1、納米光電材料納米光電材料課程介紹重點(diǎn)：光電薄膜主要內(nèi)容制備表征方法光學(xué)性能電學(xué)性能光電發(fā)射性能課程介紹重點(diǎn)：光電薄膜主要內(nèi)容制備表征方法光學(xué)性能電學(xué)性能光第一章緒論材料與人類文明石器時(shí)代青銅時(shí)代鐵器時(shí)代電子時(shí)代第一章緒論材料與人類文明石器時(shí)代青銅時(shí)代鐵器時(shí)代電子時(shí)代石器時(shí)代（10000年前）石器時(shí)代（10000年前）青銅時(shí)代（5000年前）青銅時(shí)代（5000年前）鐵器時(shí)代（3000年前）鐵器時(shí)代（3000年前）電子時(shí)代（20世紀(jì)中葉）電子時(shí)代（20世紀(jì)中葉）未來（光電子時(shí)代？）未來（光電子時(shí)代？）納米材料什么是納米材料（1）納米尺度：1nm到100nm范圍的幾何尺度；（2）納米結(jié)構(gòu)單元：具有納

2、米尺度結(jié)構(gòu)特征的物質(zhì)單元，包括穩(wěn)定的團(tuán)簇或人造原子團(tuán)簇、納米晶、納米粒子、納米管、納米棒、納米線、納米單層膜及納米孔等；（3）納米材料：物質(zhì)結(jié)構(gòu)在三維空間至少有一維處于納米尺度，或由納米結(jié)構(gòu)單元組成的且具有特殊性質(zhì)的材料。 納米材料什么是納米材料（1）納米尺度：1nm到100nm范圍納米材料的發(fā)展歷史古人的“無意之作”：在2000多年前的希臘羅馬時(shí)期，古埃及人掌握了一種把頭發(fā)染黑的技術(shù)，其機(jī)理是通過原位反應(yīng)的方式，在頭發(fā)的皮質(zhì)層及表層形成了平均粒徑約5nm的方鉛礦納米粒子。1000年以前，中國人利用燃燒的蠟燭形成的煙霧制成碳黑，作為墨的原料或著色染料，科學(xué)家們將其譽(yù)為最早的納米材料。中國古代的

3、銅鏡表面防銹層是由Sn02顆粒構(gòu)成的薄膜。公元4世紀(jì)古羅馬的萊格拉斯雕花玻璃酒杯（Lycurgus Cup），在反射光下呈綠色、在透射光下則呈紅色，源于在玻璃杯的內(nèi)層形成了微量的金、銀納米粒子。納米材料的發(fā)展歷史古人的“無意之作”：在2000多年前的希臘 古人的納米材料作品左：王羲之的“喪亂帖”，1300多年前流傳到日本；右：萊格拉斯杯 古人的納米材料作品納米材料的分類 基本類型尺度、形貌與結(jié)構(gòu)特征實(shí)例零維納米材料三維尺度均為納米級(jí)，沒有明顯的取向性，近等軸狀。原子團(tuán)簇（atom cluster），量子點(diǎn)（quantum dot），納米粒子（nanoparticle）一維納米材料單向延伸，二維

4、尺度為納米級(jí)，第三維尺度不限。納米棒（nanorod），納米線（nanowire），納米管（nanotube），納米晶須（nano whisker），納米纖維（nanofiber），納米卷軸（nanoscroll），納米帶（nanobelt）單向延伸，直徑大于100納米，具有納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)纖維（nanostructured fiber）二維納米材料一維尺度為納米級(jí)，面狀分布。納米片（nanoflake），納米板（nanoplate），納米薄膜（nanofilm），納米涂層（nanocoating），單層膜（monolayer），納米多層膜（nano multilayer）面狀分布，厚度大于

5、100納米，具有納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)薄膜（nanostructured film），納米結(jié)構(gòu)涂層（nanostructured coating）三維納米材料包含納米結(jié)構(gòu)單元、三維尺寸均超過納米尺度的固體。納米陶瓷（nanoceramics），納米金屬（nanometals），納米孔材料（nanoporous materials），氣凝膠（aerogel），納米結(jié)構(gòu)陣列 （nanostructured arrays）由不同類型低維納米結(jié)構(gòu)單元或低維納米結(jié)構(gòu)單元與常規(guī)材料復(fù)合形成的固體。納米復(fù)合材料（nanocomposite materials）納米材料的分類 基本類型尺度、形貌與結(jié)構(gòu)特征實(shí)例零維

6、納米材料零維納米材料金屬納米粒子、半導(dǎo)體納米粒子、陶瓷納米粒子以及量子點(diǎn)的可控制備取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。納米粒子的表面進(jìn)行有機(jī)或無機(jī)包覆改性：控制納米粒子在制備與加工過程中長(zhǎng)大及團(tuán)聚。消除顆粒表面的電荷效應(yīng)、有效防止團(tuán)聚，在通過燒結(jié)等高溫過程制備納米結(jié)構(gòu)塊體或薄膜材料時(shí)可以抑制顆粒的長(zhǎng)大，有利于納米粒子與高分子材料復(fù)合。研究的熱點(diǎn)：在電子信息、生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景的過渡金屬納米粒子與貴金屬納米粒子。 零維納米材料金屬納米粒子、半導(dǎo)體納米粒子、陶瓷納米粒子以及量C60量子點(diǎn)金屬團(tuán)簇C60量子點(diǎn)金屬團(tuán)簇一維納米材料研究重點(diǎn)：納米管與納米線，碳納米管：大批量制備與高效分離、純化仍然是亟待解

7、決的難題。最近的進(jìn)展包括一步合成碳納米管、把單層碳納米管加工成所需要的任意形狀、微波輔助純化單壁碳納米管、利用DNA序列分揀出特殊碳納米管等。氮化硼納米管、二氧化鈦納米管以及各種納米線的制備與應(yīng)用研究方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。研究熱點(diǎn)：一維納米材料在復(fù)合材料中的應(yīng)用，納米管、納米線、納米纖維等增強(qiáng)復(fù)合材料的研究進(jìn)展很快，已進(jìn)入商業(yè)領(lǐng)域。一維納米材料研究重點(diǎn)：納米管與納米線，研究熱點(diǎn)：一維納米材料納米管納米管納米棒或納米線納米棒或納米線納米帶：其截面為四邊形納米帶：其截面為四邊形納米同軸電纜：徑向在納米尺度的核/殼準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)。納米同軸電纜：徑向在納米尺度的核/殼準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)。二維納米材料二維納米結(jié)構(gòu)

8、單元：納米片，薄膜石墨烯：也被看作一種超材料，當(dāng)前的研究熱點(diǎn)包括大規(guī)模、低成本制備高質(zhì)量的石墨烯，以及石墨烯內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征及其性能。除石墨烯以外，對(duì)于其他納米片材料的研究的成果較少，其中具有馬賽克結(jié)構(gòu)的氧化錳、氫氧化鈷納米片為構(gòu)筑具有有序結(jié)構(gòu)的材料提供了新的途徑。熱點(diǎn)：主要集中在功能型納米結(jié)構(gòu)薄膜與涂層上，以及石墨烯的特殊物理化學(xué)性能。 二維納米材料二維納米結(jié)構(gòu)單元：納米片，薄膜熱點(diǎn)：主要集中在功二維納米材料的代表：石墨烯二維納米材料的代表：石墨烯中南民族大學(xué)電子顯微鏡下觀測(cè)的石墨烯片，其碳原子間距僅0.14納米中南民族大學(xué)電子顯微鏡下觀測(cè)的石墨烯片，其碳原子間距僅0.1三維納米材料結(jié)構(gòu)型三維納

9、米材料：利用納米尺寸效應(yīng)大幅度提高材料的力學(xué)性能。納米結(jié)構(gòu)金屬及合金主要是利用納米顆粒小尺寸效應(yīng)所造成的無位錯(cuò)或低位錯(cuò)密度區(qū)域提高其硬度與強(qiáng)度，如納米結(jié)構(gòu)塊體銅材的硬度比常規(guī)材料高50倍、屈服強(qiáng)度高12倍；納米陶瓷材料，則著重提高斷裂韌性、降低脆性，如納米結(jié)構(gòu)碳化硅的斷裂韌性比常規(guī)材料提高100倍。功能型三維納米材料：在傳感器、燃料電池電極、催化劑載體、信息存儲(chǔ)等很多領(lǐng)域都有著重要的作用。目前的制備方法主要有膠體自組裝、高分子相分離以及控制化學(xué)刻蝕等，但這些方法的適用領(lǐng)域狹窄、實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜，制造三維納米結(jié)構(gòu)的全面解決方案還有待開發(fā)，納米模版法等提供了新的途徑。 三維納米材料結(jié)構(gòu)型三維納米材料：

10、利用納米尺寸效應(yīng)大幅度提高材納米材料的功能和應(yīng)用力學(xué)性能和應(yīng)用熱學(xué)性能和應(yīng)用電學(xué)性能和應(yīng)用光學(xué)性能和應(yīng)用光電學(xué)性能和應(yīng)用磁學(xué)性能和應(yīng)用超導(dǎo)性能和應(yīng)用化學(xué)性能和應(yīng)用納米材料的功能和應(yīng)用力學(xué)性能和應(yīng)用納米材料的功能和應(yīng)用力學(xué)性能和應(yīng)用硬度超塑性拉強(qiáng)度（碳納米管）納米材料的功能和應(yīng)用力學(xué)性能和應(yīng)用納米材料的功能和應(yīng)用力學(xué)性能和應(yīng)用復(fù)合材料增強(qiáng)劑納米秤納米材料的功能和應(yīng)用力學(xué)性能和應(yīng)用納米材料的功能和應(yīng)用熱學(xué)性能和應(yīng)用熔點(diǎn)降低冶金工業(yè)納米材料的功能和應(yīng)用熱學(xué)性能和應(yīng)用納米材料的功能和應(yīng)用電學(xué)性能和應(yīng)用介電性能輸運(yùn)性能高密度存儲(chǔ)量子隧道效應(yīng)庫倫堵塞納米材料的功能和應(yīng)用電學(xué)性能和應(yīng)用量子隧道效應(yīng)庫倫堵塞納

11、米材料的功能和應(yīng)用光學(xué)性能和應(yīng)用光吸收系數(shù)大光反射系數(shù)小光致發(fā)光紅外吸收納米材料的功能和應(yīng)用光學(xué)性能和應(yīng)用納米材料的功能和應(yīng)用光電性能和應(yīng)用光電效應(yīng)光電響應(yīng)時(shí)間太陽能電池（內(nèi)光電效應(yīng)）納米材料的功能和應(yīng)用光電性能和應(yīng)用光電效應(yīng)1921年諾貝爾物理獎(jiǎng)光電效應(yīng)1921年諾貝爾物理獎(jiǎng)光電響應(yīng)時(shí)間光照開始電子進(jìn)入真空光電響應(yīng)時(shí)間光電響應(yīng)時(shí)間光照開始電子進(jìn)入真空光電響應(yīng)時(shí)間太陽能電池太陽能電池納米材料的功能和應(yīng)用磁學(xué)性能和應(yīng)用矯頑力巨磁阻效應(yīng)絕熱退磁效應(yīng)納米材料的功能和應(yīng)用磁學(xué)性能和應(yīng)用矯頑力最大數(shù)值塊體為零（超順磁）大粒徑小粒徑矯頑力最大數(shù)值塊體為零（超順磁）大粒徑小粒徑巨磁阻巨磁阻納米材料的功能和應(yīng)

12、用超導(dǎo)性能和應(yīng)用超導(dǎo)現(xiàn)象：電阻消失（1911年昂尼斯）K doped C60納米材料的功能和應(yīng)用超導(dǎo)性能和應(yīng)用K doped C60納米材料的功能和應(yīng)用化學(xué)性能和應(yīng)用催化作用（高比表面積）光催化作用傳感器燃燒化學(xué)（提高燃燒效率）催化化學(xué)（改善催化效果）納米材料的功能和應(yīng)用化學(xué)性能和應(yīng)用納米薄膜薄膜分類按成分分類按結(jié)構(gòu)分類按功能分類納米薄膜薄膜分類薄膜成分金屬薄膜、金屬氧化物薄膜、金屬混合物薄膜半導(dǎo)體薄膜氧化物薄膜無機(jī)薄膜有機(jī)薄膜 金屬與半導(dǎo)體復(fù)合薄膜 無機(jī)物與有機(jī)物薄膜成分薄膜材料的結(jié)構(gòu)單層薄膜多層薄膜納米薄膜薄膜材料的結(jié)構(gòu)薄膜功能力學(xué)功能薄膜熱學(xué)功能薄膜電學(xué)功能薄膜光學(xué)功能薄膜光電功能薄膜磁

13、學(xué)功能薄膜電磁功能薄膜聲學(xué)功能薄膜分子功能薄膜薄膜功能光電功能薄膜光電效應(yīng)出現(xiàn)新的載流子（內(nèi)光電效應(yīng)）發(fā)射電子（外光電效應(yīng)）光電功能薄膜光電效應(yīng)出現(xiàn)新的載流子發(fā)射電子光電發(fā)射 光能電能光電發(fā)射 光能電能光電發(fā)射 100多年前，赫茲發(fā)現(xiàn)紫外線照射金屬負(fù)極可以在正負(fù)兩電極間引起火花放電勒納和湯姆孫證明發(fā)射的是電子斯托列托夫發(fā)現(xiàn)陰極的光電流大小與光強(qiáng)成正比勒納發(fā)現(xiàn)發(fā)射電子能量與光強(qiáng)無關(guān)光電發(fā)射 100多年前，赫茲發(fā)現(xiàn)紫外線照射金屬負(fù)極可以在正負(fù)光電發(fā)射 1905，愛因斯坦證明發(fā)射電子的動(dòng)能與光頻率有關(guān)，并提出定量的力量解釋1929-1930，第一個(gè)復(fù)雜實(shí)用光電薄膜陰極Ag-O-Cs1955，多堿光電陰極1963，固體溶膠理論，解釋了Ag-O-Cs陰極光電發(fā)射機(jī)理光電發(fā)射 1905，愛因斯坦證明發(fā)射電子的動(dòng)能與光頻率有關(guān)，光電發(fā)射 20世紀(jì)50年，半導(dǎo)體光電發(fā)射薄膜材料20世紀(jì)50年末，半導(dǎo)體能帶理論，解釋Sb-Cs光電陰極的光電子特性20世紀(jì)60