表界面物性测试

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              有关微米、纳米科学技术的相关科普性问题，一句话概括。
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格式请参照如下：
【提问】：什么是纳米技术？
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【回答】：是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。
1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。
纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等 。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。
从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念：
　　第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术还未取得重大进展。
　　第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。
　　第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。
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【提问2】：什么是量子尺寸效应？

提问2】：什么是量子尺寸效应？
【回答】：
1、量子尺寸效应是指当颗粒尺寸下降到一定值时,电子的能带和能级,微粒的磁、光、声、热和超导电性与宏观特征显著不同,这一效应在微电子学和光电子学中也占有显赫的地位.
2、由于半导体的载流子被限制在一个小尺寸的势阱中,在此条件下,导带和价带能带过渡为分立的能级,因而有效带隙(Eg)增大,吸收光谱阀值向短波方向移动,这种效应就称为量子尺寸效应.
3、当超细微粒的尺寸下降到某一值时,金属粒子费米能级附近的电子能级由准连续变为离散的现象,并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据分子轨道能级能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应.
【提问3】: 什么是纳米材料？

纳米级结构材料简称为纳米材料(nano material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米材料的基本单元可分为三类：零维、一维、二维。
【问题4】：什么叫做Surface plasmon band ？

【问题4】：什么叫做Surface plasmon band ？
【回答】：Surface plasmon band是 “表面等离子体带（电浆带）”或“表面细胞质基因组”的意思。银奈米粒子因两个重要理由在 "生物标定" 块材中将是个理想材料.(一)表面电浆带(Surface plasmon band) 的吸收在 390 nm 到 400nm 之间,(二)银粒子表面薄膜带的吸收系数比金的大4倍.因此,在光学侦测系统(例如SPR及SERS)的运用上比金粒子会更加适合(9).经研究发现,以Ag/Au core/shell 为材料的奈米探针中比金奈米粒子在颜色讯号的改变较为明显,在基因分析应用上将是非常重要的新材料.
【问题5】：怎样测试CdTe纳米晶的荧光量子产率？

【提问4】：什么叫量子点？
量子点(quantum dot)是准零维(quasi-zero-dimensional)的纳米材料，由少量的原子所构成。粗略地说，量子点三个维度的尺寸都在100纳米(nm)以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应(quantum confinement effect)特别显著。由于量子局限效应会导致类似原子的不连续电子能阶结构，因此量子点又被称为「人造原子」(artificial atom)。科学家已经发明许多不同的方法来制造量子点，并预期这种纳米材料在二十一世纪的纳米电子学(nanoelectronics)上有极大的应用潜力。
　　量子点（英语：Quantum Dot）是在把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。这种约束可以归结于静电势（由外部的电极，掺杂，应变，杂质产生），两种不同半导体材料的界面（例如：在自组量子点中），半导体的表面（例如：半导体纳米晶体），或者以上三者的结合。量子点具有分离的量子化的能谱。所对应的波函数在空间上位于量子点中，但延伸于数个晶格周期中。一个量子点具有少量的（1-100个）整数个的电子、空穴或空穴电子对，即其所带的电量是元电荷的整数倍。
　　小的量子点,例如胶状半导体纳米晶,可以小到只有2到10个纳米,这相当于10到50个原子的直径的尺寸,在一个量子点体积中可以包含100到100,000个这样的原子.自组装量子点的典型尺寸在10到50 纳米之间。通过光刻成型的门电极 或者刻蚀半导体异质结中的二维电子气形成的量子点横向尺寸可以超过100纳米。将10纳米尺寸的三百万个量子点首尾 相接排列起来可以达到人类拇指的宽度。
　　量子点，又可称为纳米晶，是一种由II－VI族或III－V族元素组成的纳米颗粒。量子点的粒径一般介于1～10nm之间，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构，受激后可以发射荧光。基于量子效应，量子点在太阳能电池，发光器件，光学生物标记等领域具有广泛的应用前景。
【问题】做纳米的人出路在哪？

【提问5】：什么是微机电系统（MEMS）？
【回答】：微机电系统是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的。MEMS的特点是：
1）微型化：MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。
2）以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨。
3）批量生产：用硅微加工工艺在一片硅片上可同时制造成百上千个微型机电装置或完整的MEMS。批量生产可大大降低生产成本。
4）集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的MEMS。
5）多学科交叉：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。
MEMS发展的目标在于，通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域和产业。MEMS可以完成大尺寸机电系统所不能完成的任务，也可嵌入大尺寸系统中，把自动化、智能化和可靠性水平提高到一个新的水平。21世纪MEMS将逐步从实验室走向实用化，对工农业、信息、环境、生物工程、医疗、空间技术、国防和科学发展产生重大影响。

提问6】：什么是纳机电系统（NEMS）？
【回答】：纳机电系统（英语：Nanoelectromechanical systems，简称NEMS）是20世纪90年代末、21世纪初提出的一个新概念。可以这样来理解这个概念，即NEMS是特征尺寸在1~100nm、以机电结合为主要特征，基于纳米级结构新效应的器件和系统。从机电这一特征来讲，可以把NEMS技术看成是MEMS技术的发展。但是，MEMS的特征尺寸一般在微米量级，其大多特性实际上还是基于宏观尺度下的物理基础，而NEMS的特征尺寸达到了纳米数量级，一些新的效应如尺度效应、表面效应等凸显，解释其机电耦合特性等需要应用和发展微观、介观物理。也就是说，NEMS的工作原理及表现效应等与MEMS有了甚至是根本性的不同。因此，从更本质上说，NEMS技术已经是纳米科技的一个重要组成部分和方向。
有两种研究途径被研究者视为标准的NEMS研究方法。一种方法，自上而下，可以总结为“用一套工具来制作一套更小的工具”。例如，一个用毫米量级的工厂制作出来微米量级的工具，可以用来制作纳米量级的器械。另一种方法自下而上，可以被认为是组装原子和分子，使之达到期间所要求的复杂度和功能。这种过程可能用到自组装或分子生物系统。
目前，世界各地在NEMS及其相关方面开展的研究工作主要有：
(1) 谐振式传感器,包括质量传感、磁传感、惯性传感等；
(2) RF谐振器、滤波器；
(3)微探针热读写高密度存储、纳米磁柱高密度存储技术；
(4)单分子、单DNA检测传感器以及NEMS生化分析系统(N-TAS);
(5)生物电机;
(6)利用微探针的生化检测、热探测技术；
(7)热式红外线传感器；
(8)机械单电子器件；
(9)硅基纳米制作、聚合物纳米制作、自组装；等等。

【提问7】：什么是巨磁电阻效应（GMR）？
【回答】：　所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。上下两层为铁磁材料，中间夹层是非铁磁材料。铁磁材料磁矩的方向是由加到材料的外磁场控制的，因而较小的磁场也可以得到较大电阻变化的材料。
GMR 技术也可以认为是纳米技术的第一个主要应用,现在已经在各个领域十分普及.　巨磁阻效应自从被发现以来就被用于开发研制用于硬磁盘的体积小而灵敏的数据读出头（Read Head）。这使得存储单字节数据所需的磁性材料尺寸大为减少，从而使得磁盘的存储能力得到大幅度的提高。第一个商业化生产的数据读取探头是由IBM公司于1997年投放市场的，到目前为止，巨磁阻技术已经成为全世界几乎所有电脑、数码相机、MP3播放器的标准技术。
【提问8】：纳米材料的制备方法都有哪些？

【提问8】：纳米材料的制备方法都有哪些？
纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法
1. 物理方法
(1)真空冷凝法
用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。
(2)物理粉碎法
通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
(3)机械球磨法
采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
2. 化学方法
(1)气相沉积法
利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。
(2)沉淀法
把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。
(3)水热合成法
高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。
(4)溶胶凝胶法
金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。
(5)微乳液法
两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备
【提问9】：纳米材料的主要用途？

【提问9】：纳米材料的主要用途？
【回答】：　纳米材料的应用领域非常广泛，市场前景很好。以下以纳米粉末材料的应用为例说明。
（1）在纺织工业中的应用
纳米颗粒具有抗紫外线、吸收可见光和红外线、良好的导电和静电屏蔽效应、强的抗菌除臭等功能。把具有这些特殊功能的纳米颗粒应用于服装材料中，可一直被出具有各种功能的服装面料。
（2） 在化妆品中的应用
纳米TiO2, ZnO, SiO2等具有在300-400nm 波段吸收紫外线的特性，可以吸收对人体皮肤较大伤害的这个波段的紫外线，用于各种防晒化妆品如防晒霜、水、护肤霜、粉底霜等。
（3）在涂料中的应用
利用纳米粒子所具有的特殊性能将其用于涂料中，可制备出紫外屏蔽涂料、吸波涂料、导电涂料等。
（4） 在塑料中的应用
当聚合物集体中的分散相离子达到纳米尺度，就有可能将无机物粒子的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、加工性及节电性能有机地结合起来，获得性能优异的纳米复合材料，这类有机/无机纳米复合材料典型的例子有层状硅酸盐改性尼龙。与普通的玻璃纤维增强和矿物增强材料比，其密度低，耐磨性能好。可用于汽车封山叶片、车门等。
（5）在橡胶工业中的应用
（6）在硅酸盐与矿冶工程中的应用
（7）在催化能源中的应用
如纳米催化剂性能更加优异。另外可制备出纳米储氢材料。
（8）在国防中的应用
可以提高常规武器的性能，使武器变得更小、更轻，射击精度更高。
（9）在家电中的应用
一些冰箱、洗衣机、空调等家电已经用上了纳米功能塑料。
【提问10】：半导体纳米材料的催化领域应用的进展有哪些？