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納米技術(shù)論文范文第1篇

1.1汽車尾氣的凈化城市建設(shè)的發(fā)展與城市人民生活水平的提高，使汽車成為了人們出行必不可少的交通工具。汽車數(shù)量的增多，在很大程度上加劇了我國汽車尾氣的排放量，從而加重了我國大氣污染的程度。大氣中汽車尾氣含量的增加不僅會對人們的生活空間造成嚴(yán)重的污染，并且會進(jìn)一步危害人們的生命健康安全。為了解決這一問題，我國已經(jīng)開始了對新型清潔能源的研究以及對汽車尾氣凈化方法的鉆研，然而收效甚微。而納米技術(shù)與納米材料的出現(xiàn)在很大程度上為這一問題的解決帶來了重大突破，對我國城市大氣環(huán)境凈化具有重要的作用與意義。人們通過利用納米材料來制作汽車尾氣傳感器的方式，來對汽車尾氣中的污染氣體進(jìn)行吸附與過濾，并對超標(biāo)的尾氣排放情況進(jìn)行監(jiān)控與報(bào)警，從而更好的提高汽車尾氣的凈化程度，降低汽車尾氣的排放量。并且人們還利用納米技術(shù)來對汽車尾氣的空燃比情況進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)試，以最大限度的減少汽車富油燃燒情況的出現(xiàn)，從而有效的降低汽車尾氣中有害氣體的排放量、減少石油能源的消耗。通常來說，人們選用納米稀土鈦礦型符復(fù)合氧化物來作為尾氣筒的制作材料，因?yàn)榇朔N材料能夠有效的對汽車排放出來的一氧化碳、一氧化氮等有毒氣體進(jìn)行催化和轉(zhuǎn)化。使其轉(zhuǎn)化成為干凈的空氣。

1.2室內(nèi)空氣凈化人們?yōu)榱嗣阑约旱木幼】臻g或是需要對新購置的房產(chǎn)進(jìn)行裝修，就難免會使用大量的涂料、油漆等富含甲醛、甲苯的化學(xué)用品來涂刷家具或墻壁，這就會使得裝修房間內(nèi)甲醛、甲苯等有害氣體濃度大大提高，從而對人們的生命健康造成一定不良的影響。而將光催化劑用于新裝修的房屋內(nèi)能夠很好的對超標(biāo)的甲醛、甲苯等有害物質(zhì)進(jìn)行降解和吸附，提高物內(nèi)的空氣清新度，使室內(nèi)空氣更加安全、無害。而納米TiO2則是一款十分不錯(cuò)的光催化劑原料，對甲醛、甲苯等有害物質(zhì)具有良好的吸附于降解作用。與此同時(shí)，納米TiO2新材料還具有十分強(qiáng)大的殺菌與除臭作用，能夠快速、高效的提高室內(nèi)的衛(wèi)生安全程度。由于納米TiO2新材料具有這一優(yōu)勢，因此其在醫(yī)院中的病房與手術(shù)室中也具有十分廣泛的應(yīng)用。1.3對大氣中硫氧化物的凈化工業(yè)，尤其是重工業(yè)的發(fā)展使得我國城市空氣中的二氧化硫、一氧化碳與碳氧化物氣體含量大幅增加，對人們的健康造成了十分惡劣的影響，長此以往，將會造成不可估量的嚴(yán)重后果。而大氣中這些有害氣體的增加主要是由于化工場各種化學(xué)燃料未能充分燃燒造成的。而將納米材料制成的催化劑應(yīng)用到燃料燃燒過程中，能夠有效的促進(jìn)化學(xué)能源的充分燃燒，從而降低一氧化碳有害氣體的排放量，并且還能夠使燃燒中產(chǎn)生的硫化物以固體的形式保存下來。而這對大氣環(huán)境質(zhì)量的改善具有十分重要的作用和意義。并且利用納米材料作為燃燒的催化劑，還可以促進(jìn)能源利用率的有效提高，推動我國企業(yè)節(jié)能減排的發(fā)展。

2納米技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用

2.1處理無機(jī)污染廢水重金屬是一種十分有價(jià)值的資源，在我國的生產(chǎn)生活中具有十分重要的作用。然而由于在重金屬開采與工業(yè)生產(chǎn)中人們沒有做好相應(yīng)的技術(shù)處理措施，致使大量的重金屬資源流失，其中一部分流失的重金屬會進(jìn)入水中，造成水資源的嚴(yán)重污染。而受污染的水會通過各種渠道對環(huán)境與人們的身體健康造成不良的影響與危害。而利用納米技術(shù)中的納米粒子對無機(jī)污染廢水進(jìn)行處理，能夠?qū)λ械闹亟饘倭Ｗ舆M(jìn)行還原，使其形成重金屬結(jié)晶體。這樣一來，就既有效的使水資源變得更加清潔健康，而且也在另一程度上實(shí)現(xiàn)了對重金屬的回收，減少了資源浪費(fèi)，可謂是一舉兩得。

2.2處理有機(jī)污染廢水科學(xué)研究已經(jīng)證明，作為光催化劑原料的TiO2能夠有效的對被氧化水中的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行降解。相關(guān)科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)證實(shí)，納米光催化劑能夠?qū)ξ廴舅械陌耸喾N有機(jī)污染物質(zhì)進(jìn)行降解處理，通過光化學(xué)反應(yīng)使這些有毒物質(zhì)變?yōu)閷Νh(huán)境和人力無危害的物質(zhì)，從而有效的實(shí)現(xiàn)對環(huán)境中有機(jī)污染廢水的凈化。提高環(huán)境中水的健康清潔程度。

2.3對自來水進(jìn)行凈化處理新型納米級凈水劑的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑AL2O3的十到二十倍。新型納米凈水劑通過對納米磁性物質(zhì)、纖維物質(zhì)以及活性炭裝置的利用，能夠很好的實(shí)現(xiàn)對水中懸浮顆粒以及各種雜質(zhì)的吸附，使水中的異味和鐵銹等物質(zhì)得以去除干凈，從而實(shí)現(xiàn)對自來水的全面凈化。在此基礎(chǔ)上，人們還可以利用帶有納米孔徑的處理膜和帶有不同納米孔徑的陶瓷小球處理裝置，來實(shí)現(xiàn)殺滅自來水中細(xì)菌、病毒的目的，從而進(jìn)一步提高飲用純凈水的衛(wèi)生安全質(zhì)量，并且在這一過程中，水中的各種礦物質(zhì)元素并不會被吸附掉，而是能夠最終保存在水中，提高自來水的礦物活性成分含量。

3納米技術(shù)在其它環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1納米技術(shù)在城市固體廢物處理方面的應(yīng)用納米技術(shù)在城市固體廢物處理方面所發(fā)揮的作用主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：首先，利用納米技術(shù)能夠很好的實(shí)現(xiàn)對橡膠、塑料以及印刷電路板等固體廢物的處理。人們通過利用納米技術(shù)對這一類型的固體廢物進(jìn)行再加工，使其形成微粉顆粒，并將其中夾雜的各種雜物、異物去除，就能使這些由橡膠、塑料等制成的微粉顆粒原料得以循環(huán)利用，提高資源利用率。第二，利用納米TiO2催化技術(shù)加速城市廢物的降解速度，從而有效緩解城市垃圾量不斷加大給城市環(huán)境污染治理帶來的壓力。

3.2納米技術(shù)在防止電磁波輻射方面的應(yīng)用電子信息科技的發(fā)展使得電磁場、電磁波等在城市中的運(yùn)用越來越普遍。而研究發(fā)現(xiàn)，電磁場發(fā)出的電磁波在很大程度上會對人的神經(jīng)系統(tǒng)造成一定的不利影響、威脅人們的生命健康安全。而納米技術(shù)與納米材料的出現(xiàn)則有效緩解了電磁波問題帶給人們的壓力。人們通過在墻體中安裝納米材料的方式來提高建筑的抗輻射能力，從而保證生活在建筑內(nèi)的人免受電磁波的干擾與輻射。

3.3納米技術(shù)及納米材料在噪聲控制方面的應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)與社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市中的人口聚集程度也越來越高。喧鬧的人群、發(fā)達(dá)的工業(yè)生產(chǎn)、汽車等都在很大程度上加劇了城市噪音的強(qiáng)度?？茖W(xué)家們已經(jīng)通過相關(guān)的科學(xué)研究與實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)噪聲污染達(dá)到一定級別時(shí)很可能對人類的身體健康造成不利影響，重者甚至?xí)斐扇说乃劳?。一般來說，飛機(jī)、輪船、汽車以及工廠中的某些機(jī)械在啟動狀態(tài)下，其噪聲可達(dá)到上百分貝，導(dǎo)致環(huán)境噪聲污染的形成。而將納米技術(shù)應(yīng)用到這些機(jī)械設(shè)備中，能夠有效降低機(jī)械設(shè)備之間的摩擦作用力，從而有效降低噪聲的分貝，實(shí)現(xiàn)對噪聲污染的有效控制。利用納米科技研發(fā)出的劑應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備后，不僅能降低機(jī)械運(yùn)行時(shí)的噪聲，還可以促進(jìn)機(jī)械運(yùn)行壽命的延長。

4結(jié)束語

納米技術(shù)論文范文第2篇

關(guān)鍵詞：納米科學(xué)納米技術(shù)納米管納米線納米團(tuán)簇半導(dǎo)體

NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution

Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.

Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor

I.引言

納米科學(xué)和技術(shù)所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結(jié)構(gòu)的制備和表征。在這個(gè)領(lǐng)域的研究舉世矚目。例如，美國政府2001財(cái)政年度在納米尺度科學(xué)上的投入要比2000財(cái)政年增長83%，達(dá)到5億美金。有兩個(gè)主要的理由導(dǎo)致人們對納米尺度結(jié)構(gòu)和器件的興趣的增加。第一個(gè)理由是，納米結(jié)構(gòu)（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學(xué)效應(yīng)占主導(dǎo)地位，這導(dǎo)致非經(jīng)典的行為，譬如，量子限制效應(yīng)和分立化的能態(tài)、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現(xiàn)象除引起人們對基礎(chǔ)物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實(shí)現(xiàn)的想法和觀念，例如，單電子輸運(yùn)器件和量子點(diǎn)激光器等。第二個(gè)理由是，在半導(dǎo)體工業(yè)有器件持續(xù)微型化的趨勢。根據(jù)“國際半導(dǎo)體技術(shù)路向（2001）“雜志，2005年前動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預(yù)期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預(yù)期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預(yù)期就會出現(xiàn)。到2005年類似的問題將預(yù)期出現(xiàn)在DRAM的制造過程中。半導(dǎo)體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術(shù)保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設(shè)計(jì)和制造方案，因?yàn)楫?dāng)MOS器件的尺寸縮小到一定程度時(shí)基礎(chǔ)物理極限就會達(dá)到。隨著傳統(tǒng)器件尺寸的進(jìn)一步縮小，量子效應(yīng)比如載流子邃穿會造成器件漏電流的增加，這是我們不想要的但卻是不可避免的。因此，解決方案將會是制造基于量子效應(yīng)操作機(jī)制的新型器件，以便小物理尺寸對器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我們能夠制造納米尺度的器件，我們肯定會獲益良多。譬如，在電子學(xué)上，單電子輸運(yùn)器件如單電子晶體管、旋轉(zhuǎn)柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數(shù)個(gè)而非以往的成千上萬的電子來運(yùn)作，這導(dǎo)致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關(guān)速度。在光電子學(xué)上，量子點(diǎn)激光器展現(xiàn)出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優(yōu)點(diǎn)，其中大微分增益可以產(chǎn)生大的調(diào)制帶寬。在傳感器件應(yīng)用上，納米傳感器和納米探測器能夠測量極其微量的化學(xué)和生物分子，而且開啟了細(xì)胞內(nèi)探測的可能性，這將導(dǎo)致生物醫(yī)學(xué)上迷你型的侵入診斷技術(shù)出現(xiàn)。納米尺度量子點(diǎn)的其他器件應(yīng)用，比如，鐵磁量子點(diǎn)磁記憶器件、量子點(diǎn)自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經(jīng)被提出，可以肯定這些應(yīng)用會給我們帶來許多潛在的好處?？偠灾?，無論是從基礎(chǔ)研究（探索基于非經(jīng)典效應(yīng)的新物理現(xiàn)象）的觀念出發(fā)，還是從應(yīng)用（受因結(jié)構(gòu)減少空間維度而帶來的優(yōu)點(diǎn)以及因應(yīng)半導(dǎo)體器件特征尺寸持續(xù)減小而需要這兩個(gè)方面的因素驅(qū)使）的角度來看，納米結(jié)構(gòu)都是令人極其感興趣的。

II.納米結(jié)構(gòu)的制備———首次浪潮

有兩種制備納米結(jié)構(gòu)的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預(yù)制好的納米部件（納米團(tuán)簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結(jié)構(gòu)直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個(gè)基本步驟：1）納米部件的制備；2）納米部件的整理和篩選；3）納米部件組裝成器件（這可以包括不同的步驟如固定在襯底及電接觸的淀積等等）。“build-up“的優(yōu)點(diǎn)是個(gè)體納米部件的制備成本低以及工藝簡單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學(xué)合成可以用來制備納米元件。目前，在國內(nèi)、在香港以及在世界上許多的實(shí)驗(yàn)室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團(tuán)簇。這些努力已經(jīng)證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點(diǎn)是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當(dāng)大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結(jié)構(gòu)的合成后工藝再加工相當(dāng)困難。特別是，如何整理和篩選有著窄尺寸分布的納米元件是一個(gè)至關(guān)重要的問題，這一問題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問題，“build-up“依然是一種能合成大量納米團(tuán)簇以及納米線、納米管的有效且簡單的方法。可是這些合成的納米結(jié)構(gòu)直到目前為止仍然難以有什么實(shí)際應(yīng)用，這是因?yàn)樗鼈內(nèi)狈?shí)用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且，因?yàn)橥瑯拥脑蛴眠@種方法合成的納米結(jié)構(gòu)的功能性質(zhì)相當(dāng)差。不過上述方法似乎適宜用來制造傳感器件以及生物和化學(xué)探測器，原因是垂直于襯底生長的納米結(jié)構(gòu)適合此類的應(yīng)用要求。

“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機(jī)理與現(xiàn)代工業(yè)裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術(shù)如分子束外延(MBE)、化學(xué)氣相淀積（MOVCD）等來進(jìn)行器件制造的傳統(tǒng)方法?！癇uild-down”方法的缺點(diǎn)是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術(shù)路徑來制造納米結(jié)構(gòu)。最簡單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結(jié)構(gòu)來得到量子點(diǎn)或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結(jié)構(gòu)。這兩種技術(shù)都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術(shù)是通過自組裝機(jī)制來制造量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長模式中，當(dāng)材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉(zhuǎn)換成三維的島狀生長，這時(shí)量子點(diǎn)就會生成。業(yè)已證明基于自組裝量子點(diǎn)的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點(diǎn)器件的飽和材料增益要比相應(yīng)的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個(gè)量級。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續(xù)波量子點(diǎn)激光器也已經(jīng)報(bào)道。無論是何種材料系統(tǒng)，量子點(diǎn)激光器件都預(yù)期具有低閾值電流密度，這預(yù)示目前還要求在大閾值電流條件下才能激射的寬帶系材料如III組氮化物基激光器還有很大的顯著改善其性能的空間。目前這類器件的性能已經(jīng)接近或達(dá)到商業(yè)化器件所要求的指標(biāo)，預(yù)期量子點(diǎn)基的此類材料激光器將很快在市場上出現(xiàn)。量子點(diǎn)基光電子器件的進(jìn)一步改善主要取決于量子點(diǎn)幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。雖然在生長條件上如襯底溫度、生長元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點(diǎn)的尺寸和密度，自組裝量子點(diǎn)還是典型底表現(xiàn)出在大小、密度及位置上的隨機(jī)變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的漲落導(dǎo)致它們的光發(fā)射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優(yōu)點(diǎn)。由于量子點(diǎn)尺寸的統(tǒng)計(jì)漲落和位置的隨機(jī)變化，一層含有自組裝量子點(diǎn)材料的光致發(fā)光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中這種譜展寬效應(yīng)可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點(diǎn)可典型地展現(xiàn)出豎直對準(zhǔn)排列，這可以有效地改善量子點(diǎn)的均勻性。然而，當(dāng)隔離層薄的時(shí)候，在一列量子點(diǎn)中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統(tǒng)而帶來的優(yōu)點(diǎn)。怎樣優(yōu)化量子點(diǎn)的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點(diǎn)又同時(shí)保持載流子能夠限制在量子點(diǎn)的個(gè)體中對于獲得器件的良好性能是至關(guān)重要的。

很清楚納米科學(xué)的首次浪潮發(fā)生在過去的十年中。在這段時(shí)期，研究者已經(jīng)證明了納米結(jié)構(gòu)的許多嶄新的性質(zhì)。學(xué)者們更進(jìn)一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)制造。這些成果向我們展示，如果納米結(jié)構(gòu)能夠大量且廉價(jià)地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。

在未來的十年中，納米科學(xué)和技術(shù)的第二次浪潮很可能發(fā)生。在這個(gè)新的時(shí)期，科學(xué)家和工程師需要征明納米結(jié)構(gòu)的潛能以及期望功能能夠得到兌現(xiàn)。只有獲得在尺寸、成份、位序以及材料純度上良好可控能力并成功地制造出實(shí)用器件才能實(shí)現(xiàn)人們對納米器件所期望的功能。因此，納米科學(xué)的下次浪潮的關(guān)鍵點(diǎn)是納米結(jié)構(gòu)的人為可控性。

III.納米結(jié)構(gòu)尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮

為了充分發(fā)揮量子點(diǎn)的優(yōu)勢之處，我們必須能夠控制量子點(diǎn)的位置、大小、成份已及密度。其中一個(gè)可行的方法是將量子點(diǎn)生長在已經(jīng)預(yù)刻有圖形的襯底上。由于量子點(diǎn)的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發(fā)態(tài)子能級效應(yīng)，如對于GaN材料量子點(diǎn)的橫向尺寸要小于8納米）才能實(shí)現(xiàn)室溫工作的光電子器件，在襯底上刻蝕如此小的圖形是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。對于單電子晶體管來說，如果它們能在室溫下工作，則要求量子點(diǎn)的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過了傳統(tǒng)光刻所能達(dá)到的精度極限。有幾項(xiàng)技術(shù)可望用于如此的襯底圖形制作。

—電子束光刻通?？梢杂脕碇谱魈卣鞒叨刃≈?0納米的圖形。如果特殊薄膜能夠用作襯底來最小化電子散射問題，那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來。在電子束光刻中的電子散射因?yàn)樗^近鄰干擾效應(yīng)（proximityeffect）而嚴(yán)重影響了光刻的極限精度，這個(gè)效應(yīng)造成制備空間上緊鄰的納米結(jié)構(gòu)的困難。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是相當(dāng)費(fèi)時(shí)。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時(shí)間1小時(shí)，這不適宜于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。電子束投影系統(tǒng)如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發(fā)展之中以便使這項(xiàng)技術(shù)較適于用于規(guī)模生產(chǎn)。目前，耗時(shí)和近鄰干擾效應(yīng)這兩個(gè)問題還沒有得到解決。

—聚焦離子束光刻是一種機(jī)制上類似于電子束光刻的技術(shù)。但不同于電子束光刻的是這種技術(shù)并不受在光刻膠中的離子散射以及從襯底來的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細(xì)到6納米的圖形，但它也是一種耗時(shí)的技術(shù)，而且高能離子束可能造成襯底損傷。

—掃描微探針術(shù)可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個(gè)原子和分子。最常用的方法是基于材料在探針作用下引入的高度局域化增強(qiáng)的氧化機(jī)制的。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導(dǎo)體（Si和GaAs）以及絕緣材料（Si3N4和silohexanes），還用在LB膜和自聚集分子單膜上。此種方法具有可逆和簡單易行等優(yōu)點(diǎn)。引入的氧化圖形依賴于實(shí)驗(yàn)條件如掃描速度、樣片偏壓以及環(huán)境濕度等?？臻g分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區(qū)域典型地小于針尖尺寸）。這項(xiàng)技術(shù)已用于制造有序的量子點(diǎn)陣列和單電子晶體管。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級）。然而，最近在原子力顯微術(shù)上的技術(shù)進(jìn)展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項(xiàng)技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)是它的杰出的分辨率和能產(chǎn)生任意幾何形狀的圖形能力。但是，是否在刻寫速度上的改善能使它適用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的還有待于觀察。直到目前為止，它是一項(xiàng)能操控單個(gè)原子和分子的唯一技術(shù)。

—多孔膜作為淀積掩版的技術(shù)。多孔膜能用多種光刻術(shù)再加腐蝕來制備，它也可以用簡單的陽極氧化方法來制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽極氧化就可以在鋁膜上產(chǎn)生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范圍。制備多孔膜的其他方法是從納米溝道玻璃膜復(fù)制。用這項(xiàng)技術(shù)已制造出含有細(xì)至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。

—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術(shù)是一種基于不同聚合物的混合物能夠產(chǎn)生可控及可重復(fù)的相分離機(jī)制的技術(shù)。目前，經(jīng)過反應(yīng)離子刻蝕后，在旋轉(zhuǎn)涂敷的倍塞共聚物層中產(chǎn)生的圖形已被成功地轉(zhuǎn)移到Si3N4膜上，圖形中空洞直徑20nm，空洞之間間距40nm。在聚苯乙烯基體中的自組織形成的聚異戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱體）可以被臭氧去掉或者通過鋨染色而保留下來。在第一種情況，空洞能夠在氮化硅上產(chǎn)生；在第二種情況，島狀結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生。目前利用倍塞共聚物光刻技術(shù)已制造出GaAs納米結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向特征尺寸約為23nm,密度高達(dá)1011/cm2。

—與倍塞共聚物圖形制作術(shù)緊密相關(guān)的一項(xiàng)技術(shù)是納米球珠光刻術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的基本思路是將在旋轉(zhuǎn)涂敷的球珠膜中形成的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業(yè)化的產(chǎn)品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比較困難的。用球珠單層膜已能制備出特征尺寸約為球珠直徑1/5的三角形圖形。雙層膜納米球珠掩膜版也已被制作出。能夠在金屬、半導(dǎo)體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術(shù)的能力已得到確認(rèn)。納米球珠光刻術(shù)（納米球珠膜的旋轉(zhuǎn)涂敷結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕）已被用來在一些半導(dǎo)體表面上制造空洞和柱狀體納米結(jié)構(gòu)。

—將圖形從母體版轉(zhuǎn)移到襯底上的其他光刻技術(shù)。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復(fù)制鑄模法、微接觸印刷法、溶劑輔助鑄模法以及用硬模版浮雕法等已被探索開發(fā)。其中微接觸印刷法已被證明只能用來刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復(fù)制鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是ellastometric聚合物可被用來制作成一個(gè)戳子，以便可用同一個(gè)戳子通過對戳子的機(jī)械加壓能夠制作不同側(cè)向尺寸的圖形。在溶劑輔助鑄模法和用硬模版浮雕法（或通常稱之為納米壓印術(shù)）之間的主要差異是，前者中溶劑被用于軟化聚合物，而后者中軟化聚合物依靠的是溫度變化。溶劑輔助鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是不需要加熱。納米壓印術(shù)已被證明可用來制作具有容量達(dá)400Gb/in2的納米激光光盤，在6英寸硅片上刻制亞100nm分辨的圖形，刻制10nmX40nm面積的長方形，以及在4英寸硅片上進(jìn)行圖形刻制。除傳統(tǒng)的平面納米壓印光刻法之外，滾軸型納米壓印光刻法也已被提出。在此類技術(shù)中溫度被發(fā)現(xiàn)是一個(gè)關(guān)鍵因素。此外，應(yīng)該選用具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物。為了取得高產(chǎn)，下列因素要解決：

1）大的戳子尺寸

2）高圖形密度戳子

3）低穿刺（lowsticking）

4）壓印溫度和壓力的優(yōu)化

5）長戳子壽命。

具有低穿刺率的大尺寸戳子已經(jīng)被制作出來。已有少量研究工作在試圖優(yōu)化壓印溫度和壓力，但顯然需要進(jìn)行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優(yōu)化參數(shù)。高圖形密度戳子的制作依然在發(fā)展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報(bào)告報(bào)道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進(jìn)行50次的浮刻而不需要中間清洗。報(bào)告指出最大的性能退化來自于嵌在戳子和聚合物之間的灰塵顆粒。如果戳子是從ellastometric母版制作出來的，抗穿刺層可能需要使用，而且進(jìn)行大約5次壓印后需要更換。值得關(guān)心的其他可能問題包括鑲嵌的灰塵顆引起的戳子損傷或聚合物中圖形損傷，以及連續(xù)壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進(jìn)一步的優(yōu)化和改良是必需的，但此項(xiàng)技術(shù)似乎有希望獲得高生產(chǎn)率。壓印過程包括對準(zhǔn)、加熱及冷卻循環(huán)等，整個(gè)過程所需時(shí)間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉(zhuǎn)換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環(huán)所需時(shí)間，因此可以縮短整個(gè)壓印過程時(shí)間。IV．納米制造所面對的困難和挑戰(zhàn)

上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。目前，似乎沒有哪個(gè)單一種技術(shù)可以用來高產(chǎn)量地刻制納米尺度且任意形狀的圖形。我們可以將圖形刻制的全過程分成下列步驟：

1．在一塊模版上刻寫圖形

2．在過渡性或者功能性材料上復(fù)制模版上的圖形

3．轉(zhuǎn)移在過渡性或者功能性材料上復(fù)制的圖形。

很顯然第二步是最具挑戰(zhàn)性的一步。先前描述的各項(xiàng)技術(shù)，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術(shù)，已經(jīng)能夠刻寫非常細(xì)小的圖形。然而，這些技術(shù)都因相當(dāng)費(fèi)時(shí)而不適于規(guī)模生產(chǎn)。納米壓印術(shù)則因可作多片并行處理而可能解決規(guī)模生產(chǎn)問題。此項(xiàng)技術(shù)似乎很有希望，但是在它能被廣泛應(yīng)用之前現(xiàn)存的嚴(yán)重的材料問題必須加以解決。納米球珠和倍塞共聚物光刻術(shù)則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術(shù)中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術(shù)刻寫的納米結(jié)構(gòu)的形狀非常有限。當(dāng)這些技術(shù)被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長出有序的納米量子點(diǎn)陣列時(shí)，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的圖形。為了能夠制造出高質(zhì)量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉(zhuǎn)移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術(shù)典型地不產(chǎn)生或者產(chǎn)生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側(cè)墻的結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)樵谘谀０嫦乱欢ǔ潭鹊你@蝕是不可避免的，而這個(gè)鉆蝕決定性地影響微小結(jié)構(gòu)的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術(shù)，譬如，反應(yīng)離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優(yōu)化條件下可以獲得陡峭的側(cè)墻。直到今天大多數(shù)刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關(guān)于刻蝕引入損傷的研究嚴(yán)重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測到刻蝕引入的損傷。當(dāng)器件中的個(gè)別有源區(qū)尺寸小于100nm時(shí)，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因?yàn)樗械募{米結(jié)構(gòu)都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結(jié)構(gòu)表面或者靠近的任何缺陷。

隨著器件持續(xù)微型化的趨勢的發(fā)展，普通光刻技術(shù)的精度將很快達(dá)到它的由光的衍射定律以及材料物理性質(zhì)所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學(xué)近鄰干擾效應(yīng)等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術(shù)制備出。然而不大可能用普通光刻技術(shù)再進(jìn)一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術(shù)仍在研發(fā)之中，可是發(fā)展這些技術(shù)遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰(zhàn)性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關(guān)聯(lián)的近鄰干擾效應(yīng)問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術(shù)。掃描微探針技術(shù)提供了能分辨單個(gè)原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項(xiàng)技術(shù)卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達(dá)到可以接受的刻寫速度。利用轉(zhuǎn)移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術(shù)，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術(shù)則提供了實(shí)現(xiàn)成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的圖形僅局限于點(diǎn)狀或者柱狀圖形。對于制造相對簡單的器件而言，此類技術(shù)是足夠用的，但并不能解決微電子工業(yè)所面對的問題。需要將圖形從一張模版復(fù)制到聚合物膜上的各種所謂“軟光刻“方法提供了一種并行刻寫的技術(shù)途徑。模版可以用其他慢寫技術(shù)來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復(fù)制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底，而且不像那些依賴化學(xué)自組裝圖形形成機(jī)制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產(chǎn)率，某些技術(shù)問題如穿刺及因灰塵導(dǎo)致的損傷等問題需要加以解決。對一個(gè)理想的納米刻寫技術(shù)而言，它的運(yùn)行和維修成本應(yīng)該低，它應(yīng)具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結(jié)構(gòu)的能力，還應(yīng)有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結(jié)構(gòu)的功能。此外，它也應(yīng)能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時(shí)至今日，仍然沒有任何一項(xiàng)能制作亞100nm圖形的單項(xiàng)技術(shù)能同時(shí)滿足上述所有條件?，F(xiàn)在還難說是否上述技術(shù)中的一種或者它們的某種組合會取代傳統(tǒng)的光刻技術(shù)。究竟是現(xiàn)有刻寫技術(shù)的組合還是一種全新的技術(shù)會成為最終的納米刻寫技術(shù)還有待于觀察。

另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是，為了更新我們關(guān)于納米結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和知識，有必要改善現(xiàn)有的表征技術(shù)或者發(fā)展一種新技術(shù)能夠用來表征單個(gè)納米尺度物體。由于自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力對于研究這些結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)是絕對至關(guān)重要的。目前表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力非常有限。譬如，沒有一種結(jié)構(gòu)表征工具能夠用來確定一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(shù)(TEM)能夠用來研究一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況，但是它不能提供有關(guān)表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術(shù)（STM）和原子力顯微術(shù)（AFM）能夠給出表面某區(qū)域的形貌，但它們并不能提供定量結(jié)構(gòu)信息好到能仔細(xì)理解表面性質(zhì)所要求的精度。當(dāng)近場光學(xué)方法能夠給出局部區(qū)域光譜信息時(shí)，它們能給出的關(guān)于局部雜質(zhì)濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術(shù)能夠擴(kuò)展到能夠用來研究單個(gè)納米體的表面和內(nèi)部情況，否則能夠得到的有關(guān)納米結(jié)構(gòu)的所有重要結(jié)構(gòu)和組份的定量信息非常有限。

V.展望

納米技術(shù)論文范文第3篇

1、各國競相出臺納米科技發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃

由于納米技術(shù)對國家未來經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展及國防安全具有重要意義，世界各國（地區(qū)）紛紛將納米技術(shù)的研發(fā)作為21世紀(jì)技術(shù)創(chuàng)新的主要驅(qū)動器，相繼制定了發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃，以指導(dǎo)和推進(jìn)本國納米科技的發(fā)展。目前，世界上已有50多個(gè)國家制定了國家級的納米技術(shù)計(jì)劃。一些國家雖然沒有專項(xiàng)的納米技術(shù)計(jì)劃，但其他計(jì)劃中也往往包含了納米技術(shù)相關(guān)的研發(fā)。

（1）發(fā)達(dá)國家和地區(qū)雄心勃勃

為了搶占納米科技的先機(jī)，美國早在2000年就率先制定了國家級的納米技術(shù)計(jì)劃（NNI），其宗旨是整合聯(lián)邦各機(jī)構(gòu)的力量，加強(qiáng)其在開展納米尺度的科學(xué)、工程和技術(shù)開發(fā)工作方面的協(xié)調(diào)。2003年11月，美國國會又通過了《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法案》，這標(biāo)志著納米技術(shù)已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計(jì)劃，從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到研究中心、基礎(chǔ)設(shè)施的建立以及人才的培養(yǎng)等全面展開。

日本政府將納米技術(shù)視為“日本經(jīng)濟(jì)復(fù)興”的關(guān)鍵。第二期科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃將生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境技術(shù)和納米技術(shù)作為4大重點(diǎn)研發(fā)領(lǐng)域，并制定了多項(xiàng)措施確保這些領(lǐng)域所需戰(zhàn)略資源（人才、資金、設(shè)備）的落實(shí)。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進(jìn)從基礎(chǔ)性到實(shí)用性的研發(fā)，同時(shí)跨省廳重點(diǎn)推進(jìn)能有效促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和加強(qiáng)國際競爭力的研發(fā)。

歐盟在2002—2007年實(shí)施的第六個(gè)框架計(jì)劃也對納米技術(shù)給予了空前的重視。該計(jì)劃將納米技術(shù)作為一個(gè)最優(yōu)先的領(lǐng)域，有13億歐元專門用于納米技術(shù)和納米科學(xué)、以知識為基礎(chǔ)的多功能材料、新生產(chǎn)工藝和設(shè)備等方面的研究。歐盟委員會還力圖制定歐洲的納米技術(shù)戰(zhàn)略，目前，已確定了促進(jìn)歐洲納米技術(shù)發(fā)展的5個(gè)關(guān)鍵措施：增加研發(fā)投入，形成勢頭；加強(qiáng)研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施；從質(zhì)和量方面擴(kuò)大人才資源；重視工業(yè)創(chuàng)新，將知識轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務(wù)；考慮社會因素，趨利避險(xiǎn)。另外，包括德國、法國、愛爾蘭和英國在內(nèi)的多數(shù)歐盟國家還制定了各自的納米技術(shù)研發(fā)計(jì)劃。

（2）新興工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體瞄準(zhǔn)先機(jī)

意識到納米技術(shù)將會給人類社會帶來巨大的影響，韓國、中國臺灣等新興工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體，為了保持競爭優(yōu)勢，也紛紛制定納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。韓國政府2001年制定了《促進(jìn)納米技術(shù)10年計(jì)劃》，2002年頒布了新的《促進(jìn)納米技術(shù)開發(fā)法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術(shù)開發(fā)實(shí)施規(guī)則》。韓國政府的政策目標(biāo)是融合信息技術(shù)、生物技術(shù)和納米技術(shù)3個(gè)主要技術(shù)領(lǐng)域，以提升前沿技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)的水平；到2010年10年計(jì)劃結(jié)束時(shí)，韓國納米技術(shù)研發(fā)要達(dá)到與美國和日本等領(lǐng)先國家的水平，進(jìn)入世界前5位的行列。

中國臺灣自1999年開始，相繼制定了《納米材料尖端研究計(jì)劃》、《納米科技研究計(jì)劃》，這些計(jì)劃以人才和核心設(shè)施建設(shè)為基礎(chǔ)，以追求“學(xué)術(shù)卓越”和“納米科技產(chǎn)業(yè)化”為目標(biāo)，意在引領(lǐng)臺灣知識經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建立產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。

（3）發(fā)展中大國奮力趕超

綜合國力和科技實(shí)力較強(qiáng)的發(fā)展中國家為了迎頭趕上發(fā)達(dá)國家納米科技發(fā)展的勢頭，也制定了自己的納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。中國政府在2001年7月就了《國家納米科技發(fā)展綱要》，并先后建立了國家納米科技指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會、國家納米科學(xué)中心和納米技術(shù)專門委員會。目前正在制定中的國家中長期科技發(fā)展綱要將明確中國納米科技發(fā)展的路線圖，確定中國在目前和中長期的研發(fā)任務(wù)，以便在國家層面上進(jìn)行指導(dǎo)與協(xié)調(diào)，集中力量、發(fā)揮優(yōu)勢，爭取在幾個(gè)方面取得重要突破。鑒于未來最有可能的技術(shù)浪潮是納米技術(shù)，南非科技部正在制定一項(xiàng)國家納米技術(shù)戰(zhàn)略，可望在2005年度執(zhí)行。印度政府也通過加大對從事材料科學(xué)研究的科研機(jī)構(gòu)和項(xiàng)目的支持力度，加強(qiáng)材料科學(xué)中具有廣泛應(yīng)用前景的納米技術(shù)的研究和開發(fā)。

2、納米科技研發(fā)投入一路攀升

納米科技已在國際間形成研發(fā)熱潮，現(xiàn)在無論是富裕的工業(yè)化大國還是渴望富裕的工業(yè)化中國家，都在對納米科學(xué)、技術(shù)與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據(jù)歐盟2004年5月的一份報(bào)告稱，在過去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術(shù)研究資金估計(jì)為20億歐元。這說明，全球?qū){米技術(shù)研發(fā)的年投資已達(dá)50億歐元。

美國的公共納米技術(shù)投資最多。在過去4年內(nèi)，聯(lián)邦政府的納米技術(shù)研發(fā)經(jīng)費(fèi)從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據(jù)《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法》，在2005～2008財(cái)年聯(lián)邦政府將對納米技術(shù)計(jì)劃投入37億美元，而且這還不包括國防部及其他部門將用于納米研發(fā)的經(jīng)費(fèi)。

日本目前是僅次于美國的第二大納米技術(shù)投資國。日本早在20世紀(jì)80年代就開始支持納米科學(xué)研究，近年來納米科技投入迅速增長，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長20%。

在歐洲，根據(jù)第六個(gè)框架計(jì)劃，歐盟對納米技術(shù)的資助每年約達(dá)7.5億美元，有些人估計(jì)可達(dá)9.15億美元。另有一些人估計(jì)，歐盟各國和歐盟對納米研究的總投資可能兩倍于美國，甚至更高。

中國期望今后5年內(nèi)中央政府的納米技術(shù)研究支出達(dá)到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國臺灣計(jì)劃從2002～2007年在納米技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域中投資6億美元，每年穩(wěn)中有增，平均每年達(dá)1億美元。韓國每年的納米技術(shù)投入預(yù)計(jì)約為1.45億美元，而新加坡則達(dá)3.7億美元左右。

就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國為2.4歐元，美國為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計(jì)劃，美國2006年的納米技術(shù)研發(fā)公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國為0.01%，日本為0.02%。

另外，據(jù)致力于納米技術(shù)行業(yè)研究的美國魯克斯資訊公司2004年的一份年度報(bào)告稱，很多私營企業(yè)對納米技術(shù)的投資也快速增加。美國的公司在這一領(lǐng)域的投入約為17億美元，占全球私營機(jī)構(gòu)38億美元納米技術(shù)投資的46%。亞洲的企業(yè)將投資14億美元，占36%。歐洲的私營機(jī)構(gòu)將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長，納米技術(shù)的創(chuàng)新時(shí)代必將到來。

3、世界各國納米科技發(fā)展各有千秋

各納米科技強(qiáng)國比較而言，美國雖具有一定的優(yōu)勢，但現(xiàn)在尚無確定的贏家和輸家。

（1）在納米科技論文方面日、德、中三國不相上下

根據(jù)中國科技信息研究所進(jìn)行的納米論文統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學(xué)引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數(shù)量逐年增長，且增長幅度較大，2001年和2002年的增長率分別達(dá)到了30.22%和18.26%。

2000—2002年納米研究論文，美國以較大的優(yōu)勢領(lǐng)先于其他國家，3年累計(jì)論文數(shù)超過10000篇，幾乎占全部論文產(chǎn)出的30%。日本（12.76%）、德國（11.28%）、中國（10.64%）和法國（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數(shù)都超過了3000篇。而且以上5國2000—2002年每年的納米論文產(chǎn)出大都超過了1000篇，是納米研究最活躍的國家，也是納米研究實(shí)力最強(qiáng)的國家。中國的增長幅度最為突出，2000年中國納米論文比例還落后德國2個(gè)多百分點(diǎn)，到2002年已經(jīng)超過德國，位居世界第三位，與日本接近。

在上述5國之后，英國、俄羅斯、意大利、韓國、西班牙發(fā)表的論文數(shù)也較多，各國3年累計(jì)論文總數(shù)都超過了1000篇，且每年的論文數(shù)排位都可以進(jìn)入前10名。這5個(gè)國家可以列為納米研究較活躍的國家。

另外，如果歐盟各國作為一個(gè)整體，其論文量則超過36%，高于美國的29.46%。

（2）在申請納米技術(shù)發(fā)明專利方面美國獨(dú)占鰲頭

據(jù)統(tǒng)計(jì)：美國專利商標(biāo)局2000—2002年共受理2236項(xiàng)關(guān)于納米技術(shù)的專利。其中最多的國家是美國（1454項(xiàng)），其次是日本（368項(xiàng)）和德國（118項(xiàng)）。由于專利數(shù)據(jù)來源美國專利商標(biāo)局，所以美國的專利數(shù)量非常多，所占比例超過了60%。日本和德國分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國、韓國、加拿大、法國和中國臺灣的專利數(shù)也較多，所占比例都超過了1%。

專利反映了研究成果實(shí)用化的能力。多數(shù)國家納米論文數(shù)與專利數(shù)所占比例的反差較大，在論文數(shù)最多的20個(gè)國家和地區(qū)中，專利數(shù)所占比例超過論文數(shù)所占比例的國家和地區(qū)只有美國、日本和中國臺灣。這說明，很多國家和地區(qū)在納米技術(shù)研究上具備一定的實(shí)力，但比較側(cè)重于基礎(chǔ)研究，而實(shí)用化能力較弱。

（3）就整體而言納米科技大國各有所長

美國納米技術(shù)的應(yīng)用研究在半導(dǎo)體芯片、癌癥診斷、光學(xué)新材料和生物分子追蹤等領(lǐng)域快速發(fā)展。隨著納米技術(shù)在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應(yīng)用，目前美國納米研究熱點(diǎn)已逐步轉(zhuǎn)向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。醫(yī)學(xué)納米技術(shù)已經(jīng)被列為美國國家的優(yōu)先科研計(jì)劃。在納米醫(yī)學(xué)方面，納米傳感器可在實(shí)驗(yàn)室條件下對多種癌癥進(jìn)行早期診斷，而且，已能在實(shí)驗(yàn)室條件下對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進(jìn)行早期診斷。2004年，美國國立衛(wèi)生研究院癌癥研究所專門出臺了一項(xiàng)《癌癥納米技術(shù)計(jì)劃》，目的是將納米技術(shù)、癌癥研究與分子生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標(biāo)；利用納米顆粒追蹤活性物質(zhì)在生物體內(nèi)的活動也是一個(gè)研究熱門，這對于研究艾滋病病毒、癌細(xì)胞等在人體內(nèi)的活動情況非常有用，還可以用來檢測藥物對病毒的作用效果。利用納米顆粒追蹤病毒的研究也已有成果，未來5～10年有望商業(yè)化。

雖然醫(yī)學(xué)納米技術(shù)正成為納米科技的新熱點(diǎn)，納米技術(shù)在半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的應(yīng)用仍然引人關(guān)注。美國科研人員正在加緊納米級半導(dǎo)體材料晶體管的應(yīng)用研究，期望突破傳統(tǒng)的極限，讓芯片體積更小、速度更快。納米顆粒的自組裝技術(shù)是這一領(lǐng)域中最受關(guān)注的地方。不少科學(xué)家試圖利用化學(xué)反應(yīng)來合成納米顆粒，并按照一定規(guī)則排列這些顆粒，使其成為體積小而運(yùn)算快的芯片。這種技術(shù)本來有望取代傳統(tǒng)光刻法制造芯片的技術(shù)。在光學(xué)新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長度達(dá)到幾百微米的納米導(dǎo)線。

日本納米技術(shù)的研究開發(fā)實(shí)力強(qiáng)大，某些方面處于世界領(lǐng)先水平，但尚未脫離基礎(chǔ)和應(yīng)用研究階段，距離實(shí)用化還有相當(dāng)一段路要走。在納米技術(shù)的研發(fā)上，日本最重視的是應(yīng)用研究，尤其是納米新材料研究。除了碳納米管外，日本開發(fā)出多種不同結(jié)構(gòu)的納米材料，如納米鏈、中空微粒、多層螺旋狀結(jié)構(gòu)、富勒結(jié)構(gòu)套富勒結(jié)構(gòu)、納米管套富勒結(jié)構(gòu)、酒杯疊酒杯狀結(jié)構(gòu)等。

在制造方法上，日本不斷改進(jìn)電弧放電法、化學(xué)氣相合成法和激光燒蝕法等現(xiàn)有方法，同時(shí)積極開發(fā)新的制造技術(shù)，特別是批量生產(chǎn)技術(shù)。細(xì)川公司展出的低溫連續(xù)燒結(jié)設(shè)備引起關(guān)注。它能以每小時(shí)數(shù)千克的速度制造粒徑在數(shù)十納米的單一和復(fù)合的超微粒材料。東麗和三菱化學(xué)公司應(yīng)用大學(xué)開發(fā)的新技術(shù)能把制造碳納米材料的成本減至原來的1／10，兩三年內(nèi)即可進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。

日本高度重視開發(fā)檢測和加工技術(shù)。目前廣泛應(yīng)用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學(xué)顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現(xiàn)了諸如數(shù)字式顯微鏡、內(nèi)藏高級照相機(jī)顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產(chǎn)品。科學(xué)家村田和廣成功開發(fā)出亞微米噴墨印刷裝置，能應(yīng)用于納米領(lǐng)域，在硅、玻璃、金屬和有機(jī)高分子等多種材料的基板上印制細(xì)微電路，是世界最高水平。

日本企業(yè)、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)積極在信息技術(shù)、生物技術(shù)等領(lǐng)域內(nèi)為納米技術(shù)尋找用武之地，如制造單個(gè)電子晶體管、分子電子元件等更細(xì)微、更高性能的元器件和量子計(jì)算機(jī)，解析分子、蛋白質(zhì)及基因的結(jié)構(gòu)等。不過，這些研究大都處于探索階段，成果為數(shù)不多。

歐盟在納米科學(xué)方面頗具實(shí)力，特別是在光學(xué)和光電材料、有機(jī)電子學(xué)和光電學(xué)、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導(dǎo)體、復(fù)合材料、醫(yī)學(xué)材料、智能材料等方面的研究能力較強(qiáng)。

中國在納米材料及其應(yīng)用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無機(jī)非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學(xué)合成材料也是一個(gè)重要方面，而在納米電子學(xué)、納米器件和納米生物醫(yī)學(xué)研究方面與發(fā)達(dá)國家有明顯差距。

4、納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化步伐加快

目前，納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業(yè)前景。據(jù)統(tǒng)計(jì)：2004年全球納米技術(shù)的年產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到500億美元，2010年將達(dá)到14400億美元。為此，各納米技術(shù)強(qiáng)國為了盡快實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，都在加緊采取措施，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

美國國家科研項(xiàng)目管理部門的管理者們認(rèn)為，美國大公司自身的納米技術(shù)基礎(chǔ)研究不足，導(dǎo)致美國在該領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用缺乏動力，因此，嘗試建立一個(gè)由多所大學(xué)與大企業(yè)組成的研究中心，希望借此使納米技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)緊密結(jié)合在一起。美國聯(lián)邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區(qū)建立一個(gè)“納米科技成果轉(zhuǎn)化中心”，以便及時(shí)有效地將納米科技領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)界。該中心的主要工作有兩項(xiàng)：一是進(jìn)行納米技術(shù)基礎(chǔ)研究；二是與大企業(yè)合作，使最新基礎(chǔ)研究成果盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其研究領(lǐng)域涉及納米計(jì)算、納米通訊、納米機(jī)械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應(yīng)用于美國國防工業(yè)。

美國的一些大公司也正在認(rèn)真探索利用納米技術(shù)改進(jìn)其產(chǎn)品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內(nèi)取得突破，并生產(chǎn)出商業(yè)產(chǎn)品。一個(gè)由專業(yè)、商業(yè)和學(xué)術(shù)組織組成的網(wǎng)絡(luò)在迅速擴(kuò)大，其目的是共享信息，促進(jìn)聯(lián)系，加速納米技術(shù)應(yīng)用。

日本企業(yè)界也加強(qiáng)了對納米技術(shù)的投入。關(guān)西地區(qū)已有近百家企業(yè)與16所大學(xué)及國立科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合，不久前又建立了“關(guān)西納米技術(shù)推進(jìn)會議”，以大力促進(jìn)本地區(qū)納米技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術(shù)研究所，試圖將納米技術(shù)融合進(jìn)各自從事的產(chǎn)業(yè)中。

歐盟于2003年建立納米技術(shù)工業(yè)平臺，推動納米技術(shù)在歐盟成員國的應(yīng)用。歐盟委員會指出：建立納米技術(shù)工業(yè)平臺的目的是使工程師、材料學(xué)家、醫(yī)療研究人員、生物學(xué)家、物理學(xué)家和化學(xué)家能夠協(xié)同作戰(zhàn)，把納米技術(shù)應(yīng)用到信息技術(shù)、化妝品、化學(xué)產(chǎn)品和運(yùn)輸領(lǐng)域，生產(chǎn)出更清潔、更安全、更持久和更“聰明”的產(chǎn)品，同時(shí)減少能源消耗和垃圾。歐盟希望通過建立納米技術(shù)工業(yè)平臺和增加納米技術(shù)研究投資使其在納米技術(shù)方面盡快趕上美國。

納米技術(shù)論文范文第4篇

論文摘要： 納米技術(shù)作為一種新興的科學(xué)技術(shù)，隨著技術(shù)的發(fā)展，納米技術(shù)已經(jīng)被日趨應(yīng)用于生活領(lǐng)域的各個(gè)方面。本文回顧了納米技術(shù)和納米材料的發(fā)展過程并對納米材料在食品安全的應(yīng)用進(jìn)行了介紹和論述。

納米技術(shù)是20世紀(jì)末興起并迅速發(fā)展的一項(xiàng)高科技技術(shù)，隨著研究的深入和科學(xué)的發(fā)展，納米技術(shù)已經(jīng)日趨成熟并廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域，近年來納米技術(shù)在醫(yī)藥上的許多研究成果正逐步地應(yīng)用于食品行業(yè)，在此技術(shù)上開發(fā)、生產(chǎn)了許多新型的食品以及具有更好的功效和特殊功能的保健食品，納米材料在食品安全上也發(fā)揮著越來越重要的作用。

納米是一種幾何尺寸的度量單位，l納米為百萬分之一毫米，即十億分之一米的長度。以納米為基礎(chǔ)的納米技術(shù)在20世紀(jì)90年代初起得到迅速發(fā)展并先后興起了一系列的像納米材料學(xué)、納米電子學(xué)、納米化學(xué)、納米生物學(xué)、納米生物技術(shù)和納米藥物學(xué)，納米技術(shù)就是一種多學(xué)科的交叉技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)利用納米機(jī)構(gòu)所具有的功能制造出有特殊功能的產(chǎn)品和材料。因此，利用納米技術(shù)制造出來的材料就具有微觀性和一些普通材料所不具有的功能。

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米食品生產(chǎn)也取得了很大的成就。目前，納米食品產(chǎn)品超過300種，一些帶有納米級別添加劑的食品和維生素已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)預(yù)測納米食品市場在2010年將達(dá)到204億美元，因此納米技術(shù)在食品上的研究有著很大的發(fā)展?jié)摿?。納米技術(shù)在食品上的研究和應(yīng)用主要包括納米食品加工、納米包裝材料和納米檢測技術(shù)等方面。

所謂納米食品是指在生產(chǎn)、加工或包裝過程中采用了納米技術(shù)手段或工具的食品。納米食品不僅僅是指利用了納米技術(shù)的食品，更大程度上指里喲個(gè)納米技術(shù)對食品進(jìn)行了改造從而改變食品性能的食品。尤其是利用納米技術(shù)改造過結(jié)構(gòu)的食品在營養(yǎng)方面會有一個(gè)很大的提高，在這方面應(yīng)用最廣泛主要有鈣、硒等礦物質(zhì)制劑、維生素制劑、添加營養(yǎng)素的鈣奶與豆奶、納米茶等。

然而納米食品也存在一些問題，首先由于對于納米食品的加工主要是球磨法這就使得在納米食品生產(chǎn)的過程中容易產(chǎn)生粉料污染，同時(shí)現(xiàn)有的納米技術(shù)也會產(chǎn)生成材料的功能性無法預(yù)測，納米結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不高等問題。納米食品還存在另外問題那就關(guān)于納米食品的安全檢測并沒有個(gè)一個(gè)同一的標(biāo)準(zhǔn)。目前，國際上尚未形成統(tǒng)一的針對納米食品的生物安全性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)是短期評價(jià)方法，短期的模型很難對納米食品的生物效應(yīng)有徹底的認(rèn)識。而部分納米食品存存在一些有害成分，并且經(jīng)過納米化后，這些物質(zhì)更加很容易進(jìn)入細(xì)胞甚至細(xì)胞核內(nèi)，因此副作用也就越大，而這些由于安全檢測的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一可能在檢測的時(shí)候檢測不出來，因此納米食品的安全標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步統(tǒng)一。雖然納米食品存在一系列的問題但是納米技術(shù)在食品包裝和保險(xiǎn)技術(shù)中卻得到了很好的應(yīng)用。

首先，在已有的包裝材料中加入一定的納米微?？梢栽黾影b材料的抗菌性從而產(chǎn)生殺菌功能。目前一些冰箱的生產(chǎn)技術(shù)中已經(jīng)應(yīng)用了這種技術(shù)生產(chǎn)出了一些抗菌性的冰箱。

其次，由于納米材料的特殊性質(zhì)，加入一定的納米微粒還可以改變現(xiàn)有的包裝材料的性能，從而進(jìn)一步保證食品的安全。目前，部分學(xué)者已經(jīng)成功的將納米技術(shù)應(yīng)用玉改進(jìn)玻璃和陶瓷容器的性能，增加了其韌性。同時(shí)，由于納米微粒對紫外線有吸收能力，因此在塑料包裝材料中加入一些納米微粒還可以防止塑料包裝的老化，增加使用壽命。從而為食品生產(chǎn)提供了性能更加優(yōu)越的包裝容器。

第三，由于納米材料的力磁電熱的性質(zhì)，使得納米材料有著優(yōu)越的敏感性。一些學(xué)者已經(jīng)在研究將納米材料的敏感性應(yīng)用到防偽包裝上面并取得了一定的成就。新的防偽包裝的產(chǎn)生，無疑能夠進(jìn)一步加強(qiáng)普通食品和納米食品的安全。

第四，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)納米技術(shù)和納米材料的一些性能能夠很好的解決食品的保鮮問題。

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的食品保鮮包轉(zhuǎn)，在起到保鮮功能的同時(shí)還能夠產(chǎn)生乙烯，而乙烯又反過來加劇了食品的腐蝕，因此可以說傳統(tǒng)的食品保鮮包轉(zhuǎn)并沒有能夠很好的起到保鮮功能。在納米技術(shù)在研究過程中，發(fā)現(xiàn)納米Ag粉具有對乙烯進(jìn)行催化其氧化的作用。所以只要在現(xiàn)有的保鮮包轉(zhuǎn)材料中加入一些納米Ag粉，就可以加速傳統(tǒng)保鮮包轉(zhuǎn)材料產(chǎn)生的乙烯的氧化從而抑制乙烯的產(chǎn)生，進(jìn)而產(chǎn)生更好的保鮮效果。

綜上所述納米技術(shù)雖然還有一些不足和缺陷，但是經(jīng)過多年的研究和發(fā)展納米技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步和發(fā)展，并且已經(jīng)開始應(yīng)用于生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。納米技術(shù)和納米材料以其特殊的性能不緊能夠生產(chǎn)出性質(zhì)更加優(yōu)越的納米食品同時(shí)通過改善包裝材料還可以進(jìn)一步提高食品的安全。

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納米技術(shù)論文范文第5篇

納米技術(shù)作為當(dāng)前發(fā)展最迅速、研究最廣泛、投入最多的科學(xué)技術(shù)之一，被譽(yù)為21世紀(jì)的科學(xué)，并且和生物工程一起被認(rèn)為是未來科技的兩大重要前沿。從納米技術(shù)的發(fā)展來看，納米測量技術(shù)的地位和作用是不容忽視的。納米加工和制造離不開納米測量，精密計(jì)量已不能適應(yīng)納米技術(shù)發(fā)展的要求，而且成為了納米技術(shù)發(fā)展的瓶頸。因此，納米測量技術(shù)和測量裝置，不僅是21世紀(jì)納米技術(shù)實(shí)用過程中必須關(guān)注的焦點(diǎn)，而且也是21世紀(jì)計(jì)量測試領(lǐng)域研究的重中之重。在納米技術(shù)研究中，原子力顯微鏡（AFM）一直發(fā)揮著重要作用。

對于納米技術(shù)的基礎(chǔ)教學(xué)而言， AFM無疑是學(xué)生們感知納米量級的最直接的方式之一。因此，本論文針對學(xué)生特點(diǎn)及教學(xué)要求，將AFM工作原理及實(shí)際掃描后得到的圖片引入到課堂中進(jìn)行輔助教學(xué)，取得了一定的效果。

一、AFM引入基礎(chǔ)教學(xué)

納米級位移測量技術(shù)至今尚未有明確的定義。通常認(rèn)為測量精度或分辨率在0.5～100納米之間的位移測量技術(shù)，統(tǒng)稱為納米級位移測量技術(shù)。納米測量技術(shù)的內(nèi)涵涉及納米尺度的評價(jià)、成份、微細(xì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)特性的納米尺度的測量，它是在納米尺度上研究材料和器件的結(jié)構(gòu)與性能、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、發(fā)展新方法、創(chuàng)造新技術(shù)的基礎(chǔ)。納米測量所涉及的兩個(gè)重要領(lǐng)域就是納米長度測量和納米級的表面輪廓測量[1]。

原子力顯微鏡（atomic force microscope，簡稱AFM）是利用微懸臂感受和放大懸臂上探針與受測樣品原子之間的作用力，從而達(dá)到檢測的目的，具有原子級的分辨率[2]。

原子力顯微鏡研究對象可以是有機(jī)固體、聚合物以及生物大分子等，其可以在空氣或者液體下對樣品直接進(jìn)行成像，分辨率很高。因此，AFM被廣泛應(yīng)用于納米長度測量和納米級的表面輪廓測量中。

在教學(xué)中，單純依靠數(shù)學(xué)推演來講解，并不能收到很好的效果。例如學(xué)生們單從概念上很難想象1納米，1微米到底有多大，作材料表面形貌到底是什么樣子等。因此，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使用AFM來檢測不同量級的研究對象，可以加深學(xué)生們的理解，從而增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

二、AFM教學(xué)實(shí)例

針對納米測量所涉及的兩個(gè)重要領(lǐng)域：納米長度測量和納米級的表面輪廓測量。列舉了AFM掃描的利用多光束激光干涉光刻制備單晶硅形貌圖。

圖2，圖3和圖4為AFM掃描的二維圖像，觀測者可以直接看到被測樣品的表面形貌，不僅如此，AFM二維圖像還可以形成相應(yīng)的三維像，獲得樣品表面結(jié)構(gòu)的深度，大小以及長度等重要信息參數(shù)，如圖5所示。

通過原子力顯微鏡對樣品形貌的掃描，可以讓學(xué)生更為直觀地了解AFM以及納米測量的相關(guān)概念及原理。同時(shí)，清晰的掃描圖像可以進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解和認(rèn)識。