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微电子学与计算机

纳米材料的发展与应用OO

施正林

微电子学与计算机

1、摩尔定律一直是指导微电子行业发展速度的准则之一。根据摩尔定律，以硅材料为主的微电子器件的集成度越来越高，器件的特征尺度越来越小，从而使集成电路的性价比越来越高。然而，根据美国半导体工业协会(SIA)的报告[1]，当最小特征尺寸达到10nm时，微电子器件将达到物理极限，摩尔定律不再成立。这是因为当微电子器件的特征尺寸在10nm以下时，微观下的物理效应，例如量子效应、表面效应等，将变得不可忽略[2]，器件的工作机理、材料和工艺技术都将不同于特征尺寸大于10nm的传统器件。因此，研究半导体纳米材料(颗粒大小在1?100nm范围)及其微观尺度下的特殊性质，对于解决特征尺寸不断缩小给微电子技术带来的问题具有十分重要的意义。

2、纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9m)的超细材料，其结构包括粒子和粒子间界面两个部分，粒子具有长程序晶状结构，而粒子间界面则为无序结构[3]。另外，纳米材料微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为1?100nm。纳米材料具有纳米晶粒与高浓度晶界两个重要特征。其中，大晶体连续能带可以OO成接近分子轨道的能级，所以纳米晶粒的原子排列不能处理为无限长程序。而由纳米晶粒产生的高浓度晶界及晶界原子的特殊结构会导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变[46]。以金为例，当金的颗粒直径小于100nm时，金颗粒由金属态转为胶态，可溶于水，且溶液颜色随金颗粒直径的减小从紫色变为红色，2纳米材料特性1表面效应研究表明，当粒子直径减小时，纳米材料粒子表面积急剧增大8。因此，当粒子直径处在10nm以下时，随着粒子直径的减小和内部原子所处环境的不同，表面原子数将迅速增加，导致表面原子配位数不足和表面能较高，从而使这些原子容易与其他原子结合，故具有很高的化学活性。以纳米金颗粒为例，由于表面效应，100nm以下的金颗粒具有较高的表面能，从而吸引溶液中的阳离子Au3+，而集聚的阳离子将会继续吸引阴离子，最终溶液达到过饱和，使金颗粒在溶剂中均匀分布，形成金溶于水的现象。

3、纳米材料因尺寸减小而带来的.重要性质是量子尺寸效应。根据能带理论，对于宏观物体包含无限个原子的情形(导电电子数N—⑵)，有：5=4Ef/3N(1)对于纳OO子，因N值很小，导致5较大。当能级间距5=%时，就会发生量子尺寸效应，从而导致纳米颗粒的声、光、电、磁、热力学等特性与宏观特性显著不同。

4、目前，纳米电子学是基于纳OO子的量子效应来设计并制备纳米量子器件的新学科。它将纳米技术与微电子学有机地结合在一起，旨在实现突破性的创新科技，开拓新的市场[9,10]。相对于之前的真空电子管和固态晶体电子管，纳电子管被视为具有OO性特征的第三代器件。纳电子管在工作机理、加工技术和所用材料上都与真空电子管和固态晶体电子管有很大的不同。本文主要讨论纳电子学中所用的纳米材料，重点介绍石墨烯和碳纳米管等新型纳米半导体材料。

纳米材料的发展与应用OO

1、在的油漆涂料中含有一些有害的物质，可以说是脱离了低碳环保的要求，而纳米涂料作为目前的一种新型环保涂料其通过纳OO子之间的熔融、烧结复合，弥补了这一缺点同时使涂料性能得到明显进步或有新功能。现纳米涂料已引起世界各国的高度重视，并将紧随建筑涂料行业新潮流，成为装饰行业新时尚。如优锆纳米新研发的几款新的纳米涂料，因所以组成的纳OO子不同其性能各不相同。

2、UGC纳米涂料由纳米氧化钛VK-T30,纳米氧化铝VK-L30,纳米氧化锆VK-R30等全无机纳米氧化物材料组成不含有机成分，所以高耐候。不故意破坏涂层漆膜，漆膜可以几乎长久不老化、不粉化。由于是全纳米材料，涂层具有极高的渗透性，纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛等会渗透到金属、陶瓷、水泥等纳米尺寸孔径内，渗透到各个细孔，继而固化封闭这些空隙。所以会起到很强防腐作用，防腐防酸防碱作用比一般防锈漆强10倍。且为水性体系，所以以不燃烧、不冒烟，可以作为优异的防火涂料；涂层低温固化成陶瓷般坚硬物质表面，硬度高，可以达到7-9H,远非一般的涂料科比。涂层更加耐磨、耐刮擦，耐划伤。由于纳米氧化钛VK-T30,纳米氧化铝VK-L30,纳米氧化锆VK-R30和基材可以有原子力的结合，所以UGC比一般涂料有更强的结合力。如OO板结实。附着力远强于一般涂料。

3、UGT纳米涂料由是由纳米氧化钛VK-T30,纳米氧化铝VK-L30,纳米氧化锆VK-R20等组成的一种多功能涂层材料，具有优异的耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐候性和摩擦系数小、憎水、憎油、抗粘、抗污染等优异性能。室温固化，具有较好的耐老化性能和盐雾性能，已通过国家石油和化学工业局的技术鉴定。

4、UGL纳米涂料由是纳米氧化钛VK-T30,纳米氧化铝VK-L30,纳米氧化锆VK-R20,纳米氧化硅SPM30等组成的一种多功能涂层材料，具有优异的耐OO、耐硫酸、耐硝酸、耐OOOO、耐碱、耐腐蚀、耐热能力。由于纳米材料的加入，使附着力、致密度、强度等性能大幅度提高。其主要特点是：耐高温（T<450℃）、防腐蚀、不燃烧、耐酸碱、耐盐雾、防水。用于酸碱、腐蚀物多的场所。

施正林

1、2003年至今，研究小组在Chem. Rev., Accounts. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., Energy Environ Sci, Adv. Func. Mater., BioOOterials, Chem. Mater., ACS Catal., Chem. Commun., J. Mater. Chem., J. Catal. 等国外著名OO发表SCIOO380余篇，其中影响因子大于10的SCIOO50余篇;OO他引总计13000余次，单篇最高引用651次，超过百次引用OO22篇;申请中国专利136项，80项获得授权。[1]