《纳米材料基础与应用》课程教学课件（PPT讲稿）第六章 一维纳米材料（1/2）

纳米材料基础与应用 第6章一维纳米材料

纳米材料基础与应用 第6章 一维纳米材料

维纳米材料的代表之一：碳纳米管 氢原子与单壁纳米碳管的示意图 2

纳米材料基础与应用 2 氢原子与单壁纳米碳管的示意图 一维纳米材料的代表之一：碳纳米管

一维纳米结构单元主要包括纳米管、纳米线、 纳来带、纳米向轴电缆等。 纳米线 纳米 纳米管 带 纳米纤维 纳米电缆 纳米棒 玉用 3

纳米材料基础与应用 3

20nm 电化学方法合成的金纳米棒 TEM image of K,TisO7 nanobelts B 1um Nanorods Nanowires Nanobranchs Unidirectional growth along one easy axis of crystal leads to 1-D nanostructures.The nanobelt is unique in different facets with high surface energy due to the anisotropic growth rates in different facets a-MnO,nano-ribbon B-MnO,nanorods 4

纳米材料基础与应用 4

10 8.80nm (A) (B) 104m 400nm 100nm 5

纳米材料基础与应用 5

益 二维纳米技料 物理性质和尺寸、 6o0 维度间关系的理想 体众赣 料特定的八荷形态 200 将在构筑纳米电子 学器件方面充当 o 重要的角色。 193819992000200120022003200420052006200720082009 Year 长径比？ Web of Science中以“One- dimensional nanostructures"为主题 Aspect ratio v 词检索结果分析(2010.06.24) Length-to-diameter x

纳米材料基础与应用 6

一、一维纳米材料特性及其应用 热稳定性：熔点降低 Yang等人采用原位高温电子透射显微法(TEM)观测了外裹碳层的Ge纳米线的熔化 和重结晶过程 -20nm 纳米础小用 图5.2Ge纳米线熔接过程(A→F)的TEM

纳米材料基础与应用 7 一、一维纳米材料特性及其应用 热稳定性：熔点降低 Yang等人采用原位高温电子透射显微法（TEM)观测了外裹碳层的Ge纳米线的熔化 和重结晶过程

纳米线熔点显著降低这一特性有着很重要的应用。 。首先，合成无缺陷纳米线所需的退火温度比块状材料所需的 温度小得多，因此可以在适中的温度对纯纳米线进行区域精 制。 ● 其次，纳米线的低熔点使其可以在相对较低的温度下进行切 割，连接，熔接。这为一维纳米结构装配到某些功能器件和 电路中提供了重要的技术手段。 ● 当纳米线长度尺寸越来越小时，其一些性质会变得敏感于温 度的波动和残余应力的变化。这种不稳定性导致纳米线在直 径足够小或组成原子的连接太弱的情况下，在室温下经球状 纳米 化破碎成更短的片段，从而限制它们的应用。 8

纳米材料基础与应用 8 纳米线熔点显著降低这一特性有着很重要的应用。 ⚫ 首先，合成无缺陷纳米线所需的退火温度比块状材料所需的 温度小得多，因此可以在适中的温度对纯纳米线进行区域精 制。 ⚫ 其次，纳米线的低熔点使其可以在相对较低的温度下进行切 割，连接，熔接。这为一维纳米结构装配到某些功能器件和 电路中提供了重要的技术手段。 ⚫ 当纳米线长度尺寸越来越小时，其一些性质会变得敏感于温 度的波动和残余应力的变化。这种不稳定性导致纳米线在直 径足够小或组成原子的连接太弱的情况下，在室温下经球状 化破碎成更短的片段，从而限制它们的应用

力学性能 ●多晶材料的强度随着晶粒尺寸减小先增大再减小，达最高 强度时，材料在此有一定的特征长度。纳米铜和纳米钯材 料的特征长度分别在19.3nm和11.2nm左右。 。单晶一维纳米材料的强度明显要比其同类较大尺度材料的 强度大很多。这个性质归因于单位长度瑕疵的减少 ●因此，一维纳米材料是一类作为增强组分用于合成高强度 复合材料（与陶瓷、金属、聚合物母体复合）的很有前景的 候选材料 米仙应

纳米材料基础与应用 9 力学性能 ⚫ 多晶材料的强度随着晶粒尺寸减小先增大再减小，达最高 强度时，材料在此有一定的特征长度。纳米铜和纳米钯材 料的特征长度分别在19.3 nm和11.2 nm左右。 ⚫ 单晶一维纳米材料的强度明显要比其同类较大尺度材料的 强度大很多。这个 性质归因于单位长度瑕疵的减少 ⚫ 因此，一维纳米材料是一类作为增强组分用于合成高强度 复合材料(与陶瓷、金属、聚合物母体复 合)的很有前景的 候选材料

电子传送特性 ●随着电子设备小型化，传统的刻蚀加工制造技术通常称为“从上而下” 的制造技术，在器件尺寸达到或接近100m时，很明显会存在着一个制 造成本问题，这逐渐成为限制运行速度急剧增长的基本问题。 。“由下而上”的制造方式突破了传统的“从上而下”方式的局限性。 “由下而上”的纳米电子组装方式具有两个吸引力的特征： ①纳米线组件尺寸很容易调整在100nm以下甚至更小，这 会使得集成电路片上零件的密集度更高。 ②由纳米线组装结构系统是无限制的，这为研究者提供了 很大的多样性，可选择适合的材料装配所需的功能器件。 纳米小用 10

纳米材料基础与应用 10 “由下而上”的纳米电子组装方式具有两个吸引力的特征： ①纳米线组件尺寸很容易调整在100 nm以下甚至更小，这 会使得集成电路片上零件的密集度更高。 ②由纳米线组装结构系统是无限制的，这为研究者提供了 很大的多样性，可选择适合的材料装配所需的功能器件。 ⚫ 随着电子设备小型化，传统的刻蚀加工制造技术通常称为“从上而下” 的制造技术，在 器件尺寸达到或接近100nm时，很明显会存在着一个制 造成本问题，这逐渐成为限制运行速 度急剧增长的基本问题。 ⚫ “由下而上”的制造方式突破了传统的“从上而下”方式的局限性