[材料科学]真空与纳米技术.ppt

真空与纳米技术 （Vacuum and Nanotechnology） 李建昌 真空流体工程研究中心 真空薄膜器件研究组 电话/jcli/index.html 禽流感病毒 蜜蜂体内、海龟头部存在磁性纳米粒子—罗盘作用 人体和兽类的牙齿是由纳米粒子构成的 如果一个纳米粒子放在乒乓球上，相当于把一个乒乓球放在地球上。 扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope，SPM），是基于扫描隧道显微镜的基本原理设计出的超近扫描高分辨率显微镜。分辨率可达纳米级，并可将观察的原子或分子形成三维图像。 人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质，在纳米材料、表面科学、生命科学等领域有着重大的意义和广阔的应用前景，被国际科学界公认为八十年代世界十大科技成就。 扫描探针显微镜 SPM 扫描探针显微镜 SPM 扫描隧道显微镜（SPM）主要包括扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）两种功能。 超高真空扫描探针显微镜UHV—SPM 扫描探针显微镜 SPM 相较于其他显微镜技术各项性能指标比较： 扫描隧道显微镜 （Scanning Tunnel Microscope, STM ） 扫描隧道显微镜(STM)由IBM苏黎世实验室的宾宁与罗雷尔发明并获1986年诺贝尔奖。 美国橡树岭实验室用真空化学气相沉积法制备出石墨烯纳米带，并用STM等进行结构与特性表征，作为一种准一的碳纳米材料，石墨烯在实际应用中具有很强的边界效应和特殊的电学性质，此研究具有重要的意义。 原子力显微镜 （Atomic Force Microscope ，AFM ） 原子力显微镜（AFM）利用原子间的范德华力来呈现样品的表面特性。 原子力显微镜 （Atomic Force Microscope ，AFM ） 科学家用原子力显微镜直接测量原子电荷状态 UHV-MBE-ETM四点探针系统 科美国匹斯堡大学研制出UHV-MBE-ETM四点探针系统，配备多种标准表面科学分析工具，在超高真空条件下能实现薄膜沉积，掺杂或量子点生长，可对单根纳米线进行原位表征。 塞贝克系数扫描探针显微镜 （Potential-Seebeck Microprobe, PSM） 扫描电导率－塞贝克系数显微镜（PSM）电导率和塞贝克系数的空间分布状况，是研究热电材料的最新利器。 应用领域： 1、热电材料，超导材料，燃料电池，导电陶瓷以及半导体材料的均匀度测量 2、测量功能梯度材料的梯度 3、监测 NTC/PTC 材料的电阻漂移 4、 GMR 材料峰值温度的降低，电阻率的变化 5、样品的质量监控 高速高分辨率成像拉曼显微镜 RAMAM 11 RAMAN-11是由日本anophoton公司推出的新一代快速、高精度、面扫描激光拉曼彩色成像系统，是唯一一款具有高速、高分辨率成像功能的拉曼显微 。 右图为介于5V电极间的碳纳米管（CNT）的拉普成像。 模拟了温度298 K，200 atm下氢H吸附在碳纳米管阵列（10，10）的情况。 碳纳米管基铁电场效应晶体管有优异存储特性 中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室表面物理实验室/研究部SF1组将碳纳米管的优点和铁电薄膜的性质相结合，实现了铁电场效应晶体管的存储功能。 (a) 碳纳米管基铁电场效应晶体管结构示意图；(b) I-Vg扫描曲线形成理想的本征回路；(c) 反复的写/擦操作，显示了存储的可控和非易失性。 碳纳米管和石墨烯性能表征系统 NS3 NanoSpectralyzer 碳纳米管和石墨烯性能表征系统： 1、较高灵敏度，即使碳纳米管和石墨烯的含量很低也能精确测量。2、较高测量精度，对碳纳米管的（n,m）分辨率很高。3、对待测样品要求低，可直接分析含较多杂质的样品。4、测量设备相对简单，准备待测样品非常容易。5、数据处理简单，测量结果无需考虑背景减除。 应用领域： 测量碳纳米管（n,m）分布监视碳纳米管和石墨烯品质的稳定性测量化学反应和物理作用的动态过程  NS3上的测量结果：碳纳米管的近红外发射光谱 纳米薄膜制备与真空镀膜技术 纳米薄膜主要有两类： 一类是由纳米粒子组成（或堆砌而成）的薄膜； 一类是在纳米粒子之间有较多的孔隙或无序原子或另一种材料。纳米粒子镶嵌在另一基体材料中的颗粒膜。 纳米薄膜的制备方法按原理可分为物理方法和化学方法两大类，按物质形态主要有气相法和液相法两种。 纳米薄膜制备与真空镀膜技术 纳米薄膜主要制备方法：： 纳米薄膜制备与真空镀膜技术 纳米薄膜主要制备方法：： 射频-等离子体增强化学气相沉积系统 （RF-PECVD reactors ） 微波-等离子体化学气相沉积系统 （MW-PECVD reactor