一維氧化鋅納米材料

前言

　　納米科學(xué)技術(shù)是一個(gè)新興的、發(fā)展迅猛的多學(xué)科交叉融合的前沿領(lǐng)域，涉及諸多的研究領(lǐng)域與技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是21世紀(jì)主流的科學(xué)技術(shù)之一，當(dāng)前已成為世界高新技術(shù)戰(zhàn)略競爭的熱點(diǎn)，將對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展和科技進(jìn)步產(chǎn)生巨大影響，也是近十年來世界各國政府、科研機(jī)構(gòu)以及企業(yè)高度關(guān)注和高額投入的研發(fā)領(lǐng)域。我國政府對(duì)納米科學(xué)技術(shù)高度重視，國務(wù)院2006年發(fā)布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006——2020年）55及國家“十二五”科技發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃都將納米研究作為重大研究計(jì)劃，科技部、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)等部門也給予了納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域研究極大的關(guān)注與多方面的經(jīng)費(fèi)支持。目前，我國納米科學(xué)技術(shù)的研究發(fā)展迅速，在諸多研究方向取得了舉世矚目的成就，在國際上占有重要地位?！　≡谖覈母叩仍盒：涂蒲袉挝?，有很多研究小組從事納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的研究，取得了具有國際水平、甚至國際一流水平的研究成果，發(fā)表了大量高水平的研究論文。美國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫（Webof Science）顯示，2007年我國在納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域發(fā)表的論文總數(shù)已排名世界第二。在納米材料體系中，一維ZnO納米材料由于具有獨(dú)特的優(yōu)異性能和廣闊的應(yīng)用前景，近十年來受到研究者高度關(guān)注，相關(guān)的研究成果不斷涌現(xiàn)。北京科技大學(xué)的張躍教授以及他所領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，從事一維ZnO納米材料的研究已近十年，在一維ZnO納米材料的控制合成、性能和結(jié)構(gòu)調(diào)控與表征以及相關(guān)功能器件的構(gòu)筑等方面進(jìn)行了系統(tǒng)而又深入的研究，取得了較多研究成果和較大進(jìn)展，受到了國內(nèi)外同行的關(guān)注。

內(nèi)容概要

　　本書對(duì)一維氧化鋅(ZnO)納米材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用等方面進(jìn)行了較系統(tǒng)的介紹。在本書的撰寫過程中，作者力求盡可能全面反映本領(lǐng)域國內(nèi)外具有代表性的研究成果以及最新的研究進(jìn)展?！　∪珪卜志耪隆５?章為納米材料概述；第2章和第3章分別為一維ZnO納米材料的理論研究和表征新技術(shù)；第4章—第6章介紹了一維ZnO納米材料的制備方法、形貌結(jié)構(gòu)及生長機(jī)理；第7章為—維摻雜ZnO納米材料的制備與結(jié)構(gòu)；第8章為一維ZnO納米材料的性能；第9章為一維ZnO納米材料的應(yīng)用?！　”緯晒└叩仍盒＜翱蒲袉挝粡氖录{米材料和納米技術(shù)研究工作的科研人員使用，也可作為高等院校材料、物理、化學(xué)及相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生、研究生的參考用書。

作者簡介

　　張躍，1958年出生于湖南長沙，1993年獲工學(xué)博士學(xué)位，2000年由Ant。hony Mason Fellowship資助在澳大利亞新南威爾士大學(xué)進(jìn)行合作研究，2001年由JSPS資助在日本東北大學(xué)、東京大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)進(jìn)行合作研究和學(xué)術(shù)訪問，2002年為美國佐治亞理工學(xué)院納米材料技術(shù)中心訪問教授?！　堒S教授現(xiàn)任北京科技大學(xué)副校長、國務(wù)院學(xué)位委員會(huì)學(xué)科評(píng)議組材料科學(xué)與工程組成員、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)專家評(píng)審組成員、北京市新能源材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，并兼任中國金屬學(xué)會(huì)常務(wù)理事及材料分會(huì)理事長、中國體視學(xué)會(huì)副理事長及材料分會(huì)理事長、中國微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)納米科學(xué)技術(shù)分會(huì)常務(wù)理事、中國電子顯微鏡學(xué)會(huì)物理與材料專業(yè)委員會(huì)副主任、全國工程碩士教育指導(dǎo)委員會(huì)委員、全國MPA教育指導(dǎo)委員會(huì)委員、北京市學(xué)位委員會(huì)委員、中國博士后基金會(huì)理事、中國學(xué)位與研究生教育學(xué)會(huì)常務(wù)理事、北京科技大學(xué)學(xué)位委員會(huì)副主任，以及Journal of NanoResearch、Frontiers of Physics in China、International Journal of Minerals、Metallurgy and Materials、《中國體視學(xué)及圖像分析》、《電子顯微學(xué)報(bào)》編委等職務(wù)。　　張躍教授是國家杰出青年科學(xué)基金和教育部“跨世紀(jì)優(yōu)秀人才培養(yǎng)計(jì)劃”獲得者、北京市高等學(xué)校青年學(xué)科帶頭人，享受國務(wù)院政府特殊津貼。先后負(fù)責(zé)和.承擔(dān)了國家及省部級(jí)科研項(xiàng)目共30余項(xiàng)，其中包括“973”項(xiàng)目、“863”計(jì)劃項(xiàng)目、科技部重大國際合作項(xiàng)目、國家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（包括重大國際合作、重點(diǎn)及面上項(xiàng)目）、軍工項(xiàng)目以及其他國家或省部級(jí)項(xiàng)目。共獲省部級(jí)一等獎(jiǎng)5項(xiàng)、二等獎(jiǎng)5項(xiàng)，獲國家首次自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目優(yōu)秀論文鼓勵(lì)。發(fā)表國內(nèi)外期刊論文200余篇，其中SCI、EI收錄160余篇，被他人引用近千次，其中單篇他人引用160余次；發(fā)表國內(nèi)外會(huì)議論文近100篇。參加撰寫中文專著6部、英文專著1部。申請(qǐng)專利20余項(xiàng)，已授權(quán)10項(xiàng)。指導(dǎo)博士后6人，博士生20余人，碩士生30余人。

書籍目錄

序 前言 第1章　概述 　1.1　納米材料簡介 　1.2　ZnO納米材料簡介 　參考文獻(xiàn) 第2章　一維ZnO納米材料的理論研究 　2.1　第一性原理計(jì)算方法簡介 　2.2　包絡(luò)函數(shù)法 　2.3　電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究 　　2.3.1　納米材料電子態(tài)的影響因素 　　2.3.2　ZnO納米材料禁帶寬度的變化 　　2.3.3　氫鈍化對(duì)ZnO納米線的影響 　　2.3.4　摻雜ZnO納米線的電子結(jié)構(gòu) 　2.4　電子結(jié)構(gòu)的包絡(luò)函數(shù)法研究 　　2.4.1　ZnO納米線的光學(xué)性能 　　2.4.2　Mn摻雜ZnO納米線的奇異磁性 　2.5　結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用的第一性原理研究 　　2.5.1　In摻雜實(shí)現(xiàn)ZnO納米盤的極性生長 　　2.5.2　ZnO納米線的高壓結(jié)構(gòu)相變 　　2.5.3　ZnO納米線的禁帶寬度隨壓強(qiáng)的變化 　　2.5.4　ZnO納米線的力學(xué)性能 　　2.5.5　傳感器工作原理的探討 　參考文獻(xiàn) 第3章　一維ZnO納米材料表征新技術(shù) 　3.1　納米尺度表征和測(cè)量的特殊性 　3.2　STM—TEM組合表征測(cè)量系統(tǒng) 　3.3　SEM原位操縱測(cè)試系統(tǒng) 　3.4　掃描探針分析 　參考文獻(xiàn) 第4章　一維ZnO納米材料的制備方法 　4.1　氣相沉積法 　　4.1.1　熱蒸發(fā)化學(xué)氣相沉積1——簡單蒸氣反應(yīng)沉積法 　　4.1.2　熱蒸發(fā)化學(xué)氣相沉積2——碳熱還原反應(yīng) 　　4.1.3　熱蒸發(fā)化學(xué)氣相沉積3MOCVD 　　4.1.4　熱蒸發(fā)物理氣相沉積 　　4.1.5　脈沖激光沉積 　　4.1.6　分子束外延法 　　4.1.7　射頻磁控濺射法 　4.2　液相反應(yīng)法 　　4.2.1　液相直接反應(yīng)法 　　4.2.2　電化學(xué)沉積法 　　4.2.3　模板法 　　4.2.4　溶膠—凝膠法 　4.3　固態(tài)反應(yīng)法 　參考文獻(xiàn) 第5章　一維ZnO納米材料的形貌結(jié)構(gòu) 　5.1　納米棒和四針狀納米棒 　　5.1.1　納米棒 　　5.1.2　四針狀納米棒 　5.2　納米陣列 　5.3　納米線、納米帶 　　5.3.1　納米線 　　5.3.2　納米帶 　5.4　芯—?dú)そY(jié)構(gòu) 　5.5　齒狀納米結(jié)構(gòu) 　5.6　其他形貌 　5.7　結(jié)構(gòu)缺陷 　5.8　損傷與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 　　5.8.1　高壓相變研究 　　5.8.2　電致?lián)p傷 　　5.8.3　力學(xué)損傷 　　5.8.4　化學(xué)損傷 　參考文獻(xiàn) 第6章　一維ZnO納米材料的生長機(jī)理 　6.1　氣—固機(jī)理 　6.2　氣—液—固機(jī)理 　6.3　螺旋位錯(cuò)生長機(jī)理 　6.4　極性面控制生長機(jī)理 　6.5　模板輔助生長機(jī)理 　6.6　生長過程的其他解釋 　參考文獻(xiàn) 第7章　一維摻雜ZnO納米材料的制備及結(jié)構(gòu) 第8章　一維ZnO納米材料的性能 第9章　一維ZnO納米材料的應(yīng)用

章節(jié)摘錄

　　納米材料分析包括組分與結(jié)構(gòu)表征和性能研究兩個(gè)方面。電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡技術(shù)是最常用的表征手段，另外，其他常用的分析方法同樣被廣泛用于納米材料的分析表征，如光電子能譜、振動(dòng)光譜、X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜、電子自旋共振、質(zhì)譜、超快激光光譜、差熱與熱重分析、液相色譜、磁學(xué)和電學(xué)分析系統(tǒng)等?！　∮捎诟鞣N測(cè)試技術(shù)的多樣性，在此不做一一介紹。本章主要介紹近年來發(fā)展起來的三種新型表征測(cè)量技術(shù)：sTM-TEM組合表征測(cè)量系統(tǒng)、SEM原位操縱測(cè)試系統(tǒng)及掃描探針分析技術(shù)，并結(jié)合實(shí)例說明其在znO納米材料表征及測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用。　　3.1 納米尺度表征和測(cè)量的特殊性　　納米表征與測(cè)量在納米科技中起著舉足輕重的作用，納米科技研究的飛速發(fā)展對(duì)納米表征與測(cè)量提出了更為迫切的要求。當(dāng)今晶體管和量子效應(yīng)原理性器件已進(jìn)入到亞微米級(jí)，芯片的存儲(chǔ)密度越來越高，尺寸越來越小，納米電子學(xué)中的器件集成已不再遵循微電子學(xué)的規(guī)律，量子效應(yīng)將起主導(dǎo)作用。如何評(píng)價(jià)納米器件是擺在納米表征與測(cè)量科學(xué)面前的重要課題?！　∮捎诩{米結(jié)構(gòu)特征組織微細(xì)的特點(diǎn)，其組織結(jié)構(gòu)及性能的測(cè)量表征都要求相應(yīng)尺度的高度局域化的儀器設(shè)備和分析技術(shù)。相對(duì)在宏觀尺度上的表征與測(cè)量，在微細(xì)尺度的工作顯然要難得多。在納米材料分析表征中所遇到的問題主要來源于尺寸與結(jié)構(gòu)的不均勻性以及對(duì)單個(gè)小尺寸材料可控操作上的困難。對(duì)于不同體系的材料，需要選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)分析與性能研究方法。目前對(duì)納米結(jié)構(gòu)基本單元本征性質(zhì)的研究仍是具有挑戰(zhàn)性的課題。納米尺度表征與測(cè)量的特殊性在于：允許偏差要求嚴(yán)格。測(cè)量數(shù)據(jù)的起伏隨被測(cè)物體的尺寸減小而增加。定性地說，由于不均勻性的影響依體積的平方根的倒數(shù)而增加，因此對(duì)納米結(jié)構(gòu)測(cè)不準(zhǔn)的可能性增大。測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度較弱。對(duì)于電學(xué)的器件，小距離意味著大電場，很可能在不大的電壓下便被擊穿。當(dāng)器件有缺陷和雜質(zhì)時(shí)尤為危險(xiǎn)。在給定每表面單位消耗一定熱量和電阻恒定的條件下，電流隨截面尺寸的二分之三次方減小，同時(shí)，電流密度卻隨半徑的平方根而增加，這樣電遷移就成問題了。

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