纳米材料的电学性质
纳米材料基础-电学性质
纳米材料的电学性质从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在０.１微米以下（注１米＝１００厘米，１厘米＝１００００微米，１微米＝１０００纳米，１纳米＝１０埃），即１００纳米以下。
因此，颗粒尺寸在１～１００纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。
纳米金属材料是２０世纪８０年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。
纳米级结构材料简称为纳米材料(nanomaterial)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。
由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。
并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)组成。
纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。
其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。
本文主要讲述纳米材料的电学性质。
纳米材料的电学性质主要从两个方面讲述：导电性，电荷载流子是电子和阴离子，阳离子，以及电子空穴。
节点性，绝缘体（电介质），在外电场作用下内部电场不为零，正负电荷分布的中心分离，产生点偶极矩，即发生电极化。
量子点和纳米材料
量子点和纳米材料随着科技的不断发展，量子点和纳米材料逐渐走入了人们的视野。
这两种材料具有独特的物理和化学性质，对于现代科学、技术和工业领域都有着重要的应用。
本文将对量子点和纳米材料的定义、特性以及应用进行详细的介绍。
一、量子点量子点是一种纳米尺寸的半导体材料，其尺寸在1到100纳米之间。
量子点的尺寸几乎与其内部电子结构无关，而主要受到其几何形状的限制。
由于量子效应的存在，量子点的电子能级是离散的，而不是连续的。
这种尺寸效应赋予了量子点独特的光学和电学性质。
量子点的光学性质主要体现在其对光的吸收和发射上。
由于电子能级的离散性，量子点的能带宽度变窄，使其能够吸收和发射特定波长的光。
这种特性使得量子点能够用于LED显示器、太阳能电池和荧光标记等领域。
此外，量子点还具有优异的电学性质。
量子点的载流子通量和载流子迁移速率高于传统的半导体材料，使其在光电器件、传感器和太阳能光伏等方面具有广泛的应用潜力。
二、纳米材料纳米材料是指具有纳米尺度（1到100纳米）的尺寸特征的材料。
纳米尺度的几何限制和表面效应导致纳米材料具有与其宏观对应物性质迥异的性能。
纳米材料可以分为无机纳米材料和有机纳米材料两类。
1. 无机纳米材料无机纳米材料主要包括纳米金属、纳米氧化物、纳米半导体等。
这些材料具有较大的比表面积、较短的空气扩散距离和高的活性，使其在催化、传感、能量储存等领域具有广泛的应用。
纳米金属材料的表面电子结构往往与其宏观对应物不同，导致其光学、电学和化学性质发生变化。
纳米金属粉末由于其较大的比表面积和较小的粒径，展现出优异的催化性能，可用于氢能源、汽车尾气净化和化学催化等领域。
纳米氧化物材料具有较高的比表面积和较短的扩散距离，使其在传感和催化领域表现出独特的性能。
纳米氧化物材料可以应用于环境监测、智能传感器和水处理等方面。
2. 有机纳米材料有机纳米材料是一类由有机分子自组装形成的纳米结构。
这些材料具有良好的可溶性、可加工性和机械柔韧性，广泛应用于柔性电子器件、生物传感器和光电器件等领域。
尺寸效应对纳米材料性能影响分析
尺寸效应对纳米材料性能影响分析纳米材料是指具有一定尺寸范围内的纳米级微观结构的材料，其尺寸效应对其性能具有显著影响，并表现出与传统材料不同的物理、化学和力学性质。
本文将详细分析尺寸效应对纳米材料性能的影响，并探讨其潜在应用前景。
首先，尺寸效应对纳米材料的能带结构和电学性质产生重大影响。
在纳米尺寸下，电子波长与纳米粒子尺寸相当，导致电子的量子限制效应显著增强。
量子尺寸效应使得纳米材料的能带结构变得离散化，能级间隔增大，而带隙缩小，从而改变了电子的传输行为。
这种尺寸效应通常导致纳米材料的导电性能增强，电子迁移率提高，从而使纳米材料在电子器件中具有更高的导电性能和更低的功耗。
其次，尺寸效应对纳米材料的热学性质产生显著影响。
纳米材料因其较大的表面积与体积比，导致更多的表面原子参与热传导过程，从而使得纳米材料的热导率降低。
此外，尺寸效应还使得纳米材料的晶格畸变增加，使得纳米材料的热膨胀系数增大。
这些因素导致纳米材料的热稳定性下降，热膨胀性增强，并在一定程度上限制了纳米材料在高温环境中的应用。
再次，尺寸效应对纳米材料的力学性能也有重要影响。
纳米材料的尺寸效应导致其晶粒尺寸减小，晶界面相对增多。
这些晶界界面作为位错和缺陷的集聚区域，对纳米材料的强度和塑性起到了显著影响。
晶界强化效应使得纳米材料的硬度显著增加，同时使其具有更高的韧性。
此外，纳米材料的位错密度由于尺寸效应而减小，导致其塑性变形能力下降。
这种尺寸效应通常限制了纳米材料在高温和高应力环境中的应用。
最后，尺寸效应对纳米材料的光学性质也产生显著影响。
在纳米尺寸下，纳米材料表面电子与光相互作用增强，使得纳米材料表面等离子共振频率发生改变。
这种尺寸效应导致纳米材料在可见光范围内具有较高的吸收和散射率，从而拥有更强的光学响应。
这种尺寸效应被广泛应用于纳米颗粒的制备、纳米传感器的设计以及生物医学领域的应用。
总之，尺寸效应对纳米材料的性能具有重要影响。
通过调控纳米材料的尺寸，可以实现纳米材料性能的可控调节，为纳米材料的应用提供了潜在可能。
碳纳米管的性质与应用
碳纳米管的性质与应用碳纳米管是一种研究热点，同时也是一种具有广泛应用前景的纳米材料。
碳纳米管具有很多优异的性质，例如高度的机械强度、热导率、光学性质和电学性质等，这些性质使得碳纳米管在各领域中得到了广泛的关注和研究。
本文将从性质和应用两方面来探讨碳纳米管的特点。
一、碳纳米管的性质1. 机械性质碳纳米管具有非常高的机械强度，这是由于其形成时的晶格缺陷极少，且由碳原子构成的共价键是相当强的。
研究表明，碳纳米管的强度可以达到200GPa以上，因此在强度要求高的场合，例如航天航空领域、材料制造业及求医领域等等，碳纳米管都有广泛的应用。
2. 热学性质碳纳米管具有良好的热传导性质，由于它们的长度是大于直径的，因此导热主要沿着管轴方向，这种长程导热机制使得碳纳米管的热导率非常高，可以高达3000W/mK。
同时，其能够承受极高的温度，可以长期工作在1000℃以上的高温环境中，故在制造高精度、高稳定性元器件，以及制造高温传感器方面都有广泛应用。
3. 光学性质碳纳米管具有优良的光学性质，具有很高的吸收能力和强烈的荧光特性。
碳纳米管的宽带能使其吸收并辐射出不同波长的光，因此在生命科学、光电器件等领域得到广泛的应用。
4. 电学性质碳纳米管是一种非常具有潜力的电子材料，具有半导体和金属的特性。
这种双重的特性，使得碳纳米管可用于制造场效应晶体管、电化学电容器、电化学传感器等，同时，在信息技术、存储技术、生物医学等领域，碳纳米管也有着广泛的应用。
二、碳纳米管的应用1. 生物医学碳纳米管在生物医学中的应用非常广泛，主要包括药物传递、成像、生物分析及治疗等方面。
碳纳米管的生物相容性好，特异性高，可以将药物包载于碳纳米管表面，通过靶向技术将药物输送至受体细胞表面，从而达到治疗的目的。
此外，碳纳米管还能用于医学检测成像，如：磁共振成像、X射线成像、核酸检测等疾病诊断。
2. 能源材料由于碳纳米管的高热传导、高机械强度、高表面积和优质导体性质，使得碳纳米管可以用于电化学能源存储、传感及转换。
17 纳米材料的性质
• 2. 表面原子数的增加 • 由于粒子尺寸减小时，表面积增大，使处于表 面的原子数也急剧增加．
对于密堆积的纳米 微粒，壳层的原子 数可以表示为：
10n2 2
n 为壳层数。 第一层：1+12=13 第二层：13+42=55 第三层：55+92=147
表面原子数占全部原子数的比例和粒径之间的关系
量子尺寸效应与态叠加
• 所以量子尺寸效应其实不是粒子尺寸决定的，而 是数目决定的，是当组成微粒的原子数目从10 数 量级减小到10 ～10 时，量变引起了质变，导致 纳米微粒的热、电、磁、光、声以及超导电性与 宏观特性有显著不同，粒子显现出多种特异的物 理性质。称量子尺寸效应。有人又称纳米微粒为 “超微粒子”，“超微”含义并非是单纯尺寸比 微米小，当固体颗粒尺寸逐渐减小到一定程度发 生质变，即它的物理化学性质发生突变，出现与 大块宏观物质有明显差异才是“超”的真正含义。
• 4、表面效应及其结果 • 纳米粒子的表面原子所处的位场环境及结合能 与内部原子有所不同。 • 存在许多悬空键，配位严重不足，具有不饱和 性质，因而极易与其它原子结合而趋于稳定。 • 所以具有很高的化学活性。
表面效应的主要影响：
1、表面化学反应活性 2、催化活性 3、纳米材料的稳定性 4、铁磁质的居里温度降低 5、熔点降低 6、烧结温度降低 7、晶化温度降低 8、纳米材料的超塑性和超延展性 9、介电材料的高介电常数 10、吸收光谱的红移现象
纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面 原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增 大后所引起的性质上的变化 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 (G代表质量，m2/g) Sg S / G
等离子体纳米材料定义
等离子体纳米材料定义等离子体纳米材料定义等离子体纳米材料是指由等离子体作用形成的，尺寸在1~100纳米范围内的纳米材料。
等离子体是一种高能粒子或光子与物质相互作用后所产生的电离气体，具有高温、高压、高密度、高能量等特点。
在这种条件下，物质原子或分子被激发成为带电粒子，形成了一种新的物态——等离子体。
制备方法目前制备等离子体纳米材料的方法主要有以下几种：1. 等离子体溅射法：将靶材置于真空室中，通过加热或电弧放电使靶材表面产生等离子体，并利用惰性气体将靶材表面溅射成粒径在几纳米至十几纳米之间的纳米颗粒。
2. 等离子体聚合法：将单一或多种气态前驱物引入反应室中，在激励下形成等离子体，并通过化学反应将前驱物转化为纳米颗粒。
3. 等离子体切割法：利用激光等离子体切割技术，在金属表面形成纳米结构。
性质与应用等离子体纳米材料具有以下几种特殊的性质：1. 光学性质：等离子体纳米材料具有表面等离子共振现象，能够吸收、散射和放大光信号，因此在光学传感器、生物成像和太阳能电池等领域有广泛应用。
2. 电学性质：等离子体纳米材料具有高导电率和高介电常数，可用于导电膜、超级电容器、电磁屏蔽和微波吸收等领域。
3. 磁学性质：通过控制制备条件，可以使等离子体纳米材料呈现出不同的磁性行为，如铁磁、反铁磁和顺磁。
这些特殊的磁性行为使得其在数据存储、医学诊断和治疗等领域有重要应用。
4. 化学性质：由于其表面活性位点丰富，等离子体纳米材料可用于催化剂、气敏传感器和环境污染治理等领域。
总之，等离子体纳米材料具有独特的物理、化学和生物学性质，是一种具有广泛应用前景的新型纳米材料。
随着制备技术的不断发展和完善，其应用领域将会更加广泛。
纳米材料的电学性质研究及应用
纳米材料的电学性质研究及应用纳米材料是一种新型材料，因其特殊的尺寸效应和表面效应，具有与宏观尺寸材料不同的物理、化学和电学性质。
在过去的几十年中，纳米材料的研究和应用已经取得了长足的进展。
其中，纳米材料的电学性质研究及应用是一个重要的研究方向。
一、纳米材料的电学性质研究纳米材料的电学性质与其尺寸和形貌密切相关，主要体现在电阻率、电导率、介电常数、电荷密度等方面。
1. 电阻率随着材料尺寸的不断减小，纳米材料中电子与原子间的散射减少，导致电子传输的流动路径减短，使电阻率降低。
同时，纳米材料还存在量子尺寸效应和界面效应等因素，使其电阻率表现出复杂的尺寸依赖性。
例如，在纯银的纳米线中，当直径小于50nm时，电阻率随直径增加而降低，但当直径小于10nm时，电阻率开始升高。
2. 电导率纳米材料的电导率与电阻率有相似的尺寸依赖性。
当材料尺寸减小到一定大小时，电导率会发生突变。
这是因为纳米材料中的电子受到晶格的限制，不再能够自由运动，从而阻碍了电子的导电。
3. 介电常数介电常数主要与材料的极化和导电性质有关。
随着尺寸的减小，纳米材料中电子的极化效应和界面效应越来越明显，从而导致介电常数的改变。
例如，在氧化锌的纳米晶体中，当粒径小于50nm时，介电常数会出现明显增加。
4. 电荷密度纳米材料的电荷密度与其表面形貌和化学成分有关。
在纳米颗粒表面，由于分子结构的改变和表面能的变化，通常会出现电子传输发生和化学反应发生的巨大变化。
以上是纳米材料电学性质的主要特征，而在实际应用中，更多的是关注纳米材料的电学性质所带来的一系列重要应用。
二、纳米材料的电学性质应用纳米材料的电学性质研究为其应用提供了重要的理论基础，同时也使得其应用领域更加广泛。
1. 生物医学纳米材料的电学性质具有较高的生物相容性和生物可降解性，可以在生物医学领域中应用。
例如，利用吸附纳米颗粒的特殊表面性质，可以研制出用于医学影像学和肿瘤治疗的纳米颗粒。
2. 能源存储纳米材料的电学性质能够提高电化学能量储存和释放的效率，因此在能源存储领域中有重要应用。
纳米材料有哪四个特性
纳米材料有哪四个特性纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1nm~100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。
这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。
纳米材料的基本特性由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。
纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面原子占相当大的比例。
随着粒径减小，表面原子数迅速增加。
这是由于粒径小，表面积急剧变大所致。
由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。
例如：金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒空子暴露在空气中会吸附并与气体进行反应。
纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
随着粒径变小，表面原子所占百分数将会显著增加。
当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子表面。
由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。
2、小尺寸效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等待性呈现新的小尺寸效应。
例如：光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态向磁无序态的转变；超导相向正常相的转变；声子谱发生改变等由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
讲课内容——第九章纳米材料的电学性质所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。
由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。
科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。
1、力学性质高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。
具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。
纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。
2、热学性质纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。
因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。
例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。
3、电学性质由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。
利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。
2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。
并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。
随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
4、磁学性质当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。
目前巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到1.71Gb/cm2。
同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。
高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。
纳米材料的电学性能及应用介电特性是材料的重要性能之一,当材料处于交变电场下,材料内部会发生极化,这种极化过程对交变电场有一个滞后响应时间,即弛豫时间。
弛豫时间长,则会产生较大的介电损耗。
纳米材料的微粒尺寸对介电常数和介电损耗有很大影响,介电常数与交变电场的频率也有密切关系。
例如纳米TiO2在频率不太高的电场作用下,介电常数是随粒径增大而增大,达到最大值后下降,出现介电常数最大值时的粒径为1718nm。
一般讲,纳米材料比块体材料的介电常数要大,介电常数大的材料可以应用于制造大容量电容器,或者说在相同电容量下可减小体积,这对电子设备的小型化来讲很有用。
单电子晶体管是诱人的纳米微粒电学性能的体现。
在这里,首先简单介绍一下量子隧道效应和库仑堵塞。
在电学里,导电是电子在导体内运动的表现,如果两个纳米微粒不相连,那么电子从一个微粒运动到另一个微粒就会象穿越隧道一样,若电子的隧道穿越是一个一个发生的,则在电压电流关系图上表出台阶曲线,这就是量子隧道效应。
如果两个纳米微粒的尺寸小到一定程度,它们之间的电容也会小到一定程度,以至于电子不能集体传输,只能一个一个单电子传输,这种不能集体传输电子的行为称之为库仑堵塞。
当纳米微粒的尺寸为1nm时,可以在室温下观察到量子隧道效应和库仑堵塞,当纳米微粒的尺寸在十几纳米范围时,观察这些现象必需在极低温度下,例如-196℃以下。
利用量子隧道效应和库仑堵塞,就可研究纳米电子器件,其中单电子晶体管是重要的研究课题。
图1是单电子晶体管的结构示意图,其中画斜线的部分是连接库仑岛与金属引线的隧道结,库仑岛是半导体纳米微粒或金属纳米微粒,在两端的金属引线上加入电压,输送电子和接收电子的两个电极分别作为“源”和“漏”,电子从“源”到“漏”是单电子隧穿过程和库仑堵塞过程,库仑岛的一侧有另一个电极,称之为“栅”或“门”,“栅”或“门”电极起控制作用图1 单电子晶体管结构示意图由于单电子晶体管耗电极小,体积也极小,可以使大规模集成电路的集成度呈几个数量级地提高,这将会引起新世纪里电子设备的重大变革。
单电子晶体管“库仑岛”上存在或失去一个电子的状态变化可以作为高密度信息存储的记忆单元,为高密度信息存储开辟了一条新的道路。
2001年2月,德国科研机构报道了利用单个电子作为纳米电路开关的研究取得初步进展。
现行的普通硅芯片半导体电路中,微晶体二极管通过电路的接通和断开代表二进制中的“1”和“0”,实现这样一个过程大约需几万个电子。
而德国科学家在研究中发现,由55个Au原子在平面分布形成的“纳米簇”可达到同样的功能,而且实现电路的接通和断开只需要一个电子。
这一项目的研究者之一、埃森大学施密特教授认为,单电子纳米开关电路有可能成为未来更小更精确和耗能更低的芯片的基础,目前全世界计算机超过1亿台,如果以每台消耗功率100W估算,那么仅为计算机供电就需要10GW电量,如果单电子纳米开关电路成为芯片的生产标准,仅在电能消耗上就可以至少降到目前的万分之一,更不用说单电子开关在速度和准确性上的优势。
存在于超晶格材料中的量子阱给超晶格半导体薄膜带来特殊的电学性能,某一能量的电子在周期性结构中运动会具有最大的隧穿几率,利用此特性可制成双极型晶体管、高电子迁移率晶体管等。
另一方面,在一定条件下电子的迁移可以使电子的能量发生转换,若电子能量转换为光子发射,由此可设计出量子阱激光器。
纳米电子器件的研究成为国际上纳米电子学研究的热点,关于单电子晶体管研究的报道接连不断，它的基本结构是纳米隧道结,利用“栅”电极控制“源”和“漏”两个电极之间的位垒高度,也就控制了这两个电极之间的隧穿电流。
德国科学家和美国IBM公司的科学家在2001年初报道用碳纳米管制备纳米晶体管,其结构如图2所示,他们先在硅基底上氧化出一层绝缘的SiO2,在SiO2上制备金电极,然后把碳纳米管分散在SiO2上,再用原子力显微镜(AFM)的针尖搬动碳纳米管,使碳纳米管处于两个金电极之间,在两个金电极上加电压,同时硅基底上加控制电压作为栅电极,这个栅电极经隧道场效应作用于碳纳米管,他们在低温4.2K下测量了由栅电极控制的源和漏之间的I2U关系曲线,表现出很好的晶体三极管放大特性。
荷兰台尔福特大学应用物理系的Dekker实验室在近几年发表了很多篇高水平的论文,先是低温下测量了碳纳米管的三极管放大效应。
现在已研究成功了室温下的单电子晶体管。
他们把长几百纳米的金属型单壁碳纳米管放在Si/SiO2基底上,用AFM针尖驱动碳纳米管产生一个弯曲,见图3(a),然后再在距这个弯曲点约25nm的地方向相反的方向构造另一个弯曲(见图3(b));这两个相反方向的弯曲组成一个碳纳米管的弯曲结(见图3(c)),放大的弯曲结如图3(d)所示。
通过测试栅电极对碳纳米管导电性的影响,发现在室温下,无弯曲结时,栅电极不起控制作用,而有弯曲结时,栅电极对碳纳米管的导电性起到控制作用,这就是新型的室温单电子晶体管。
历史的车轮把人类从混饨初开的时代带入到一个新的千年,蒸汽机的发明给人类带来了巨大的动力,把农业经济推向了工业经济,电的发明又一次给人类带来了重大的社会变革,到了上个世纪末,人类进入了信息时代。
纳米科学与技术带来了新的发展领域,前途无限广阔。
纳米材料正日新月异地被研究出来,它们的神奇性能正在被开发,我国在纳米材料的若干方面的研究已取得了很出色的成果。
听课的内容——纳米半导体光催化技术—苗慧，刘锦华主要内容一、简介•纳米纳米——10-9米，由于颗粒尺寸的微细化，使得纳米材料具有块状材料所不具备的独特性质，如比表面积大大增大，吸附能力大大增强。
•半导体半导体——常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，具有热敏、光敏等特性。
半导体的能带结构半导体存在一系列的满带，最下面的满带成为价带（valence band，VB）；存在一系列的空带，最上面的空带称为导带（conduction band，CB）；价带和导带之间为禁带。
当用能量等于或大于禁带宽度（Eg）的光照射时，半导体价带上的电子可被激发跃迁到导带，同时在价带上产生相应的空穴，这样就在半导体内部生成电子（e-）－空穴（h+）对。
为了形象地说明电子空穴对，利用生活中常见的石榴来比喻：石榴籽：光致电子石榴籽留下的空洞：光致空穴光致电子：存在于导带中。
光致空穴：存在于价带中。
二者有复合的趋势，即在持续的光照射下，光子不断的轰击价带，导致光致电子和光致空穴不断产生，该分离过程以纳秒计算，然后，光致电子重新回到光致空穴中，二者复合。
•光催化光催化于1967年被当时还是东京大学研究生的藤岛昭教授发现。
在一次试验中对放入水中的氧化钛单晶进行了紫外灯照射，结果发现水被分解成了氧和氢。
这一效果作为“本多·藤岛效果”（Honda-Fujishima Effect）而闻名于世，该名称组合了藤岛教授和当时他的指导教师----东京大学校长本多健一的名字。
1976 年，John.H.Carey报道了TiO2光催化氧化法用于污水中PCB 化合物脱氯去毒的成功结果后，自从那时起，针对光催化技术，学术界围绕太阳能利用、光催化降解有机物等展开了多方面的研究。
1985年，Mutsunaga等发现在金属卤灯发出的近紫外光照射下，TiO2 - Pt电极具用杀菌效果，这一发现开创了用光催化方法杀菌消毒的先河。
因其具备良好的耐候性、耐化学腐蚀性、抗紫外线能力强、透明性优异等特点，被广泛应用于汽车、感光材料、光催化剂、化妆品、食品包装材料、陶瓷添加剂、气体传感器及电子材料等。
我国的光催化研究起步于上世纪90年代，现在正在蓬勃发展；国家环境光催化工程技术研究中心，位于福州大学内，付贤智院士领衔，是我国目前光催化领域中规模最大、科研实验条件最好、在国内外光催化领域具有重要影响的研究机构。
中科院化学所光化学重点实验室，赵进才院士领衔，致力于可见光下有毒有机污染物催化降解，取得重要成果，在国内外具有广泛影响。
南京大学长江学者特聘教授邹志刚教授，973计划“光催化材料及其应用的基础研究”的首席科学家，首次实现了可见光催化光解水制氢(Nature 414，625，2001)。