纳米材料和纳米结构的性能与应用基础
材料科学中的纳米结构与性能
材料科学中的纳米结构与性能材料科学是一门研究各种材料物质运用、改变、塑造等方面的科学，涵盖了广泛的领域，而其中的纳米结构是近年来备受关注的焦点。
纳米结构是指在纳米尺度（1~100纳米）的范围内，材料的结构和性质发生了显著的变化，比如硬度、强度、导电性等。
这些性质的改变，带来了新的材料特性和应用前景。
在本文中，将会重点探讨纳米结构在材料科学中的应用和性能。
一、纳米结构对材料性能的影响纳米结构的出现，使得材料的物理、化学性质发生了明显的变化。
特别是在纳米尺度下，一些传统材料变得更加坚硬、强韧，而另一些则会出现松散、易碎等性质。
这些性质的变化，直接影响了材料的应用范围和使用效果。
1.硬度与强度研究表明，随着晶粒尺寸的减小，材料的硬度和强度会相应地提高。
这是因为晶粒越小，材料中的位错数量就会增加，导致材料的强度和硬度增加。
纳米晶材料的强度甚至可以与金刚石相媲美，因此在制造坚硬耐磨新型材料上有广泛的应用前景。
2.导电性对于电子学和光电学等领域来说，导电性是一项非常重要的性质。
研究表明，纳米结构的材料可以显著提高导电性，如纳米碳管、纳米颗粒等，均表现出了良好的导电性能。
这种性质的改善，使得纳米结构材料在制造高速电子器件、光电器件、甚至是高价值电子元件等领域都有非常广泛的应用。
3.热稳定性材料在使用过程中，不可避免地会受到一定的温度影响，其中的热稳定性是衡量材料抗高温性的重要指标。
研究发现，纳米结构材料中，晶粒的缺陷和杂质的扩散速率均发生了明显的降低，因此具有更好的热稳定性。
这种性质的改进，可以使材料在高温环境下更加稳定，从而使得材料可以扩展到更多的应用场景中。
二、纳米结构的制备技术纳米结构的制备技术对于纳米材料的性质和应用同样重要。
传统材料制备的方法不适用于纳米材料制备，因此需要专门的制备技术。
1.溶胶凝胶法溶胶凝胶法是指将一个溶解物内的分子或离子在适当的条件下形成胶体凝胶，再通过热处理或化学处理等方法，制备成具有特定纳米结构的材料。
微纳米技术的基础原理和应用
微纳米技术的基础原理和应用随着科技的不断发展，微纳米技术已经成为了一种新兴的技术，其应用领域也越来越广泛。
微纳米技术主要是研究微米和纳米级别下物质的性质，提高微纳米级制造工具和设备的制造工艺和性能，从而实现微纳米级别的制造和加工。
本文将会介绍微纳米技术的基础原理和应用。
微纳米技术的基础原理微纳米技术的基础原理主要是围绕着微米和纳米级别下的物理现象和物理性质进行研究的。
在微米和纳米级别下，物质的特性会发生一些明显的变化，比如光学、热学、力学、电学等方面的性质。
这些特性的变化与微米和纳米尺度下的结构和构成有关。
因此，微纳米技术的基础原理主要包括微米和纳米级别下的物理现象和物理性质研究、微观结构和材料的制备和加工技术、微纳米级设备和器件的制造技术。
微米和纳米级别下的物理现象和物理性质研究是微纳米技术的重要基础。
在微米和纳米级别下，物质内部的结构和组成与传统尺度下的物质有很大的差别，因此物质发生的各种性质也会有很大的差别。
比如，在纳米尺度下，如何极化与机械耦合的问题就成为了一个重要的问题。
而在微观尺度下，具有高的电场强度和电容率的压电材料就变得更为重要。
在这些方面的研究，是推动微纳米技术发展的关键。
微观结构和材料的制备和加工技术是微纳米技术的重要组成部分。
微观结构和材料的制备和加工技术包括各种制备和加工工艺，如化学方法、物理方法、电学和光学方法等。
这些方法和工艺可以制备出各种微纳米级的结构和材料，如二维和三维纳米结构、纳米粒子、纳米管等等。
这些结构和材料具有特殊的物理和化学性质，具有广泛的应用前景。
微纳米级设备和器件的制造技术是微纳米技术的另一个重要组成部分。
微纳米级设备和器件是指一些微型化和集成化的设备和器件，主要包括传感器、微流体器件、微波器件、光学器件、生物芯片等等。
微纳米级设备和器件制造技术包括微纳米加工、器件组装和封装、器件测试和检测等方面技术。
这些技术的发展，可以大大提升微纳米级设备和器件的性能，同时也可以为一些新型的应用领域提供支持。
微电子器件中的纳米技术与纳米材料应用
微电子器件中的纳米技术与纳米材料应用近年来，随着科学技术的不断进步和微电子行业的蓬勃发展，人们对于纳米技术与纳米材料在微电子器件中的应用越来越感兴趣。
纳米技术及纳米材料的应用不仅可以提升器件的性能和功能，还能够带来更多的创新和发展机会。
本文将从纳米技术的概念和特点以及纳米材料的类型和应用等方面进行论述，以期为读者提供一些基本的了解和思考。
一、纳米技术的概念和特点纳米技术，顾名思义，是指在纳米尺度上进行物质的控制、调控和制备的一种技术。
纳米尺度一般指的是在1到100纳米的范围内。
相较于传统的微观技术，纳米技术具有以下几个显著特点：1.1 尺度效应：纳米尺度下的物质表现出了与宏观物质不同的特性。
由于尺度效应的存在，纳米材料可以表现出更大的比表面积、更高的化学活性和更好的物理性能，从而在微电子器件中发挥重要作用。
1.2 量子效应：由于尺度的减小，纳米材料的电子结构发生了改变，显示出量子效应。
量子效应使得纳米材料具备了可调控的电输运性能，这对于微电子器件的性能优化和功能设计具有巨大的潜力。
1.3 表面效应：纳米材料的比表面积很大，其表面原子、分子和离子的相互作用对材料的性质以及在微电子器件中的应用产生重要影响。
纳米技术通过对纳米材料表面的精确控制，能够实现对材料特性和器件功能的精准调控。
二、纳米材料的类型和应用纳米材料种类繁多，其中包括纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜等。
这些纳米材料不仅具备了传统材料的特性，还蕴含着许多独特的性能和潜能。
以下将分别介绍几种常见的纳米材料及其在微电子器件中的应用情况。
2.1 纳米颗粒：纳米颗粒是一种尺寸在纳米量级的颗粒状材料，具有较高的比表面积和特殊的光电性能。
在微电子器件中，纳米颗粒可用于制备高分辨率显示屏和光电传感器等，其良好的光电特性使得器件具备更高的亮度和响应速度。
2.2 纳米线：纳米线是一种细长且尺寸在纳米级别的线性材料。
由于其特殊的结构和量子效应，纳米线在微电子器件的场效应晶体管（FET）和太阳能电池等领域有着广泛的应用。
纳米材料综述功能材料与应用论文(已处理)
纳米材料综述功能材料与应用论文（已处理）纳米材料综述摘要概述了纳米材料的基本概念、分类方法及结构特征, 重点介绍了纳米材料的光谱、催化、光电化学及反应性等化学特性及应用.1、纳米材料的基本概念纳米材料是指颗粒尺寸为纳米量级 0.11 nm, 100nm 的超微粒子纳米微粒及由其聚集而构成的纳米固体材料。
纳米固体材料分为纳米晶体材料、纳米非晶态材料及纳米准晶态材料。
其中纳米晶体材料按其结构形态又可分为四类:1 零维纳米晶体, 即纳米尺寸超微粒子;2 一维纳米晶体, 即在一维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如一维纤维, 一维碳纳米管;3 二维纳米晶体, 即在二维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如纳米薄膜、涂层;4 三维纳米晶体, 指晶粒在三维方向上均为纳米尺度, 如纳米体相材料, 纳米陶瓷材料。
另外, 还有纳米复合材料, 以复合方式不同分为0-0、0-2、0-3 型复合, 即零维纳米粒子分别与纳米粒子、二维及三维材料复合而成的固体材料。
纳米材料科学是现代化学、物理学、材料学、生物学等多门学科相互交叉、相互渗透的新兴学科, 其研究内容主要包括两个方面:1 系统地研究纳米材料的性能、微结构和谱学特性,通过和常规材料对比, 找出纳米材料的特殊规律, 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论, 发展完善纳米材料科学体系;2 探索新的制备方法, 发展新型的纳米材料, 研究制备工艺与材料结构、性能之间的关系规律, 并拓宽其应用领域。
2、纳米材料的性质2.1、纳米微粒的结构和特性纳米粒子处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，是由数目很少的原子或分子组成的聚集体。
由于纳米粒子具有壳层结构。
粒子的表面原子占很大比例，并且是无序的类气状结构, 而在粒子内部则存在有序-无序结构，这与体相样品的完全长程有序结构不同。
纳米粒子的结构特征使其产生了小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，并由此派生出传统固体材料所不具备的许多特殊性质。
纳米材料的基本概念与性质
对介于原子、分子与大块固体之间的纳米晶体，大块材料 中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗粒 尺寸减小而增大。
如导电的金属在纳米颗粒时可以变成绝缘体；当温度为1K， Ag纳米粒子直径小于14nm，Ag纳米粒子变为绝缘体。
合成了一维氮化硅纳米 线体。
氮化硅纳米丝
31
1.2 纳米微粒的基本性质
1.电子能级的不连续性 - kubo理论 2. 量子尺寸效应 3. 小尺寸效应 4. 表面效应 5. 宏观量子隧道效应
1.2.1电子能级的不连续性 - kubo理论
久保(Kubo)理论是关于金属粒子电子性质的理 论．它是由久保及其合作者提出的，以后久保和其他 研究者进一步发展了这个理论．1986年Halperin对这一 理论进行了较全面归纳，用这一理论对金属超微粒子 的量子尺寸效应进行了深入分析。
碳纳米管的发现
❖ 饭岛澄男(Iilijima Sumio)分别在1991 和1993年发表论文
❖ “Helical microtubules of graphitic carbon. Nature 354, 56 - 58 (07 November 1991) ”
❖ “Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter. Nature 363, 603 - 605 (17 June 1993) ”。
制备C60常用的方法：
采用两个石墨碳棒在惰性气体（He，Ar）中进行直流 电弧放电，并用围于碳棒周围的冷凝板收集挥发物。挥 发物中除了有C60外，还含有C70，C20等其它碳团簇。可 以采用酸溶去其它团簇，但往往还混有C70。
纳米材料应用(目前最全详细讲解)
无机非金属材料
无机非金属材料指某些元素的氧化物、 碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物(包 括硫化物、硒化物及碲化物)和硅酸盐、钛 酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组
成的无机材料。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐 火材料、搪瓷及天然矿物材料等。
第五页，共141页。
传统无机非金属材料
第十八页，共141页。
纺织瓷件
氧化铝陶瓷电阻
第十九页，共141页。
氧化铝髋关节
第二十页，共141页。
高压钠灯
高纯氧化铝透明陶瓷管
第二十一页，共141页。
氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷的性能：作为一种理想的高温结构材料，最
主要的应具备如下性能：（1）强度好、韧性好；（2）抗氧化 性好；（3）抗热震性好；（4）抗蠕变性好；（5）结构稳定性 好；（6）抗机械振动。
水泥 水泥呈粉末状，当它与水混合后成为可
塑性浆体，经一系列物理化学作用凝结硬化 变成坚硬石状体，并能将散粒状材料胶结成
为整体。水泥浆体不仅能在空气中硬化，还 能在水中硬化、保持并继续增长其强度，故 水泥属于水硬性胶凝材料。
第六页，共141页。
玻璃 玻璃是由熔融物冷却、硬化而得到的非晶
态固体。其内能和构形熵高于相应的晶体。其 结构为短程有序，长程无序。从熔融态转变为
（2）特种玻璃
随着社会和科学的发展，在玻璃材料科学领域中，由于某些新品种 是根据特殊用途专门研制的，其成分、性能、制造工艺均与一般工业和 日用玻璃有所差别，它们往往被归入专门的一类，叫做特种玻璃。这些
特种玻璃逐渐脱离了传统玻璃的基础系统范围。常见的特种玻璃有光子 学玻璃、微晶玻璃、生化玻璃、溶胶－凝胶玻璃等。
开辟了新的空间。化学与材料保持着相互依存、相互促进的关系。
纳米材料的基本概念与性质
纳米材料的基本概念与性质纳米材料是指在尺寸范围为纳米级别的材料，即其尺寸在1到100纳米之间。
相对于常规材料，纳米材料具有特殊的性质和特点，这主要源于其尺寸效应、表面效应和量子效应等纳米尺度效应的影响。
下面将详细介绍纳米材料的基本概念和性质。
首先，纳米材料具有尺寸效应。
当材料的尺寸处于纳米级别时，与常规材料相比，纳米材料的许多物理、化学和力学性质都会有显著改变。
例如，金属纳米颗粒的熔点和磁性会发生变化，纳米薄膜表面的扩散速率会增大，高填充纳米孔隙材料的机械强度也会增加。
这些尺寸效应的改变使得纳米材料在电子、光学、催化等领域具有广泛的应用潜力。
其次，纳米材料表面效应对其性质也产生了重要影响。
相对于体积物质，纳米材料拥有更大的表面积，这意味着纳米颗粒或纳米薄膜的许多原子都处于表面状态。
表面效应的存在改变了纳米材料的电子结构、晶粒尺寸和化学反应活性等性质。
由于表面活性的提高，纳米材料能更好地催化反应、吸附和储存气体、改善电池材料性能等。
另外，量子效应也是纳米材料的重要特点之一、当纳米材料的尺寸缩小到纳米级别时，其原子和分子的量子效应开始显现。
量子效应使得纳米材料的光学、电子和磁性能等性质有显著变化。
例如，纳米发光材料的荧光强度和波长会受到量子尺寸限制的影响，纳米晶体管中的载流子行为也会发生量子限制的变化。
因此，纳米材料的量子效应使得其在量子计算、纳米电子学和纳米光学等领域具有独特的应用优势。
除了尺寸、表面和量子效应之外，纳米材料还具有其他特殊性质。
例如，纳米颗粒的表面增强拉曼散射效应可用于快速检测和分析微量物质的存在；纳米结构的多孔性使其具有大的比表面积和高的吸附能力，有利于储能、催化和环境修复等应用；一些金属纳米材料具有独特的光学性质，如银纳米颗粒的表面等离子体共振现象，可用于增强光子学器件的性能。
总之，纳米材料是在纳米尺度下制备和应用的材料，其独特的性质和特点使其在诸多领域具有广泛应用的潜力。
纳米材料的尺寸效应、表面效应、量子效应以及其他特殊性质使其成为材料科学和工程领域中的研究热点，并在电子、光学、催化、生物医学和环境等领域得到广泛应用。
纳米材料 -简介
TiO2车用空气清净机
二、纳米二氧化硅
1、优势
纳米二氧化硅是极其重要的高科技超微细无 机新材料之一，因其粒径很小，比表面积大，表 面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能 好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优
越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多
学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。
Human Hair
Take 1 slice
1nm
1000 slices
1 m
10 纳米
一纳米有多小？
空间尺度的划分
宇观(Cosmoscopic) 宏观(Macroscopic) 人的肉眼可见的物体为最小物
体开始为下限，上至无限大的宇宙天体；
介观(Mesoscopic)或纳米观(Nanoscopic): 1~100nm
纳米二氧化钛及其复合氧化物
应用
（1）光催化剂： TiO2╱SnO2 复合氧化物较 单一级 纯TiO2 有较高的光催化活性。 （2）紫外吸收剂（化妆品） （3）其他用途（光过滤等） （4）环境保护（降解有机物、农药、垃圾）
中国科学院首次打造出的 “纳米皇冠”
国家大剧院用的自清洁玻璃
纳米TiO2在可见光照射下对碳氢化合物(包括油 污、细菌等)有催化作用，使其进一步氧化成气体或 者是很容易被擦掉的物质。 在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上一层纳米TiO2 薄层，使其具有自清洁作用。
纳米颗粒（0D）
纳米线（1D）
扭曲的纳米线 （1D）
2
多孔 纳米线 （1D）
纳米膜（2D）
尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构 成的薄膜以及每层厚度在纳米量级的单层 或多层膜。
纳米带（2D）
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1、系统研究纳米材料合成及可控生长的热力学和动力学过程，寻找有利的纳米材料合成与生长的工艺条件。由经验规律导出纳米尺度下影响生长过程的热力学和统计物理的规律，从理论上对热力学和动力学控制纳米材料合成生长进行诠释，发展无机纳米材料制备技术和研究其形成机理，以期实现纳米材料的可控合成与生长。
项目名称：
纳米材料和纳米结构的性能与应用基础
首席科学家：
解思深中国科学院物理研究所
起止年限：
2005.12至2010.11
依托部门：
中国科学院
一、研究内容
本项目拟解决的关键科学问题是：
纳米材料和纳米结构的可控生长是纳米材料与纳米结构研究中的基本问题之一。本项目拟从研究可控生长的条件及生长动力学出发，总结基本实验规律及纳米尺度下物质和能量的输运的规律和理论模型，实现纳米材料生长中尺寸、形状、方向、位置及结构的控制。
本项目以上一个973项目“纳米材料与纳米结构”的五年研究成果、技术积累为基础，以国家的重大需求为牵引，集中研究有重要应用或重大科学价值的纳米材料与纳米结构。坚持实验和理论并举、基础研究和应用研究并重，针对纳米体系的无限周期结构的缺损、原子或分子数有限和电子态的量子涨落、电子间相互作用等特点，发展与纳米体系相应的实验方法和理论，发现纳米体系中新现象和新规律；阐明材料的结构参数与制备条件之间的内在联系，实现纳米材料与纳米结构的可控制备；深入理解纳米材料的微观结构与本征性能之间的关系，实现功能设计和调控；在应用研究方面，探讨纳米材料用于器件的可能性，发展以纳米结构为工作单元的发光、平面显示和纳电子器件。发展面向微纳系统中特殊需求的纳米金属材料。探索解决金属-空气电池寿命的有效途径，发展满足移动电源需求的纳米金属-空气电池。发展纳米复合磁性材料的低场、室温磁制冷新技术。
（三）纳米材料和纳米结构优异性质的应用
1、一维纳米材料为基的原理型量子器件的探索
2、纳米材料在场发射器件中的应用和性能提高
3、高强、高导热、高导电等纳米材料和纳米结构的应用探索
4、纳米复合磁性材料在磁致冷和磁传感领域中的可能应用
5、通过比表面的调控提升金属-空气电池容量、功率与寿命
本项目的主要研究内容
4、探索解决金属-空气电池寿命的有效途径，发展满足移动电源需求的纳米金属-空气电池。
5、发展纳米复合磁性材料的低场、室温磁制冷新技术。
二、预期目标
1．本项目总体目标
发展出若干种具有实用价值的纳米材料与纳米结构;发展出与IT工艺相容的纳米材料的可控制合成与集成技术，为纳米材料的性能研究和纳米器件应用提供基础。以发现材料的优异特性和潜在应用为导向，阐明纳米材料的微观结构与本征性能之间的关系，实现功能设计和调控；把自下而上和自上而下两种制备纳米结构与器件的技术相结合，发展出基于纳米材料优异特性的新器件和高强、高导热、高导电等纳米材料和纳米结构。获得一批国际水平的研究成果，使我国在纳米材料和纳米结构研究和应用总体水平保持国际先进水平。
（二）纳米材料的性能研究与调控
1、一维纳米材料和纳米异质结构中电子态、声子态和低能元激发的谱学及相互作用性质的研究，重点研究力学性质、电输运性质、发光性质及热学性质，一维纳米材料和纳米异质结构中的结构－性能关系的尺度效应。
2、电介质/贵金属芯壳纳米结构对表面等离子体共振(SPR)吸收峰移动的影响，研究同轴异质纳米棒的荧光现象及变化规律，分别实现对SPR峰和荧光峰位在较大波长范围内的调控。
4、纳米异质结构和二元/赝二元体系的一维纳米材料的轴向结构控制。具有一维准有序结构的纳米材料和纳米芯壳结构的设计与合成。
5、纳米管/纳米线阵列的定位生长与定向生长。通过微纳米光刻技术制备金属催化剂图型，利用CVD方法和外场控制，在衬底上的确定位置生长纳米管/纳米线的阵列的技术。
6、发展与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术。研究纳米管/纳米线的合成条件(如温度、衬底、催化材料等)与器件工艺的兼容性。
5、研究纳米化电极的组成、结构与化学能-电能转变的关系，研究电极与电解质的兼容性及循环稳定性，提升金属-空气电池容量、功率和寿命，探索电极材料纳米化的电池中离子和电子传输的新规律。
（三）金属材料结构纳米化与综合性能研究
1、金属材料结构纳米化过程及稳定性。系统研究不同晶体结构金属材料(如FCC、BCC和HCP)在强烈塑性变形过程中微观结构纳米化动力学及结构演化过程和纳米晶粒形成机理。研究塑性变形导致最小极限尺寸晶粒的微观结构演变及变形行为。研究金属材料的晶体结构、层错能和变形条件的应变量、应变速率等参量与细化机理的相关性，揭示强烈塑性变形诱导的纳米晶粒形成机理。通过优化微观结构大幅度提高这些材料的综合力学性能和电学性能。
（四）纳米材发射器件中的应用和性能提高：重点研究和解决均匀性、稳定性、低阈值等关键问题。以衬底上CVD生长的碳纳米管阵列为基础，制造高精度、面积不太大的平面显示器；以丝网印刷工艺为基础，制造大面积、低成本的平面显示器。研制出单色碳纳米管场发射平面显示样机，争取实现彩色显示。
预计经过五年的研究，纳米材料与纳米结构的研究将为我国纳米器件和技术的发展提供关键材料和新知识，为建立纳米材料科学体系框架奠定基础。
5年内发展一至二种先进的纳米金属和合金制备技术，并获得具有优异综合性能(力学性能和电学性能)的纳米金属材料；一维纳米材料可控生长的1-2种新技术；发展出与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术。
3、表面状态和环境对一维纳米材料和纳米异质结构性能的影响，研究纳米结构阵列表面化学、生物修饰(包括官能团的接枝)以及纳米异质结构的环境敏感性等。研究环境和表面状态对结构或性能的影响。
4、纳米磁性颗粒的尺度、极化取向和在半导体基体中的分布对磁性金属/半导体复合体系中电子传输规律的影响，探索通过控制磁性金属纳米颗粒尺寸、极化取向和分布优化体系的磁学性质和输运性能的新途径。
1、一维纳米材料中的电输运和热导行为及其器件设计、制备中的基本问题
2、纳米结构对磁熵变、居里温度及磁电阻的调控规律
3、金属及其合金纳米结构的综合力学和电学性能
4、纳米体系的热力学及纳米材料的结构演化规律及稳定性
5、纳米异质结构及阵列的表、界面结构和环境(气氛、外场)对性能的影响
6、研究电极材料与电极结构纳米化对离子、电子传输动力学的影响
在纳米材料可控制备和结构性能关系研究的基础上，探索纳米材料与纳米结构在制造业、信息技术、能源、环境、健康医疗、生物技术和国家安全等领域中的应用。本项目拟探索若干种关键的纳米材料和纳米结构，在场发射平板显示、光电器件、传感器的应用，并发展高强、高导热、高导电等实用纳米材料和纳米结构。
具体的科学问题分解为以下三个方面：
以发现材料的优异特性和潜在应用为牵引，阐明纳米材料的微观结构与本征性能之间的关系，实现功能设计和调控；以研究表面界面结构、缺陷对性能的影响为出发点，通过表面修饰、掺杂、环境变化和施加外场为手段，结合发展新的纳米尺度表征技术，揭示纳米尺度体系中的光、电、磁和力学的一些新规律、新现象和新性能。
围绕国家目标开展若干项纳米材料的应用研究。以制备和性能研究的成果为基础，在纳米结构的可控制备的基础上，实现器件前驱体、原型器件的构筑。发展出与IC-工艺兼容的纳米管/纳米线合成与集成技术；发展相应的制备工艺和测试技术，制备出原型器件。通过金属及合金材料的结构纳米化，和发展纳米复合材料，获得具有特殊性能的新型材料。
2、开拓和发展一维纳米材料如碳纳米管可控生长的热力学和统计物理；发展多组元、多相一维半导体纳米材料可控生长的1-2种新技术，探索具有轴向超结构的一维半导体纳米材料新的制备方法。在一维纳米材料的结构、性能关系之间的尺度效应研究上，找到一些结构与物性的定量关系，提炼出普适的结构物性规律。
3、通过深入研究金属材料微观结构纳米化过程机理，发展一至两种先进的纳米金属和合金制备技术，并获得具有优异综合性能(力学性能和电学性能)的纳米金属材料。建立并完善纳米金属材料的微观结构与本征性能之间的关系，进一步深入理解纳米金属材料的结构稳定性及其控制规律，揭示纳米金属材料中的一些新规律、新现象和新性能。为纳米材料的实际应用和发展新一代高性能、高稳定性金属材料奠定基础。
2、探索“自下而上”制备纳米材料的新途径。以溶剂热和复合溶剂热合成为主要方法，发展γ-射线、超声、微波等外场辅助的纳米材料制备技术。
3、一维纳米材料的催化生长机理及结构控制，研究纳米催化剂的组分、尺寸、形状及外场对一维纳米材料生长的影响，制备物相、形状、尺寸可控的一维纳米线、管、带、线圈、空心球和其它纳米结构。
在整个项目中，以纳米材料的性能研究为主导，以纳米材料的制备为基础，探索有应用前景的纳米材料和器件。
（2）本项目的技术路线
以通过深入研究纳米材料与结构的形成机理为基础，揭示材料的结构与制备条件之间的内在联系，发展出若干种重要的纳米材料与纳米结构可控合成与组装技术。以功能为牵引发展自下而上的可控制合成和自组装技术，实现从简单纳米材料和结构向具有特定功能的、多组元、复杂结构或超结构的过渡。在此基础上制备出信息业和制造业需要的关键纳米材料与纳米结构，为纳米材料的性能研究和器件应用提供基础。
五年发表500篇SCI收录的论文，申请国内专利25项，国外专利10项，出版1至2本专著；获国家奖1-2项。
通过本项目的执行，培养和造就一批高层次的研究人才，形成几个在相关领域中有国际影响的研究群体。
2．项目五年预期目标
1、探索纳米材料和纳米结构新体系制备科学和新合成方法，分析纳米材料形成阶段的动力学过程，对材料的形成机理进行深入研究，认识纳米材料平衡态及非平衡态物相形成的热力学性质，优化纳米材料合成与生长的工艺条件，完善控制合成方法，获得无机纳米材料的合成与可控生长技术和知识。在相关理论指导下制备物相、形状、尺寸可控及具有特定物相或通常难以合成的纳米材料，开拓和发展拥有自主知识产权的纳米异质结构及阵列的制备技术，建立对该体系性能可调的新原理和新方法，设计合成多种纳米异质结构和阵列。
纳米体系中的尺寸效应、表面与界面、电子相干性是纳米材料与纳米结构研究中的另一基本问题。本项目拟研究纳米材料中的发光行为、电子的量子输运、纳米复合体系的磁性及其它量子相干效应、位错与界面的交互作用、纳米材料在外场中的响应，以及它们与电子、声子等元激发的基态和激发态的关系。得到经验规律，提出理论模型，实现对纳米材料与结构的性能调控，揭示纳米材料的优异性能。