纳电子学
许多人认为纳米科技仅仅是遥远的未来基础科学的事情,而没有什么实际意义。但我确信纳米科技现在已具有与此同时150年前微米科技所具有的希望和重要意义。150年前,微米成为新的精确标准,并成为工业革命的技术基础,最早和级的纳米碳管。
国际上纳米研究
世界各国都充分地认识到纳米技术将成为明天高新技术产业的源头,纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。
美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心,列为国家战略目标,在纳米科技基础研究方面的投资,从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元,准备像微电子技术那样独占领先地位。布什政府比克林顿政府更加重视发展纳米科技,并制定了新的目标,希望到2010年能培养80万名真正懂得纳米科技的人才,新增加200万就业岗位,使美国纳米技术对gdp贡献达到万亿美元。
日本设立了纳米材料中心,把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点,将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。
德国把纳米技术列为21世纪科研的战略领域,全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。
在纳米技术的研究方面,现在美国已在纳米结构组装体系的高比表面纳米颗粒制备与合成方面领先,在纳米功能涂层设计改性及纳米材料在生物技术中的应用上与欧共体并列世界第一,纳米尺度的元器件和纳米固体制备上与日本分庭抗礼。
中国在纳米方面的研究
我国早在1985年就开展了纳米方面的研究,在北京大学建立了“人工微结构和介观物理国家实验室”,在南京大学建立了“固体微结构国家重点实验室”。
自1985年以来,中国科学技术大学“结构分析中心”一直在从事物质结构方面的研究,在单分子取向、C60单分子和团族的器件研究方面取得一系列重大成果。组建了“微尺度物质科学国家实验室”。
八五期间,“分子器件的基础研究”列为国家自然科学基金重大项目,“纳米材料科学”列入国家攀登项目等。
十五期间,国家投入25-30亿组织纳米技术研究和产业化发展。
中国纳米科技发展的总体目标
国家科技部制定了2001-2010年《国家纳米科技发展纲要》,明确要求:到2010年,我居国际先进行列,在若干方面具有竞争优势:
形成若干具有的纳米科技创新基地,基本完成我国纳米科技创新体系的建设,为长远发展奠定基础;
大幅度提高我国纳米科技创新能力,一批纳米科技成果实用化或产业化;
形成一批具有市场竞争能力的骨干企业。
中国纳米科技发展的总体目标
为应对《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》的相关计划,制定了纳米研究“十二五”专项规划,明确提出以深化基础研究和促进产业化为主线,促进纳米科学技术与经济相结合,发挥我基础研究优势,抢占未来科技发展的制高点:
在纳米材料、器件和系统、生物医学、测量表征等方面取得国际一流的原创性成果
在信息、生物医药、能源、环境、制造等重要应用领域取得重大进展
促进纳米绿色印刷制版、高密度存储器、新型显示、疾病快速诊断、水净化、高效能源转化等纳米材料、器件与技术的规模化应用
培养一批高水平的学术带头人并形成在国际上有重要影响的研究团队
纳米级中国地图,刻线粗细为10纳米
世界上最小的唐诗
(10微米×10微米)
纳米测量和加工显微镜
扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,STM)
原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)
近场光学显微镜(Scanning Near-Field Optical Microscopy,SNOM )
扫描噪声显微镜(Scanning Noise Microscope,SNM)
扫描隧道电位仪(Scanning Tunneling Potentiometry,STP)
弹道电子发射显微镜(Ballistic Electron Emission Microscope,BEEM)
扫描热显微镜(Scanning Thermal Microscope)
扫描离子电导显微镜(Scanning Ion-Conductance Microscope,
SICM)
光子扫描隧道显微镜(Photon Scanning Tunneling Microscope,PSTM)
扫描隧道显微镜
STM是基于导电的样品和针尖之间的隧道电流的大小与它们之间的距离的增大呈指数关系下降的原理研制的。
当针尖和样品距离小于1nm的时候,针尖中的电子波函数与样品表面的电子波函数交叠,当把针尖与样品之间加上偏压时,就可以使它们之间的电子流动,这种现象在量子力学里被称为隧道效应或隧穿,它们之间的电流被称为隧道电流。
STM就
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