微纳电子材料与器件
纳米材料发展简介
❖ 1965年诺贝尔物理奖获得者R.P Feynman说过：“如果有一 天能按人的意志安排一个个原子分子将会产生什么样的奇 迹”，纳米科学技术的诞生将使这个美好的设想成为现实 。
❖ 1982年，IBM公司苏黎世研究所Binnig和Rohrer发明了扫描 隧道显微镜(STM),这项发明为纳米科技的发展起到巨大的 促进作用。
(a) Schematic representation of the transfer process to invert the VA-MWNT array onto a polystyrene thin film,
(b, c) SEM images of the invert VA-MWNT array.
纳米结构与低维性的概念
❖ 纳米材料：指材料在三维空间中至少有一维处于纳米尺度
范围内的，或由纳米基本单元构成的材料。
❖ 纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础,按一定规律构筑
或营造一种新的体系,它包括一维的、二维的、三维的体系 。
❖ 纳 米 结 构 通 常 是 指 0.1 ～ 100nm 的 超 微 结 构 , 在 这 种 尺 度
介观体系的材料。
❖ 低维性：指的是维数小于三，具体来说就是二维、 一维和零维
d=3，完全不受 量子约束
三维（3D）
定义d为维度
d=2，一个方向上 受到量子约束
二维（2D）
d=1，两个方向上 受到量子约束
d=0，三个方向上 受到量子约束
一维（1D） 零维（0D）
纳米材料根据三维空间中未被纳米尺度约束的自由度定义
用传统的化学分子极性理论來解释，不仅解释不 通，恰恰是相反。
从机械学的粗糙度、光洁度角度來解释也不行， 因为它的表面光洁度根本达不到机械学意义上的 光洁度（粗糙度），用手触摸就可以感到它的粗 糙程度。
❖ 经过兩位德国科学家的长期观察研究，即在1990 年代初终于揭开了荷叶叶面的奧妙。
原來在荷叶叶面上存在着非常复杂的多种纳米和 微米级的超微结构。
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空间内研究物质和材料的电子、原子和分子运动规律、特性 的高新技术学科称为纳米技术。
纳米材料尺度为1-100nm的理由：
➢ 由于这个尺度范围材料的特性所确定。 ➢ 因为这些材料的基本单元往往具有量子特性。 ➢ 该尺度内材料的基本物理、化学和力学特性都有很多特殊
之处 ➢ 有时会把1∼100nm称为介ontacts to one- and two-dimensional nanomaterials
Figure 1 | Examples of nanomaterial-based devices.
Figure 2 | Contact geometries. a-d, Two examples of end-bonded contacts to nanostructures.
荷花为什么出污泥而不染
许多植物表面，如荷叶面具有 超疏水(superhydrophobicity)及 自洁(self-cleaning)的特性。 荷叶表面疏水、始终永遠保持一 尘不染。
荷叶效应
水珠会夹带灰尘颗粒离开叶面
在表面张力作用下，水与 超疏水表面会有一接触角
为什么会有这种“荷叶效应”？
零维:指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒、团簇 人造原子。
一维：指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、 纳米管、纳米纤维。
二维:指在三维空间中有一维在纳米尺度，如纳米带、超薄 膜、多层膜。
三维:指在三维空间中有零维在纳米尺度，如纳米块体材料。
C60富勒烯
纳米微粒
原子团簇
Nano Carbon Tube
Silicon Nanowire
纳米结构的低维性带来的性质
小尺寸效应 表面效应 量子尺寸效应 库仑阻塞与量子隧穿效应 介电限域效应
四大基 本效应
文献讲解
Fig. S12. Effect of the plasma etching on adhesion forces. (a-d) Typical top view of VAMWNT film before (a, c) and after (b, d) adhesion measurements, (a, b) without and (c, d) with oxygen etching. (e)The dependence of shear and normal adhesions on nanotube length after plasma etching. The vertical and horizontal bars represent the deviations of the force and nanotube length measured for more than 20 samples of the same class, respectively.