氧化物纳米结构的科学技术-王中林

纳 米 科 技 晕葬灶燥泽糟蚤藻灶糟藻 驭 Nanot藻糟澡灶燥造燥早赠 晕燥援6 December 圆园园远 第 6期 圆园园远年 12月 氧化物纳米结构的科学技术 王中林 渊佐治亚理工学院袁 美国冤 Science and Technology of Oxide Nanostructures WANG Zhong-lin (Georgia Institute of Technology, USA) 中图分类号院TB34 文献标识码院A 文章编号院1812-1918渊2006冤06-0005-08 也编者按页院野2006第五届中国渊国际冤纳米科技西安研讨会冶特邀了美国佐治亚理工学院董 事讲席教授尧世界纳米科技领域著名专家王中林博士作了精彩的学术报告遥 报告介绍了王教 授及其所带领的团队近年来在纳米方面所做的研究袁从纳米结构独特的生长过程袁到纳米测 量与器件袁又到新近发明的野纳米发电机冶以及其他工作进展遥王教授演讲中随处可见的野为什 么冶袁不仅向与会代表清楚详尽地解释了各种现象的机理袁更展示了他对科学追本溯源的求索 态度袁使代表们不仅在学术上受益匪浅袁还领略了王教授真诚尧质朴的大家风范遥 本刊根据录 音将王教授大会报告的一部分摘录整理刊登袁以飨读者遥 我今天的报告题 目是野纳米结构冶遥 题 目比较宽袁 但是我讲 得比较窄遥 我们十年来的研 究主要是在纳米方 面遥 最早我们做的是 碳纳米管传输性能的 测量 [1] [2]袁后来做力学 性能的测量[3]尧场致发 射性能的测量[4]袁又做 纳米秤[3]袁到后来研究纳米颗粒的自组装[5][6]遥 这些 是我们十年前开始做的工作遥近三年来袁我们的研 究主要是围绕着氧化物袁 特别是发现一些独特的 生长机制[7]袁以及怎么样来理解这些不同寻常的生 长过程遥我们还花力气做纳米器件袁更重要的是我 们还在做一些纳米制造方面的工作袁 再加上最近 的野纳米发电机冶遥 今天袁我要讲这么几方面的内容院第一个讲纳 米结构独特的生长过程曰 第二个讲纳米测量和纳 米器件曰第三个讲一下纳米发电机曰最后讲最近的 一些其他工作的进展 袁 并提出 渊piezotronics冤的新概念和新的研究领域遥 一尧纳米结构独特的生长过程 我的工作主要围绕着 ZnO遥 许多人对 ZnO不 是很熟悉遥 这个材料有多重要呢钥 叶美国纳米科技 5年总评报告曳的封面用的就是 ZnO的纳米结构袁 是我们组提供的遥 更重要的是近几年许多国际会 议是关于 ZnO的袁如新加坡会议尧日本会议袁特别 是今年美国材料学会年会约 6000人的会议袁其中 有一个五天的分会袁主题就是 ZnO和有关结构袁足 见它的重要性遥 那么袁它为什么重要钥 这就和它的 性能有关系院第一袁它是光电材料袁是宽带半导体曰 第二袁从性能上来说袁它是半导体加压电体曰从物 理上来说袁它是一个应用于自旋电子学的材料曰从 生物上来说袁它是无毒性的尧生物可降解的[8]曰更重 5 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 第 猿卷第 6期 圆园园远年 12月 灾燥造援猿 晕燥援6 December 圆园园远 要的袁从纳米结构上来说袁它是可塑性非常好的一 个材料袁可以做成各种各样的形态袁而且高温下可 以合成袁低温下也可以合成袁有极大的尧可以与半 导体工业结合起来的优势遥 基于这些特性袁 我们 七尧八年来就围绕着 ZnO做了大量的开创性工作遥 在纳米方面袁 目前绝大部分的研究都是纳米 材料尧纳米粉尧纳米碳管等等袁而两年以后袁20%的 工作将是纳米器件遥器件的研发非常重要袁而这个 方面需要巨大的投资遥 我今天讲的内容一少部分 是材料的生长袁一多半是器件遥 ZnO结构是简单而复杂的遥简单怎么说呢钥它 只有一个结构袁 就是纤锌矿结构袁 是中心非对称 的遥 正因为它中心非对称袁所以才具有压电效应遥 更重要的是袁它里面有阳离子尧阴离子极性面遥 什 么是极性面钥就是上下两个面带电荷渊图 1冤遥沿着 c轴的方向是极化方向遥如果结构单胞上边的晶体 面是阳离子终结的话袁 下边的晶体面必然是阴离 子终结的遥 在生长过程中袁如果真空度控制得好袁 表面电荷会保留下来遥 表面电荷的保留使它有一 系列不同寻常的生长现象遥 我们合成纳米材料的方法是物理法袁 将粉体 放在管式炉里热蒸发可以生长一系列结构遥 这里 我讲几个具体的例子遥 1尧弹簧结构的形成[9]遥 一般来说袁一个晶体生 长的时候袁在自由空间里面应该是长成一个直的尧 棒的形状遥 而我们做的这种材料在自由空间里可 以长成螺旋状遥为什么钥这就和极性面有关系遥极 性面是怎么回事呢钥我们经过显微分析发现袁它的 内环可能是 Zn终结的袁外环是 O终结的袁也可以 反过来遥这从物理角度讲是一个能量降低的过程袁 就是它类似一个平板电容器袁可以一面带正电袁一 面带负电遥当这个平板电容器面积非常大的时候袁 它的偶极矩趋向非常大袁所以能量比较大遥而如果 把它卷曲成一个圆筒形袁它的偶极矩相互中和了袁 偶极矩为零袁静电作用能量就降低遥这是从静电能 角度讲遥图 2是一个很简单的模型袁但是解释了我 们所有观察到的生长现象遥从另外一个角度讲袁弯 曲的结构导致了弹性能量的增加遥 从机械和力学 的角度我们知道袁一个直的材料弯成有弧度时袁它 的能量是会增加的遥 静电作用能量和形变弹性能 量相互竞争遥当纳米带子的厚度非常小的时候袁就 存在一个临界值遥 小于这个厚度时袁总能量降低曰 大于这个厚度袁总能量增加遥 因此袁螺旋结构的形 成是纳米级才出现的现象遥 2尧纳米环结构[10]遥 ZnO纳米环是由气相-固相 的过程生长而形成的遥 对于这一完美的单晶结构 的环渊图 3冤袁显微分析时发现环的上边棱是锌离 子终结的袁下边棱是氧离子终结的遥它是由一个多 环的纳米带子一环一环绕成的袁就像线圈一样袁叫 自环绕过程遥 如果是线圈袁它绕的时候袁必然要找 到线圈开始的那一端袁最后终结的一端袁而且绕的 角度都要对上遥我们仔细分析了这个自环绕过程袁 图 1 ZnO纤锌矿原子结构和极性面的形成 图 2 极性面导致的 ZnO纳米弹簧的形成过程 图 3 极性面导致的 ZnO纳米环的形成过程 专家论坛 耘曾责藻则贼 云燥则怎皂 6 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 纳 米 科 技 晕葬灶燥泽糟蚤藻灶糟藻 驭 Nanot藻糟澡灶燥造燥早赠 晕燥援6 December 圆园园远 第 6期 圆园园远年 12月 图 4 极性面导致的 ZnO纳米螺旋的形成过程 通过纳米环的显微结构发现袁 它的环绕是由极性 面导致的遥 就像头发丝一样袁头发长得短袁就只能 是小平头袁长得长就可以卷回来成卷发头遥卷回来 以后袁 由于在重叠处界面电荷的中和而使能量降 低袁就奠定了纳米带的一圈接一圈自环绕袁产生边 长边绕的现象遥 3尧螺旋结构[11]渊图 4冤遥 这个螺旋是一个刚体遥 一般情况下袁用气相法很少能做出这样的结构遥这 个结构是一个具有超晶格结构的纳米带子扭转的 结果遥 这里讲的超晶格是同一种材料但有两种取 向袁而不是我们传统上讲的超晶格遥如果把它放大 看袁这个纳米带子的边沿方向有很细的条纹袁条纹 的宽度是 3.5 nm袁条纹的间距也是 3.5 nm遥 这就是 超晶格遥 它这个超晶格是一种晶体袁两种取向遥 这 个超晶格是怎么来的呢钥把它放大到原子级看袁它 是两个很细的条子渊strip冤袁它们之间的方向有 90毅 转角遥 电子衍射显示它有两套结构袁 一个是极性 面袁一个是非极性面遥 这两个斑点之间有 5毅转角遥 5毅转角的意思就像要拿木片做成一个水筒一样袁 相邻的木片要有一个转角遥晶体也一样袁要形成旋 的时候袁晶格要有一个转动袁5毅角的转动遥 为什么 需要 5毅角的转动钥这是因为袁两个相邻的条子之间 有 2.9%的晶格失配袁转了 5毅以后袁失配能量降低遥 像木片做水筒一样袁每个有 5毅转角袁如果有 100~ 200个木片袁就可以旋起来遥 就这样袁边生长边旋 转就形成螺旋了遥横跨纳米带子的宽度袁有部分面 是带电的袁有部分面是不带电的遥 二尧纳米测量尧纳米器件 1尧纳米测量遥 仅仅知道螺旋形成的过程还不 够袁我们还要做物性测量袁其中一个是弹性系数袁 就像一个弹簧袁要知道它的弹性系数有多大遥只要 我们用原子力探针去压它袁 从弹性压缩的用力和 位移就可以得到弹性系数遥 从弹性系数就可推出 杨氏模量遥 现在我给大家讲一下一个纳米带子可以柔软 到什么程度[12]遥大家知道陶瓷是硬而脆的遥一个瓷 盘子袁如果不是复合材料袁是纯陶瓷的话袁摔到地 板上肯定碎遥 但是袁到纳米级的时候袁它的脆性就 基本消失了袁它变得有韧性袁不易碎了遥 我们最近 利用离子束会聚显微镜做了个实验 渊图 5冤遥 在 A 点焊接袁B是一个探针袁 可以把这个纳米带拉直 了遥 要是金属弹簧袁你把它拉直袁它绝对就回不去 了遥我们大家都知道超塑性袁拉长的程度到了理论 极限袁远远超出了你所期待的陶瓷所具有的性能袁 所以在这个尺度就无所谓陶瓷和金属了遥 我们还 做了断裂实验遥什么是纳米级的断裂钥传统的断裂 必须有一个形核点遥如果材料的尺寸比核还小袁它 是怎么断裂的钥 这是一个新概念和新领域[12]遥 2尧纳米器件 我现在讲纳米器件及其测量遥 ZnO是一个很好的材料袁它有压电效应遥我们就抓 住这个微观级尧 纳米级的压电效应做了一系列工 作[13]遥 压电是晶体在外力的作用下发生极化而产 生电压的一个效应遥每一个单胞都有极化袁总的单 胞加起来就是一个宏观的极矩遥 压电效应是由压 电系数来表征的遥我们发现纳米带子的这个系数比 图 5 ZnO纳米螺旋的超弹性性能的测试 7 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 第 猿卷第 6期 圆园园远年 12月 灾燥造援猿 晕燥援6 December 圆园园远 块状要大 3倍[14]遥我们用纳米带子做压电谐振器并 达到了 250 MHz的共振频率遥 氧化物对氧空位很敏感遥 你把它暴露在空气 中的时候袁氧就可以慢慢扩散进去遥这个扩散系数 是多少钥我们把纳米带子放在硅片上袁一半用 Si3N4 封起来袁一半不封袁把它暴露在空气中袁测它的导 电性袁发现导电性逐渐降低遥通过与理论计算的比 较我们发现袁 纳米带子中氧空位的扩散系数比固 态的要大 10倍[15]遥 力学性能的测量方法有几种袁 我不打算做综 述遥 我们做的最早的开创性工作是用共振法来测 纳米碳管的力学性能 [2]遥 我今天讲一个不同的方 法袁用原子力学显微镜来测弹性模量遥如果有两个 电极袁把纳米带子放上去袁拿 AFM来测遥一般人的 办法是找到中心点袁压一下袁测位移和力的关系袁 就把杨氏模量算出来了遥 我们的方法是像过桥一 样袁把探针从头到尾一步扫过去袁然后把测的理论 曲线和理论模拟进行比较袁 这样得到的杨氏模量 将是最准的袁因为这是一系列测量的统计结果袁并 且是唯一能确定哪个理论模型更符合实际[16]遥 做纳米材料的人都知道袁气相尧液相和固相的 生长过程要要要VLS袁选择适当的基板袁放上催化剂袁 在适当的气氛下就长出竖直的纳米线来了遥 现在袁 我想不为了测纳米线的力学性能而破坏这个样品遥 如果我有一个直立的纳米线袁利用原子力显微镜扫 描过去的时候袁在接触模式下袁将得到形貌相袁同 时也得到由纵向力所形成的相遥从形貌相得到纳米 线弯转的位移袁从纵向力所形成的相得到产生弯转 所需要的力袁由此就可得到纳米线的弹性模量[17]遥 三尧纳米发电机 我讲的发电不是发的电够西安市来用袁 而是 纳米器件里面用的电遥首先什么是纳米发电机钥为 什么要发电钥 做这个工作的动机是什么钥 1尧研究动机遥 从环境里面捕获能量渊harves- ting energy from environment冤 是目前研究的一大 前沿遥 在我们生活中袁风能就是环境给予的能量遥 在身体里面袁血流就是能量袁肌肉伸缩就是能量袁 走路也是能量袁可惜这些都是废能遥怎么能把这部 分能收获回来尧利用起来钥 我们做纳米技术研究的一个重大部分就是纳 米器件遥然而袁器件只是一个部分袁不是系统遥形成 系统的一个很重要的部分就是电源遥 尽管纳米器 件需要的功耗非常小袁 但其供电问题是急需解决 的遥 纳米器件很小袁 但后面的电源极大浴 就如同 MEMS器件做得好袁但没有电源是不工作的曰纳米 机器人做得好袁没有电也是不工作的遥 还有袁从生 物医学应用来说袁 能解决放置在体内的纳米器件 的供电问题意义重大遥电是一切浴所以我觉得探讨 这方面问题非常必要遥 一讲到发电袁 我们就会想到三峡的大水轮机 发电遥 它靠的是螺线圈切割磁力线的原理袁但是袁 这个发电的机制在纳米级可能是行不通的遥 磁力 线太大袁纳米线又太小袁怎么切割钥 我们就想用压 电效应来发电遥用一个导电型的 AFM针尖去推竖 直的 ZnO纳米线袁 针尖就把机械能量从针尖转移 成纳米线的弹性形变能渊图 6冤[18]遥 那么袁由于压电 效应袁纳米线就有可能产生极化电荷遥 用 AFM针 尖扫过去的时候袁 有 60%的纳米线都可以放出电 来遥 但是必须小心袁一定要证明不是摩擦起电袁不 是接触电遥 2尧效率测算遥 用原子力显微镜针尖推纳米线 的时候袁 总的输出机械能可以算出来曰 把它推过 去袁当这个针离开的时候袁纳米线不是静止的袁它 还要震动很多周期袁那么袁消耗在每一个周期的机 械能是多少钥把这个必须算出来遥同时在每一个周 期它发的电能可以测到遥这两个的比例就是效率袁 它是百分之十几到百分之三十遥 图 6 渊a冤纳米尺度内用垂直的 ZnO纳米线 将机械能转化为电能的实验设计图遥 渊b冤在接触模式中观察到的 ZnO纳米线阵列的 电机耦合放电过程和相应的输出电压图像遥 专家论坛 耘曾责藻则贼 云燥则怎皂 8 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 纳 米 科 技 晕葬灶燥泽糟蚤藻灶糟藻 驭 Nanot藻糟澡灶燥造燥早赠 晕燥援6 December 圆园园远 第 6期 圆园园远年 12月 图 7 纳米发电机的发电原理图示遥 (A)纳米线和协同系统 的示意性介绍遥 (B)用 AFM针尖从侧面挤压纳米线形变后 纳米线内纵向的应力 着z分布遥(C)纳米线内相应的纵向压电 诱导 Ez的分布遥 (D)压电效应在纳米线中的电势分布遥 (底 部图) AFM针尖和半导体 ZnO纳米线 (D)中被框住的区域 在两个相反的接触电势渊正极和负极冤间的接触袁分别表明 反偏和正偏肖特基矫正行为遥 沿纳米线具有相对偏向的肖 特基势垒能够保留住压电电荷袁然后产生放电输出遥 内嵌 部分表示出 n-型金属半导体肖特基势垒的典型电流-电压 关系遥 左手中的过程是分离和保持电荷同时产生电势遥 右 手中的过程是释放电势同时产生电流遥 3尧发电的机理[18][19]遥现在我们考察放电的过程 渊图 7冤遥 纳米线是垂直的袁当用原子力显微镜推它 的时候袁它就会有拉伸的一面和收缩的一面遥拉伸 的一面是正应力袁是伸长曰收缩的一面是负应力遥 压电效应是什么呢钥 压电效应的电场简单说是和 应变成正比袁应变是正袁电场即为正曰应变是负袁电 场即为负遥正电场一面电场朝上袁负电场一面电场 朝下遥 就这么一个短短的 20 nm宽的纳米线袁电场 就可以反转袁这是压电效应遥 那么袁电场的反转表 示的是势场的反转遥 金属和半导体接触的时候有两种类型袁 一种 是肖特基(Schottky)袁一种是欧姆型遥什么时候出现 肖特基呢钥 对于 n-型半导体袁当金属的功函数大 于半导体的亲和能的时候袁属于肖特基曰小于它的 时候袁是欧姆型遥 肖特基的作用就像一个二极管遥 当金属箔镀的电极推纳米线的时候袁 纳米线接触 针尖的一面为正电位袁 金属针尖的电压比半导体 纳米线小袁因此在界面处形成一反相的肖特基袁就 像反向的二极管一样袁只有电压没有电流遥这个过 程是针尖传递能量袁 遥 当这个针尖一扫过去接触到纳米线收缩的一 边时袁由于压电效应在这边产生负电位袁金属比半 导体的电位高袁因此产生一正偏压的肖特基袁原来 积累的电荷马上放电输出遥 整个发电过程是一个 半导体效应和压电效应有机耦合的结果遥 4尧进一步的工作遥 我们最近做的工作还不光 是在这个硬的基片上袁 我们把纳米线生长在具有 柔韧度的高分子基片上[20]遥 高分子有时候是可以 生物降解和生物匹配的遥 一折叠就可以放在肌肉 里面袁肌肉一动袁就可以发电遥人体里面很多能量袁 有血流的能量尧呼吸的能量袁走路的功率是 67 W遥 一个纳米器件工作的功率是纳瓦渊nano-Watt冤级遥 把这种高分子基片做在鞋底里袁 一走路就可以发 电了遥 我们最近还做了很多力电耦合的传感器遥 我 们可以做出力的信号传感器袁 可以测到 1个纳牛 (nano Newton)的力[21]遥同时也实现了压电式三极管 [21]和压电式二极管[22]遥 基于这些工作袁我提出了一 个新的概念和领域要要要 [23]袁 即基于图 7中的纳米线的压电电位所制造出的电 子器件遥 四尧最近其他工作的进展 1尧利用常见原料做出复杂的纳米结构遥 我先 介绍山东大学刘宏教授和重庆大学胡陈果教授在 Georgia Tech 访问研究期间做的一个工作遥我们共 同发明了一种合成复合氧化物单晶纳米材料的新 方法[24]~[26]袁即复合氢氧化物溶剂法渊图 8冤遥 该方法 以熔融的混合碱作为合成介质袁 以价格低廉的无 机盐和氧化物为合成原料袁在低于 200益的温度下 图 8 利用复合氢氧化物溶剂法合成的纳米材料 9 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 第 猿卷第 6期 圆园园远年 12月 灾燥造援猿 晕燥援6 December 圆园园远 和常压下进行溶液反应袁合成了多种应用于铁电尧 铁磁尧巨磁阻尧压电材料袁燃料电池及半导体的复 合氧化物一维和零维单晶纳米材料, 为研究功能 性氧化物的纳米级科学和技术开辟了一条具有重 大商业应用前景的新方向遥 这种方法基本原理是院将固体氢氧化钠尧氢氧 化钾尧 氢氧化锂三种中的两种或三种按照一定比 例配合作为合成反应的溶剂袁以降低其熔融温度遥 复合氧化物 AxByOz的 A位元素以无机盐的形式 引入袁B位元素采用氧化物的形式引入遥 将反应物 加入混合碱中袁在大气常压下袁经加热融化及保温 反应后袁在溶液中形成单晶纳米材料遥由于不同材 料的结晶习性不同袁 单晶纳米材料发育成纳米带 或纳米立方体遥在合成过程中袁熔融的混合碱既起 到溶剂的作用袁又参与合成反应袁却不最后进入产 物遥 这种合成方法为一步合成法, 并具有以下优 点院因为避免了高温和高压袁合成过程中控制参数 较少袁更容易实现工业化控制和批量生产曰所采用 的原料为廉价的化学原料袁合成成本较低曰合成过 程中袁纳米材料在熔液中自由发育袁所得到的单晶 纳米材料一般具有规则的外形曰 在合成过程中没 有引入表面活性剂或模板剂袁 纳米材料的表面洁 净袁适合对其进行本征性能的研究袁同时也容易进 行表面改性遥这一合成方法具有一定的普适性袁适 合多种复合氧化物单晶纳米材料的合成遥 通过更 改反应物袁 这种方法也可以得到单一氧化物和氢 氧化物单晶纳米材料遥 这一研究成果创立了一种 全新的纳米材料的合成方法袁 将对纳米材料的研 究和应用起到重要的推动作用遥 2尧单晶纳米球的形成遥 芯片的化学机械抛光 是半导体工业中重要的一环遥要在 8到 12英寸的 芯片上达到亚纳米级的平整程度袁 同时还要抛得 快袁我们需要质量和结构非常高的抛光膏遥抛光膏 的选择要求是抛光速率高袁平整度好袁划痕少遥 有 两种材料可以用袁一个是 SiO2袁一个是 CeO2遥 一般 做出来的 CeO2粉都是晶态遥单晶材料一般不成球 形袁它是由{100}面和{111}面团围起来的遥 晶态的 CeO2纳米颗粒有棱有角袁用于抛光袁划痕多遥 要提 高抛光质量袁最好是球形袁像珠子一样遥 最近袁我们和奉向东博士等合作袁利用火焰喷 射高温分解法袁 首次合成出了直径小于 100纳米 的球形钛掺杂 Ce1-xTixO2单晶纳米颗粒[27]渊图9冤遥 这 是第一个合成出的具备单晶性质的球形氧化物陶 瓷纳米颗粒袁 是工业化大规模无机合成领域的一 个重大突破遥 在此合成 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 中袁含铈渊Ce冤和钛渊Ti冤 成分的乙醇溶液以雾状喷入燃烧腔内袁 并迅速被 点燃遥燃烧过程可产生两千多度的高温袁使其中金 属成分同时燃烧并生成金属氧化物的纳米粉尘遥 纳米粉尘通过燃烧区后温度迅速降低袁 从而得以 完成化学反应袁结晶并生长遥 这一过程中袁纳米颗 粒的生产速率可达到 300克/小时遥 我们通过高分辨电子显微镜研究发现袁 单晶 球状二氧化铈纳米颗粒的形成与钛的掺杂密切相 关遥没有钛掺杂的产物呈不规则的多面体结构袁而 加入 6豫以上的钛后的产物则呈规则的球形遥在纳 米球的表面袁附着一层 1~2 nm厚的无定形非晶壳 层遥 扫描透射显微镜的分析表明这一薄层为二氧 化钛渊TiO2冤遥 当仅有铈参与反应时袁单晶二氧化铈 颗粒的生长趋向以能量最低的{111}和{100}面作 外表面袁 因此袁 所得产物为棱角分明的多面体结 构遥而当引进钛后袁结晶过程中则包括了二氧化铈 和二氧化钛两相遥在燃烧腔两千多度的高温下袁二 氧化钛由于熔点较低渊约 1 800益冤而呈熔融状态袁 包围在固态的二氧化铈核周围遥 在二氧化铈晶体 的整个生长过程中袁 被液态的二氧化钛外壳包裹 的整个晶粒一直保持规则的球形遥 生长过程的高 温使部分钛进入二氧化铈的晶格之中袁 形成掺杂 图 9:渊a冤球形单晶二氧化铈纳米颗粒的扫描电子显微照 片遥 渊b冤球形单晶二氧化铈纳米颗粒的透射电子显微照 片遥最外层的非晶包裹层是二氧化钛遥渊c冤分子动力学模 拟的球形二氧化铈纳米颗粒的结构遥 专家论坛 耘曾责藻则贼 云燥则怎皂 10 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 纳 米 科 技 晕葬灶燥泽糟蚤藻灶糟藻 驭 Nanot藻糟澡灶燥造燥早赠 晕燥援6 December 圆园园远 第 6期 圆园园远年 12月 结构(Ce1-xTixO2)遥 试验证明袁掺杂钛的二氧化铈纳 米球颗粒具有更好的研磨性质遥 以碾磨表面覆盖 有 1000纳米氧化硅的硅晶片为例袁纯二氧化铈的 碾磨速度为 195纳米/分钟袁 而掺杂有 12.5%钛的 二氧化铈的碾磨速度则达到了 300纳米/分钟遥 同 时袁硅晶片表面的划痕也降低了 80%遥 球状单晶氧化物纳米颗粒的发现在理论与实 际应用上具有双重指导意义遥 球状单晶的合成打 破了晶体必须由能量最低面构成的常规理论遥 在 工业应用领域袁 其相对高效的生产速率使得这一 工艺能直接应用于大规模工业生产遥 与通常使用 的碾磨材料相比袁 通过采用这种球形纳米颗粒作 为碾磨材料袁硅片的碾磨速度增加了 50豫袁而表面 缺陷下降了 80豫遥 这一发现为生产高质量的硅晶 片提供了实现的可能袁 进而能大大推进下一代高 精度尧 高密度的集成电路以及集成纳米器件的制 造的发展遥 五尧致谢和结语 最后袁感谢我的学生尧我的博士后尧访问学者和 合作的伙伴袁他们对这些工作做了巨大的贡献遥 大 家有时间可以访问我们的网页(www.nanoscience. gatech.edu/zlwang)遥 希望利用我们所有的人员尧财 源尧 实验的条件为国内培养一些人才遥 人才最关 键遥发表两篇文章那都不是很大的事袁关键是把人 培养出来遥 人决定一切浴 我国的叶纳米科技曳杂志袁我觉得办得好袁具有 极大的科普意义遥 在国外有两种杂志叫 Material Today 和 Nano Today遥 国内这个杂志和国外这两 个杂志是对应的遥 我觉得对国内外的交流和发展 会起到很多作用遥 我今天讲的是压电效应导致的纳米结构袁讲 的是 ZnO袁讲的是从材料的合成生长机制袁到器件 的制造袁到性能的测试袁最后到纳米发电机的发现 过程等等遥 我觉得在纳米材料压电效应方面还有 很大潜力袁我们还要继续创新袁希望有一天能够商 业化袁对社会产生效益遥同时我提出了一个新的概 念和领域要要要 渊piezotronics冤遥 参考文献 [1]国 S. 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Institute of Scientific Informa鄄 tion (ISI) 2003 年发表的世界纳米科技论进展总评中作为 两个重点报道之一报道了王教授纳米带的研究进展遥 2004 年叶科学曳(Science 304 (2004) 1282)把王教授作为在美国任 教的外国人成功的典型进行了专访和报道遥 更多信息参见 王教授个人网页院http://www.nanoscience.gatech.edu/zlwang/ 北京市明确十大重点发展的 技术 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 领域和重点标准方向 北京市质量技术监督局 2006年 12月 4日正式发 布 叶北京市重点发展的技术标准领域和重点标准方向 渊2006-2010冤曳遥 主要包括院超大规模集成电路用配套材 料尧 新型元器件基础材料等电子信息相关材料及器件 标准曰纳米检测技术曰纳米材料毒性效应曰环境和人体 的安全性;纳米材料与产品的安全性 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 曰纳米技术材 料的安全标准曰纳米化纤产品的评价等方面的标准等遥 采自渊新华网冤 专家论坛 耘曾责藻则贼 云燥则怎皂 12 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn