Sn 和在Bi 2Se 3中掺入Ca 、Sb 、Mg 、Pb 等元素可以实现费米能级的调控.18,25-31虽然单晶块体样品的掺杂可改变其能带结构,但往往同时也降低了晶体的质量和载流子的迁移率,32导致掺杂的块体材料的电学测量结果并不乐观.比如,Ong 等33对体态绝缘的拓扑绝缘体Ca x Bi 2-x Se 3单晶进行了低温电磁测量,在毫米级大小的单晶样品中的电磁测量中发现一种反常的电磁涨落,其振幅远远大于普适电导涨落.分析结果表明这种涨落现象仍然来源于体相杂质载流子,而不是拓扑表面态.考虑到Ran 等34最近的理论计算预言——拓扑绝缘体晶体中存在的线位错将形成一维拓扑态,Ong 等33推测他们测得的这种电磁涨落可能与体材料的晶格位错等缺陷有关.由以上的分析可知,高质量材料的可控制备依然是拓扑绝缘体研究领域亟待解决的关键科学问题.发展新颖的材料制备方法制备高质量的拓扑绝缘体材料尤为重要.相比块体单晶材料,拓扑绝缘体的纳米材料尤其是二维纳米结构(如纳米带、纳米薄片、薄膜等)更具优势:24(1)纳米材料具有大的比表面积,其比表面积随样品尺寸的变小而显著增大;(2)少量的掺杂或化学改性可能显著调控拓扑绝缘体纳米材料的电学性质;(3)高质量的拓扑绝缘体低维纳米材料具有明确的晶体结构和组分,是构筑复杂纳米结构与纳米器件的理想基元,借助现代表征和测量技术,可以方便地研究器件中存在的材料和界面问题;(4)拓扑绝缘体材料的载流子浓度可利用纳米薄片或薄膜场效应管的场效应来调控,并可以制备成低维异质结构以及各种平面器件,有助图1(A,B)三维拓扑绝缘体的绝缘性体态和金属表面态的示意图;(C)三维拓扑绝缘体层状Bi 2X 3(X=Se,Te)的晶体结构图Fig.1(A,B)Schematic explanation for the reason why the surface of the insulating bulk exhibits metallic state due to polarized spins in three-dimensional topological insulator;(C)layered crystal structure of three-dimensional topological insulator Bi 2X 3(X=Se,Te)2425Acta Phys.⁃Chim.Sin.2012V ol.28于器件加工和集成.迄今为止,人们已经发展了“自上而下”(Top-Down)和“自下而上”(Bottom-Up)两大类方法来制备拓扑绝缘体二维纳米材料.3,35“自上而下”是从单晶块体样品中通过机械剥离或者化学剥离的方法获得单层或少层二维纳米材料,包括:显微机械剥离方法、36,37化学插层方法、38,39通过原子力显微镜(AFM)针尖进行剥离的方法40等.“自下而上”是通过化学反应从原子或者分子尺度上合成单层或少层二维纳米材料,包括分子束外延(MBE)、41-45化学气相沉积(CVD)、24,46,58物理气相沉积(PVD)、47-49湿化学合成50,51等.2009年开始,清华大学薛其坤教授的研究团队首次建立了在不同单晶基底上高质量拓扑绝缘体薄膜的MBE生长动力学,52实现了体相绝缘的拓扑绝缘体Bi2Se3薄膜的外延生长,并利用STM观察到MBE薄膜表面电子在原子台阶和杂质附近散射形成的驻波以及表面金属态的朗道量子化现象.53北京大学的彭海琳与斯坦福大学Cui等人合作,通过气-液-固(VLS)生长机制,利用简单易得的CVD装置制备了高质量的拓扑绝缘体纳米带,发现构筑具有大的比表面积的纳米结构可以有效降低体态载流子的贡献,并通过电学输运测量,首次观测到与拓扑绝缘体Bi2Se3表面电子态相关的Aharonov-Bohm(AB)量子干涉效应,证实了拓扑绝缘体中能产生AB效应的表面态电子波的存在.24这一工作给拓扑绝缘体在电学测量实验上的研究带来了新的转机,推动了拓扑绝缘体的实验进展.54随后,科研工作者迅速展开了拓扑绝缘体Bi2Se3、Bi2Te3和Sb2Te3纳米结构的制备和电学输运研究.2010年,Jarillo-Herrero等55通过微机械剥离的方法得到了厚度为17nm的砷掺杂的Bi2Se3纳米薄片,构建了场效应晶体管,通过在晶体管上构造高k值的顶栅,实现了对Bi2Se3准二维纳米材料表面电子态的外场调控,并观察到了类似石墨烯的双极化效应.2011年,Wang等31通过液相反应合成了Bi2Te3纳米带,通过场效应晶体管的顶栅实现了Bi2Te3纳米带费米能级的调控.通过顶栅电压把费米能级调节到了体态的带隙中,进而在Bi2Te3纳米带中直接观测到了表面电子态的AB干涉和SdH振荡.2011年,Cui等56在(Bi x Sb1-x)2Te3本征拓扑绝缘体二维纳米薄片中,发现了与石墨烯场效应晶体管类似的双极化场效应现象.围绕拓扑绝缘体二维纳米结构的可控生长方法与器件研究,根据Bi2Se3和Bi2Te3的层状各向异性晶体结构特点,我们提出和发展了拓扑绝缘体二维纳米结构的范德华外延(van der Waals epitaxy)生长方法,35,47,48,57通过对生长基底种类、基底温度、载气流量、粉源温度、压强等生长条件进行设计和优化,在不同基底(石墨烯、云母)上外延生长了高质量的少层拓扑绝缘体二维纳米结构,35,48,57实现层数、尺寸、定点与定向的控制,47并对少层拓扑绝缘体纳米结构进行系统的谱学与电学测量,24,35,48,49还对其在柔性透明导电薄膜上的应用进行了初步探索.57本文将对我们在拓扑绝缘体二维纳米结构的生长与器件等方面的成果进行归纳和总结,并对拓扑绝缘体未来的研究方向、实际应用前景进行展望.2拓扑绝缘体二维纳米材料的范德华外延层状的Bi2X3(X=Se,Te)是典型的三维拓扑绝缘体,其晶体结构属于D53d(R3m)为斜方晶系,沿着c 轴方向可视为层状六面体结构(图1C),59每层包括X-Bi-X-Bi-X(X=Se,Te)五个原子层(quintuple layer, QL),每QL的层厚约1nm.层内为强的共价键合,而层间为相对较弱的范德华相互作用.每层的上下表面为饱和键合的Se或Te,而层的边侧存在大量悬挂键.作为一种独特的气相沉积技术,范德华外延利用外延层和基底之间范德华力或静电力弱相互作用,生长高质量层状材料的外延技术(图2A).60,61范德华外延无需外延层与基底成键,外延层的应变能快速和有效的驰豫可有效减少外延层和基底晶格失配的影响,尤其适用于与基底晶格失配度大的层状结构的生长.许多二维层状晶体材料具有各向异性结构,层内是很强的共价结合,而层间为较弱的范德华相互作用;表面不含悬挂键,呈化学惰性,而边侧存在大量化学活性的悬挂键.62-65因此,这种各向异性成键特性决定了层内的生长速度远大于层间生长速度,理论上可以通过范德华外延的方法逐层生长高质量、层数可控的二维晶体材料.范德华外延基底的表面物理化学性质对二维外延层的生长有重要影响.我们在非晶态SiO2基底上的生长结果表明,49基底上表面悬挂键的存在制约着大面积超薄的拓扑绝缘体二维纳米材料的生长.在SiO2基底上只能得到3层以上、取向不一致的Bi2X3(X=Se,Te)二维纳米薄片,横向尺寸最大约为20µm.表面化学惰性的层状单晶基底有助于制备2426李辉等:拓扑绝缘体二维纳米结构与器件No.10取向一致、大面积、高结晶质量、厚度达单层的拓扑绝缘体二维纳米材料.我们发现表面原子级平整、化学惰性的层状石墨烯和云母是理想的范德华外延基底,47,48,57可实现厚度可控、尺寸可控的高结晶质量的少层至单层拓扑绝缘体二维纳米结构和大面积薄膜的范德华外延,并首次实现了拓扑绝缘体二维纳米结构均匀阵列的定向与定点生长.47如图2B所示,在导电基底石墨烯上生长的三角形或六边形Bi 2Se 3纳米薄片定向排列.由于石墨烯表面的褶皱或缺陷等影响,少数纳米薄片的取向有一定的角度偏移.纳米薄片具有高的结晶质量,厚度均一、可达单层,可覆盖石墨烯整个畴区.在绝缘的云母基底上,范德华外延法制备的三角形或六边形Bi 2Se 3二维纳米薄片的取向完全一致(图2C),厚度均一,横向尺寸在几个到几十微米之间.通过精确控制生长条件,降低Bi 2X 3在基底上的成核密度和体系蒸气分压,可进一步增加纳米薄片的侧向尺寸.目前,单一厚度的Bi 2Te 3二维纳米单晶薄片的最大尺寸可达0.1mm (图2(E,F)),远大于用机械剥离、液相剥离及化学合成等方法制备的样品尺寸.进一步控制生长条件,可以在云母基底上外延得到Bi 2X 3的二维纳米薄膜.图2D 为约10nm 厚的Bi 2Se 3纳米薄膜的典型光学照片,表明整个纳米薄膜的厚度较为均一,而其表面上有取向一致的三角形或者六方形纳米岛状结构.拓扑绝缘体二维纳米阵列单晶的定向与定点控制生长有助于生长机理的探索和纳米器件的批量构建.在新鲜剥离、平整的云母表面上,拓扑绝缘体Bi 2X 3的成核具有随机性;而通过人为控制云母基底上的成核位点,将促使Bi 2X 3纳米结构的定点生长.因此,我们巧妙地利用“掩模版”和“等离子体刻蚀”选择性处理云母基底,控制成核位点,实现了拓扑绝缘体Bi 2X 3单晶纳米结构的定点控制生长.47我们首先设计各种形状的光刻模板,通过标准光刻方法,把光刻模板上的图形复制到事先在云母表面旋涂的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)掩膜上,或者把铜网直接覆盖在云母表面,用氧等离子体对暴露的云母基底刻蚀,除去PMMA 或铜网掩膜版,进行Bi 2X 3二维纳米材料的生长.氧等离子体刻蚀后的云母表面形貌和化学组成发生一定的变化,66破坏了范德华外延生长的条件,而没有被刻蚀处理的云母表面区域仍然可以进行范德华外延生长,从而实现定点生长.图3A 和3B 分别显示了5×7和3×3Bi 2Se 3纳米薄片阵列定点生长的光学照片.图3C 和3D 显示了云母基底上Bi 2Te 3纳米薄片大面积阵列的光学照片和相应的AFM 高度成像.在绝缘透明的云母基底上大面积、高质量的拓扑绝缘体二维纳米结构生长的实现将为光谱测量、器件加工与电学测量提供很好的材料基础,而定点定向与层数的精确控制生长的实现将为速度更快、能耗更低的拓扑绝缘体纳电子图2(A)范德华外延示意图;(B)石墨烯上范德华外延生长的Bi 2Se 3纳米薄片的SEM 照片;(C)云母基底上范德华外延生长的Bi 2Se 3纳米薄片阵列的透过模式光学照片;(D)云母基底上外延生长的Bi 2Se 3纳米薄膜的透过模式光学照片,圆圈中的白色部分为云母基底;(E,F)云母基底上外延生长得到的厚度为6QL 、大尺寸单晶Bi 2Te 3纳米薄片的透过模式光学照片和AFM 像Fig.2(A)Scheme diagram of van der Waals epitaxy;(B)SEM image of Bi 2Se 3epitaxy on grapheme;(C)typical transmission-mode optical microscopy image of nanoplate arrays of Bi 2Se 3on transparent mica substrates;(D)typical transmission-mode optical microscopy image of large-area,few-layer Bi 2Se 3nanosheets grown on a mica substrate,the blank mica substrate is indicated by the black circle;(E,F)optical image and the corresponding AFM image of large-size Bi 2Te 3nanoplate single crystal with 6QL inthickness grown on micaSEM:scanning electron microscopy,OM:optical microscopy,AFM:atomic force microscopy,QL:quintuple layer.Reproduced from Refs.47,48,57.Copyright ©2012Nature Publishing Group,2010and 2012American Chemical Society.2427Acta Phys.⁃Chim.Sin.2012V ol.28器件的批量构建提供契机.3拓扑绝缘体二维纳米材料的谱学研究3.1角分辨光电子能谱拓扑绝缘体表面态的检测是研究拓扑绝缘体的新奇物性和制备拓扑绝缘体电子学器件的前提.角分辨光电子能谱(ARPES)是利用光电效应研究固体的电子结构的表面分析技术,即通过高能光子对材料的电子进行激发,测量激发电子的能量和动量,得到电子的能带结构,并同时测量费米能级附近电子的能量、运动方向和散射性质.目前,ARPES 是研究晶体表面电子结构,如能带、费米面以及多体相互作用的重要工具,也是探测拓扑绝缘体的表面态最直接最有效的实验手段之一.67拓扑绝缘体Bi 2Se 3、Bi 2Te 3和Sb 2Te 3的狄拉克锥形的表面电子结构已经相继被ARPES 直接观察到.我们与斯坦福大学的沈志勋教授小组、牛津大学的陈宇林博士合作,利用基于同步辐射光源的ARPES,研究了在管式炉CVD 系统中制备的Bi 2Se 3、Bi 2Te 3等二维纳米薄片的电子能带结构.47,57ARPES 结果表明,在室温大气下放置相当一段时间后,厚度约为10nm 的Bi 2Se 3和Bi 2Te 3二维纳米薄片仍然具有拓扑绝缘体的狄拉克表面电子能带结构的鲜明特征(图4(A,B)),这说明拓扑表面态具有很好稳定性.二维纳米薄片的费米能级与体态导带能级相交,表现为明显的电子掺杂.在体态导带区域,分布着与表面态共存的额外的量子阱态,可能是生长时存在缺陷或者暴露空气掺杂引起的.我们分析约10nm 厚的Bi 2Se 3二维纳米薄片的ARPES 数据,发现表面态与体态的载流子数目已基本一致.这一结果表明,由于纳米薄片具有大的比表面积,其体态载流子对样品整体导电性的贡献减少,而表面态载流子的贡献增大;随着厚度的减小,表面态的贡献将占主导作用.3.2拉曼光谱在研究固体样品的能带结构和准粒子动力学方面,光谱检测与ARPES 有一定互补性.光谱响应能探测带间跃迁,还能探测其它任何能够和光耦合的集体激发如声子的响应.其中,振动光谱法作为微细结构变化的灵敏探针,是揭示新型低维量子材图4(A)ARPES 测量的云母基底上Bi 2Se 3纳米薄片在Κ-Γ-Κ方向的能带结构图,Bi 2Se 3能带结构由导带(CB)和价带(VB)之间直接带隙的体态和具有Dirac 锥结构的表面电子态(SS)组成;(B)在特定结合能下,以k x 和k y 为函数的能带结构等能量图Fig.4(A)Electronic band dispersion along the Κ-Γ-Κdirection of large-scale Bi 2Se 3nanoplate aggregates grown on a mica substrate measured by ARPES.A direct band gap between the conduction band (CB)and valence band (VB)and Dirac-cone-typed surface state (SS)were identified;(B)constant-energy contour images of the band structure as functions of k x and k y at certainbinding energiesReproduced from Ref.47,Copyright ©2012AmericanChemicalSociety.图3(A)云母基底上定点生长的5×7圆形Bi 2Se 3纳米薄片阵列光学照片;(B)云母基底上定点生长的3×3三角形Bi 2Se 3纳米薄片阵列光学照片;(C)云母基底上定点生长的11×14Bi 2Te 3纳米薄片阵列的光学照片;(D)图C 虚线方形框中2×2Bi 2Te 3纳米薄片相应的AFM 像及其高度像Fig.3Optical microscopy images of (A)the 5×7round and (B)3×3triangular Bi 2Se 3nanoplate arrays on mica;(C)optical microscopy image of 11×14Bi 2Te 3nanoplate array on mica;(D)corresponding AFM image and high profile of the 2×2Bi 2Te 3nanoplate array shown in thedashed black box of (C)Reproduced from Ref.47,Copyright ©2012AmericanChemical Society.2428。
用同轴探针法测量部分生物材料的复介电常数试验_贾晔
一化校准。 ( 2) 放入被检生物标本, 测量其驻波特性或端阻
抗的实部 R 与虚部 X , 并计算出介电常数和损耗正 切角。
( 3) 在实际测试中应注意注入微波功率大小对 测试结果的影响, 例如, 在测试生鸡蛋清时, 当输入 功率为 70 mW 时, 将同轴探针放入被检生物材料中 不到 1 min, 同轴探针附近的蛋清液开始出 现凝固
2 测试系统及测试方法
实际的检测装置如图 4 所示, 这是一个经典的 微波测试系统, 可以采用测量线也可以采用矢量网 络分析仪来完成测量任务, 考虑到跨学科应用的特 点、系统校准与计算的复杂性, 最终采用矢量网络分 析仪 H P 8753 完成了检测任务。
图 4 生 物材料微波测试系统示意图
21 1 测试准备阶段 根据测试要求制作了实验型同轴探针如图 5 所
( 2) 在测量去离子水的试验中分别采用直径为 25, 44 mm 量杯, 将同轴探针插入水中, 测试结果是 一样的, 但在插入深度一样的条件下分别使用直径 为 13, 25 mm 的量杯进行测试的结果是却是不一样 的, 测试数据偏低。这是因为水量较少, 微波能量无 法在有限的水体中消耗全部能量从而导致边界处微 波能量产生反射影响测量准确度, 一般样品大些, 测 量结果较理想。
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检测的、精度尚可的微波介电常数和损耗正切角的 测量方法。
本文所选择的同轴探针原本是微波馈能辐射装 置, 考虑到其结构简单, 易于消毒处理的特点, 将其 改型以适应生 物类材料介电特性和损 耗特性的测 试。
同轴探针涉及微波传输线理论、局部有耗空间 中微波电磁场和有耗介质及自由空间的能量交换和 损耗等物理过程, 其中在有耗空间内的传播和损耗 则是发生在被测生物材料内部的主要物理过程, 是 问题的核心, 因此, 微波天线的理论比较符合生物材 料测试的实际过程, 只不过将天线理论讨论的辐射 空间的介电常数和损耗系数换成生物材料的即可。 另外, 从作用空间来看一般天线理论更关心的是远 场区( r \K并且 r \l ) 的电磁特性, 而这里讨论的同 轴探针利用的是/ 辐射近场区0的短振子天线( [ K/ 10) 。
纳米多孔配位聚合物的研究进展
第29卷第3期2007年5月南 京 工 业 大 学 学 报JOURNAL OF NANJ I N G UN I V ERSI TY OF TECHNOLOGYVol.29No.3May2007纳米多孔配位聚合物的研究进展朱敦如,周 俊,杨 捷,包魏魏,沈 旋(南京工业大学化学化工学院,江苏南京210009)摘 要:纳米多孔材料可用作催化剂、气体储存材料和光电子器件,是目前新型多孔材料的研究热点之一.借助自组装技术,选择羧酸类、联吡啶类和吡啶羧酸类化合物作为桥联配体,可获得一维、二维和三维的多孔配位聚合物.简要综述了该类纳米多孔配位聚合物的设计原理、合成路线和应用前景,评价了其合成方法的优缺点.由于其特殊的结构和性质,纳米多孔配位聚合物将发展成为具有光、电、磁等性质的多功能材料.关键词:配位聚合物;多孔材料;结构;纳米材料3中图分类号:O61116 文献标识码:A 文章编号:1671-7627(2007)03-0103-08Recen t develop m en ts i n nanoporous coord i n a ti on polym ersZHU Dun2ru,ZHOU Jun,Y ANG J ie,BAO W ei2wei,SHEN Xuan(College of Che m istry and Che m ical Engineering,Nanjing University of Technol ogy,Nanjing210009,China)Abstract:Nanopor ous materials can be used for catalysis,gas st orage,and op t oelectr onic devices,which is one of extensively researched fields in novel por ous materials.One2di m ensi onal(1D)、t w o2di m ensi onal(2D)and three2 di m ensi onal(3D)por ous coordinati on poly mers can be synthesized by the self2asse mbly of metal i ons and the bridge2linking ligands like carboxylates、bi pyridyl compounds and is onictinic acids.The p rinci p les of design,syn2 thesis r outes and potential app licati ons of the nanopor ous coordinati on poly mers have been briefly described,and the advantages and disadvantages of the synthesis methods have been evaluated.Due t o their s pecial structures and p r operties,nanopor ous coordinati on poly merswill be devel oped int o multifuncti onal materials with op tical,electr on2 ic and magnetic p r operties.Key words:coordinati on poly mers;por ous materials;structure;nanometer materials 纳米材料是当代科学研究的前沿,由于当普通材料的尺寸达到纳米数量级时,能产生表面效应、体积效应、量子效应和宏观量子隧道效应,使纳米材料具有光学、电学、热学、磁学、化学、力学等方面奇特而优异的性能.而纳米多孔材料成为化学、物理学以及材料学的研究热点,则是因为它们所具有的纳米微孔而带来的吸附、分离、贮存和催化等性质.在20世纪90年代以前,纳米多孔材料分为两类:沸石类的无机材料和活性炭类碳基材料.而如今,纳米多孔配位聚合物发展成为有别于前两类的第三类多孔材料,它们往往具有尺寸规整、孔隙率高且孔道大小可通过设计改变等优点[1-5].纳米多孔配位聚合物因含有过渡金属离子和有机配体分子又称为金属有机类分子筛,其孔尺寸一般处在纳米量级,而有机配体常用来调节孔道尺寸和改变孔的内表面,使这类材料具有特定的化学反应性或手性,从而弥补了沸石分子筛的许多不足,所以在吸附、气体存储、离子交换、手性拆分、分离、催化等领域显示出良好的应用前景[6-15].作为一种材料,纳米多孔配位聚合物因为可以3收稿日期:2006212225基金项目:江苏省高校自然科学研究计划(05KJB150045)作者简介:朱敦如(1963—),男,安徽霍山人,教授,博士,主要研究方向为配位化学和分子材料;E2mail:zhurdr@.可逆地吸附小分子而出名.从20世纪90年代开始,科学界就开展了多孔配位聚合物的结构研究,随后有关其功能的例子也陆续出现.如1990年,Hoskins 等[16]报道了一种具有阴离子交换能力的多孔配位聚合物;1994年,Fujita 等[17]研究了二维配位聚合物{[Cd (4,4′2bpy )2(H 2O )2](NO 3)2}n 的催化性能;1995年,Yaghi 等[18-19]的小组研究了配位聚合物对客体分子的吸附;1997年,Kondo 等[20]报道了配位聚合物在环境温度下对气体吸附的研究.合成纳米多孔配位聚合物材料是一个很有挑战性的工作,设计具有一定分子结构的材料是比较容易的,但在实际合成中却很难控制其结构,主要的问题是:(1)稳定性,材料中孔道的强度不够,当脱除客体分子后孔道的结构发生坍塌.(2)结构的互穿性,2个或多个相互独立的骨架结构发生互穿,使材料的空间被占据而得不到设计时的较大孔道,从而导致材料的孔隙率变小甚至失去多孔性能,所以避免相互贯通就显得很重要.针对第一个问题,Yaghi 首先提出了通过构建一定的次级建筑块S BU s (Secondary Building Units )来提高结构的稳定性.这里的S BU s 是指由一些多齿配体与金属离子自组装而得到的小簇合物,这样的S BU s 往往具有特殊的配位数和几何构型,有足够的刚性来产生高强度的扩展网状结构.S BU s 的几何构型可通过设计加以改变,如S BU s 为三角形、平面四方形、四面体或八面体时得到的三维单元往往分别是SrSi 2、Nb O 、金刚石或立方网状型的结构[21].另外,通过调整S BU s 也可避免多孔材料结构的互穿性,所以设计合适的S BU s 对纳米多孔配位聚合物的合成至关重要.迄今为止,用来构建S BU s 的有机配体常有以下几类:(1)含氧原子的芳香羧酸类;(2)含氮原子的联吡啶类;(3)既含氮又含氧原子的吡啶羧酸类.所有这些配体都有一个共同的特点,即均为含有氧原子或氮原子的多齿配体.下面分别介绍由这三类配体产生的S BU s 而构建的多孔配位聚合物.1 芳香羧酸配体组装的多孔材料芳香羧酸化合物是组装纳米多孔材料最常用的配体,该类配体种类繁多,通过选择合适的配体可以人为控制孔道的大小和形状,广泛应用于构筑类分子筛型的纳米多孔配位聚合物.羧酸化合物本身具有2个特点:首先,羧基是常见的桥联配体,与金属离子有多种配位模式(如图1所示),容易产生结构的多样性;其次,根据去质子的程度,羧基本身可以同时作为氢键受体和给体.而芳香羧酸及其衍生物更具有独特的优势———具有严格的平面刚性结构,各羧基处于相同的化学环境.因此用芳香羧酸作为配体与金属离子自组装形成的纳米多孔配位聚合物往往具有很好的刚性和较高的热稳定性,常见的芳香羧酸配体有对苯二甲酸(BDC 为1,42benzenedicarboxylate )、均苯三酸(BTC 为1,3,52benzenetricarboxylate )和苯均四酸(BTEC 为1,2,4,52benzenetetracarboxylate )等.图1 羧基的配位方式Fig .1 The coordinati on modes of carboxylate 具有良好配位能力和几何对称性的对苯二甲酸类配体(BDC )常用于合成多孔配位聚合物.Yaghi小组在这方面做了出色的工作[22],他们利用刚性的BDC 桥联配体与Zn 2+离子自组装,成功地合成了以401南 京 工 业 大 学 学 报 第29卷 MOF 25(MOF 为Metal 2O rganic Fra me works )为代表的一系列具有比表面积高和热稳定性好的多孔材料.这些材料含有完全相同的S BU s (S BU s 为Zn 4O (CO 2)6,如图2a 所示),具有较大的孔道和良好的气体吸附性能,并且孔道的尺寸可通过改变芳香羧酸桥联配体的大小加以调节(如图2b 所示).MOF 25系列多孔材料中的S BU s 是八面体,配体之间是相互独立的,得到的3D 骨架结构是稳定的,如图2c 、图2d 所示.这种结构有利于气体的吸附,因为气体分子可以从各个不同的侧面与主体骨架结构发生作用.他们采用非弹性中子散射(I N S 为I nelas 2tic Neutr on Scattering )来判断H 2的键合点,发现H 2首先吸附在S BU s Zn 的部位,压力升高后H 2再与配体键合,而且不同的BDC 桥联配体表现出的中子衍射峰形、衍射强度和分裂方式也不同,因此,桥联配体的选择对这类纳米多孔材料的吸附性能具有很大的影响.MOF 25系列多孔材料具有制备简便、成本较低、产率高等优点,对这一系列多孔材料的比较研究发现,通过调节微孔的结构可以提高其对H 2的吸附性能,所以这类多孔材料在H 2储存方面将具有很好的应用前景.含3个羧基的均苯三甲酸(BT C )也用于多孔配位聚合物合成.1999年Chui 报道孔道直径为1nm的纳米多孔配位聚合物[Cu 3(BT C )2(H 2O )3]n [23],据其N 2吸附实验算出的比表面积为69212m 2/g,同时热质量分析证明该配合物具有较好的热稳定性(240℃).近来Q iu S L 小组报道了2个既具有手性结构又有荧光和吸附功能的多功能MO Fs:Zn 3(B TC )2(DM F )3(H 2O )・(DMF )(H 2O )和Cd 4(BT C )3(DMF )2(H 2O )2・6(H 2O )[24].它们的固态荧光激发峰分别在341nm 和319n m ,发射峰分别在410n m 和405nm.在室温下它们又表现出对H 2O 、CH 3OH 和CH 3CH 2OH 的吸附能力,对H 2O 的吸附更是分别达到了169mg/g 和126mg/g.图2 MOF 25的结构Fig .2 Structures of MOF 25 Yaghi 小组利用1,3,5,72金刚烷四甲酸(AT C 为1,3,5,72ada mantane tetracarboxylate )与Cu 2+自组装得到配位聚合物[Cu 2(AT C )・6H 2O ](MOF 211),其S BU s 为[Cu 2(C O 2)4],每个金刚烷和4个S BU s 方环相连接使该配位聚合物具有PtS 的拓扑结构[25].热质量分析发现,当温度升高到120℃时,MOF 211质量损501 第3期朱敦如等:纳米多孔配位聚合物的研究进展失1911%,相当于每个结构单元失去5182个H 2O;当温度升至260℃,MOF 211的质量才再次减少,表明了该多孔材料具有较高的热稳定性.根据N 2吸附实验的数据,可算出无水MOF 211的比表面积为560m 2/g .通过调整S BUs,Yaghi 小组成功地合成了无结构互穿的多孔材料{[Zn 3(OH )2(bpdc )2]・4DEF ・2H 2O}n (MOF 269A )(bpdc 为4,4′2联苯二甲酸,DEF 为N ,N ′2二乙基甲酰胺)[26].MOF 269A 的三维结构中包含一维无限的Zn 2O 2C (S BU s )(如图3a 所示),通过Zn 2O 之间的连接(S BU s 内)和4,4′2联苯二甲酸的连接(S BU s 之间的)构成了一个没有相互贯穿的多孔结构(如图3b 所示),该结构类似于Sr A l 2中放大的A l 网结构.在这个结构中,S BU s 内的4,4′2联苯二甲酸之间的距离很短(015839n m 或016237n m ),而且4,4′2联苯二甲酸的苯环与相邻苯环上的H 存在CH 2π相互作用,形成严密的“墙”,这个“墙”的存在使结构单元之间无法发生贯穿;另外S BU s 之间沿[110]方向的距离比较长(110069n m ),这是孔道得以形成的原因.所以这两个距离对形成无相互贯穿的网状结构很重要.也就是说由于没有有效的层上窗口的存在,MOF 269A 的3D 结构无法产生相互贯穿的现象,这种设计思想对于合成无结构互穿的多孔材料具有很好的借鉴意义.图3 [Zn 3(O H)2(bpdc)2]・4D EF ・2H 2O (MO F 269A)的晶体结构Fig .3 The crystal structure of [Zn 3(OH )2(bpdc )2]・4DEF ・2H 2O (MOF 269A ) 芳香羧酸组装的多孔材料具有更优于传统多孔材料的特异性能(如比表面积大、热稳定性高和储氢能力好).如MOF 系列的多孔配位聚合物都具有极大的比表面积(2500～3000m 2/g )和较高的热稳定性(300～400℃),而传统的无序结构的碳材料的最大比表面积是2030m 2/g,有序结构的沸石的最大表面积是904m 2/g .迄今为止,多孔材料中比表面积最大的是[Zn 4O (BT B )2](BT B 为1,3,52benzene 2tribenz oate,MOF 2177)[27],约为4500m 2/g,是目前报道的最轻的晶体材料(密度仅为0121g/c m 3).多孔配位聚合物[Zn (tbi p )](tbi p 为52tert 2butylis ophthalate )则具有很好的热稳定性(分解温度为420℃)[28].吸附实验结果表明,多孔材料MOF 25在78K 和018×105Pa 压力下能吸收w (H 2)为415%,相当于每个结构单元吸收1712个H 2分子;而在室温和2×106Pa 下,可吸收w (H 2)为110%且并未达到饱和,表明该材料在储氢方面还具有很大的潜力.应用某些柔性的脂肪羧酸如琥珀酸、1,42环己二酸作配体与金属离子自组装也可得到多孔材料[29-30].但与刚性的芳香羧酸配体相比,用这些柔性配体合成的多孔材料的孔道较小且其热稳定性也不高,在应用上受到一定的限制.2 联吡啶配体组装的多孔材料含氮的吡啶及其衍生物也是合成纳米多孔材料常用的配体,其中研究最多的是4,4′2联吡啶(4,4′2bpy )及其衍生物.例如,在1994年,Fujita 等[17]用4,4′2bpy 与Cd 2+自组装获得了一个2D 的方格状配位聚合物{[Cd (4,4′2bpy )2(H 2O )2](NO 3)2}n ,其结构并未发生相互贯穿的现象(如图4所示),该多孔材料的孔道可用于物质分离和某些催化反应.601南 京 工 业 大 学 学 报 第29卷 图4 {[Cd(4,4′2bpy)2(H 2O )2](NO 3)2}n 的结构Fig .4 Structures of {[Cd (4,4’2bpy )2(H 2O )2](NO 3)2}n 用4,4′2联吡啶的衍生物42py 2X 2py 24′(X 为CH 2—CH 2,CH C ,C ≡C )与金属离子自组装也能合成纳米多孔配位聚合物[31-33],但由于这些配体只比4,4′2bpy 长了不到012n m ,故其产生的多孔材料的孔道并没有增大很多.2000年,Fujita 小组[34]又报道了一个无结构互穿的方格网状多孔配位聚合物{[N i L 2(NO 3)2]4・(o 2xylene )}n (o 2xylene 为邻二甲苯,如图5所示),其中配体L 为4,4′2二(42吡啶基)联苯,比4,4′2bpy 长了0185n m.该多孔材料的孔道尺寸为1199×2100nm ,每个孔穴里包含了6个邻二甲苯分子,其中有2个邻二甲苯分子是和方孔所在的平面相平行的,被完全包含在方孔中,而另外的4个邻二甲苯分子是和方孔平面垂直且部分露出了方孔.由于方孔结构的叠加作用,形成了大的矩形孔道(约110×210nm ).该多孔材料的热质量分析表明,在70～150℃的范围内孔道中的客体分子(邻二甲苯)被释放,而脱除客体分子后的主体结构在温度升到300℃前并没有发生本质的变化,原有的孔道得以保留,说明了该多孔材料具有很好的结构稳定性.图5 {[N i L 2(NO 3)2]4・(o 2xylene)}n 的晶体结构Fig .5 The crystal structure of {[N i L 2(NO 3)2]4・(o 2xylene )}n 4,4′2联吡啶与Cu 2+离子有多种方式的组装,如在配位聚合物[Cu (4,4′2bpy )(H 2O )2(Cl O 4)2][35]中,4,4′2bpy 与Cu 2+离子先组装成线型大分子,又通过氢键(H 2O 、Cl O -4和4,4′2bpy 之间)连接进一步形成复杂的3D 网状结构,该聚合物还具有较好的磁性.而在配位聚合物[Cu (4,4′2bpy )115・(NO 3)(H 2O )1125][36]中,4,4′2bpy 与Cu 2+离子组装成具有六重互穿结构的3D网状多孔材料,其孔道被客体小分子(NO 3-和H 2O )占据.4,4′2bpy 也能与Ag +盐形成配位聚合物,如在配位聚合物[Ag (4,4′2bpy )]・NO 3[37]中,2个4,4′2bpy 与1个Ag +离子配位呈T 型结构,并通过4,4′2701 第3期朱敦如等:纳米多孔配位聚合物的研究进展bpy 形成一条长链,各长链之间又通过弱Ag —Ag 键相连形成3D 孔洞结构的材料.在这些材料中,氢键和π2π堆积作用对构筑多维拓扑结构起了至关重要的作用.3 吡啶羧酸配体组装的多孔材料吡啶羧酸类化合物既含有氮杂环又有羧基官能团,是典型的多功能配体,可以与不同的金属离子组装成结构新颖的多孔材料[38-40].最常见吡啶羧酸类配体是烟酸、异烟酸及其衍生物如图6所示.图6 常见的吡啶羧酸类配体Fig .6 Exa mp les of carboxylate acid ligands with pyridyl gr oupLu 等[39]利用异烟酸和Cu (NO 3)2・2.5H 2O 水热法合成了{[Cu 2(I N )4・3H 2O ]・[Cu 2(I N )4・2H 2O ]}・3H 2O 、{[Cu (I N )2]・2H 2O}(I N 为Is onicotinate )等多个铜配合物.在{[Cu 2(I N )4・3H 2O ]・[Cu 2(I N )4・2H 2O ]}・3H 2O 中结构发生了相互贯穿,并没有得到真正意义上的孔道结构;而{[Cu (I N )2]・2H 2O }则是螺旋状的3D 开放孔道结构,Cu 2+离子为五配位的四方锥,在赤道平面上4个I N 配体中的两个通过吡啶基、另2个用羧基分别与Cu 配位,而另一个配体I N 通过羧基与Cu 在椎体的顶端配位(如图7(a )所示),每个Cu 2+离子和5个双齿配体I N 形成了螺旋状的孔道(如图7(b )所示).该配合物在包含客体分子后体积膨胀率大于8%,且其结构在大于300℃时才发生破坏,表现出较高的热稳定性和体积膨胀率. Bu 等[40]利用92吖啶酸(Lad 为acridinic acid )和Cu (NO 3)2・3H 2O 合成了一例结构新颖的三维配合物[Cu 2(μ22OCH 3)2(Lad )2・(H 2O )0.69]n .该配合物具有罕见的螺旋形一维孔道,是首例具有NbO 型的互穿网络结构.2个Cu 2+通过2个CH 3OH 的氧桥连形成一个双核的S BU s:Cu 2(OCH 3)2,每个S BU s 又通过4个配体(Lad )桥连另外4个S BU s,如图8(a )所示.最终形成了三维的骨架结构,并且结构单元之间发生了相互贯穿形成了孔径为0153nm 的一维孔道,如图8(b )所示.图7 {[Cu(I N)2]・2H 2O }的晶体结构Fig .7 The crystal structures of {[Cu (I N )2]・2H 2O} 值得一提的是,虽然吡啶羧酸类配体因同时含有配位原子N 和O,使其配合物的结构更具有多样性,也常能获得一些非常新颖的结构.但是复杂多变的配位环境也使配合物的结构设计和合成更为困难.4 结 论上述三类多孔配位聚合物中,第一类材料制备最简单,可以由金属离子和有机羧酸配体经组装直接获得,所得材料的稳定性高、孔径大、比表面积高,801南 京 工 业 大 学 学 报 第29卷 (a)局部配位结构(b)二重互穿网络的空间填充图8 [Cu2(μ22OCH3)2(Lad)2・(H2O)0169]n的局部配位结构和空间填充图Fig.8 The l ocal coordinati on geometry and s pace2filling diagra m of[Cu2(μ22OCH3)2(Lad)2・(H2O)0169]n.是最具应用前景的多孔材料.到目前为止,能用来合成纳米多孔配位聚合物的配体远不止上述3种,还有其他种类,如用咪唑或甲基咪唑为配体可合成类沸石结构的多孔材料[41]、用乌洛托品[(CH2)6N4]为配体构建的多孔材料[42]、用旋光性的奎宁为配体构建的类沸石结构的多孔材料[43]等.在应用方面,多孔材料可用于传感器、催化剂、吸附分离、气体储存、过滤等.如MOF25可用作烷氧基化氧化剂,又可储存甲烷与氢气.目前的主要热点是寻找具有优异储氢性能的多孔材料[44]和具有光、电、磁多种功能的多孔材料[45].可以预测,随着对纳米多孔配位聚合物结构和性能的深入研究,以及结构与性能之间规律的进一步发现,科学家必将优化构筑功能纳米多孔配位聚合物的各项指标,在不久的将来开发出具有广泛应用价值的新型功能多孔材料.参考文献:[1] EddaoudiM,O′Keeffe M,Yaghi O M,et al.Modular che m is2try:secondary building units as a basis f or the design of highlypor ous and r obust metal2organic carboxylate fra me works[J].AccChe m Res,2001,34(4):319-330.[2] Evans O R,L in W.Crystal engineering of NLO materials basedon metal2organic coordinati on net w orks[J].Acc Che m Res,2002,35(7):511-522.[3] Ki m K.Mechanically interl ocked molecules incor porating cucurb2ituril and their sup ra molecular asse mblies[J].Che m Soc Rev,2002,31(2):96-107.[4] Yaghi O M,O′Keeffe M,EddaoudiM,et al.Reticular synthesisand the design of ne w materials[J].Nature,2003,423(6941):705-714.[5] Ja mes S L.Metal2organic fra me works[J].Che m Soc Rev,2003,32(5):276-288.[6] Rowsell J L C,M ill w ard A R,YaghiO M,et al.Hydr ogen s or p2ti on in functi onalized metal2organic fra me works[J].J Am Che mSoc,2004,126(18):5666-5667.[7] Dybstev D N,Chun H,Ki m K.R igid and flexible:A highlypor ous metal2organic fra mework with unusual guest2dependent dy2na m ic behavi or[J].Ange w Che m I nt Ed,2004,43(38):5033-5036.[8] Pan L,SanderM B,Johns on J K,et al.M icr opor ous metal or2ganic materials:p r om ising candidates as s orbents for hydr ogenst orage[J].J Am Che m Soc,2004,126(5):1308-1309. 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第2章 纳米材料
• 1. 比表面积的增加
• 比表面积常用总表面积与质量或总体积的比值 表示。质量比表面积、体积比表面积
• 当颗粒细化时，粒子逐渐减小，总表面积急剧 增大，比表面积相应的也急剧加大。
•如：把边长为1cm的立方体逐渐分割减小的立方体， 总表面积将明显增加。
边长
1 cm 10-5 cm (100 nm) 10-6 cm (10 nm) 10-7 cm (1 nm)
• 从几何形态上可以分为： （1）纳米块状材料——纳米陶瓷、 （2）纳米薄膜材料 （3）纳米纤维材料
• 纳米相材料、纳米复合材料
主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5纳米颗粒所构成的固 体每立方厘米将含1019个晶界，原子的扩散系数要比大块材 料高1014～1016倍，从而使得纳米材料具有高韧性。
第5章将专门介绍这部分内容
• 按化学组成，可分为：纳米金属、纳米陶瓷、纳 米高分子、纳米复合材料等。
• 按物性：纳米半导体、纳米磁性材料、纳米光学 材、纳米铁电材料等等。
• 纳米材料：组成相或晶粒结构的尺寸在1-100 nm 范围的具有特殊功能的材料
• 包含了三个层次：纳米微粒、 纳米固体、 纳米组装体系。
2.1 纳米材料的分类
第2章 纳米材料
2.1 纳米材料的分类
• 纳米材料：组成相或晶粒结构的尺寸在1-100 nm 范围的具有特殊功能的材料
• 按维数，纳米材料的基本单元可以分为：
零维：纳米颗粒(nanoparticle)、原子团簇（atom cluster） 一维：纳米线(nanowire)、纳米棒(nanorod)、纳米 管(nanotube)； 二维：超薄膜(thin film)、纳米片、超晶格 (superlattice)
• 在T和P组成恒定时，可逆地使表面积增加dA 所需的功叫表面功。
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