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纳米涂层功能材料的研究下加湿器刺绣机滑杆模架烟煤Frc

发布时间:2023-11-29 19:15:34 阅读: 来源:填料厂家
纳米涂层功能材料的研究下加湿器刺绣机滑杆模架烟煤Frc

纳米涂层功能材料的研究(下)

4 含铁碳纳米管薄膜场发射

碳纳米管阵列或含碳纳米管涂层场发射被广泛研究,以其为场发射阴极做成了平板显示器。研究结果大宇配件表明碳管的前端有较强的场发射能力,因此碳管涂层膜中多数碳管是平放在基底上的,场电子发射能力很差。我们制备了含有铁(Fe)纳米粒子的碳纳米管,它的侧向有更大的场发射能力,有利于用涂层法制造平板场发射阴极。图3(a)是含铁粒子碳纳米的金属管TEM像,碳管外形发生显著改变。(b)是碳管场发射I-V特性曲线,I是CVD生长的竖直排列碳纳米管的场发射曲线,II是含铁粒子碳纳米管竖直阵列的场发射曲线,III是含粒子碳纳米管躺在基底上的场发射曲线,有最强的场发射能力。根据此结果,将含铁的碳纳米管用作涂层场发射阴极,有利于研制平板显示器。

5 电景德镇子强关联体系和软凝聚态物质

上面所讲到的涂层纳米功能材料和器件是当今国际上研究的热门课题,会很快取得重要成果,甚至有新产品进入市场。当我们在讨论这个纳米科技中的重要方向时,不能不考虑更深层的理论问题和更长远的发展前景。这就涉及到物理学的重要理论问题,即电子强关联体系(electron strong correlation system)与软凝聚态物质(soft condensation matter)。

在量子力学出现之前,金属材料电导的来源是个谜,20世纪初量子力学诞生后,解决了金属导电问题。基于Bloch假设:晶体中原子的外层电子,适应晶格周期调整它们的波长,在整个晶体中传播;电子-电子间没有相互作用。这是量子力学的简化模型,没有考虑电子间的相互作用,特别是在局域态电子的强相互作用。2003年又有人提出了金属导电问题单螺杆泵,Phillips和他的同事以“难以琢磨的Bose金属”为题重新讨论了金属导电问题[24]。当计入电子间的相互作用时,可能产生的多体态,超导和巨磁阻就是这种状态。晶体中的缺陷破坏了完善导体,导致电子局域化。电子与核作用的等效结果表现为电子间中国科学院、中国工程院路甬祥院士曾说的吸引作用,导致电荷载流子为Cooper对。但这个对添加1定量的EMI⑵00可以增进材料塑化的形成,不是超导的充分条件。当所有Cooper对都成为单量子态时,才能观察到超导性。这样,对于费米子由于包利(Paulii)不相容原则,不可能产生宏观上的单量子态。Cooper对的旋转半径小于通常两个电子相互作用的空间,成为Bose子。宏观上呈现单量子态,Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化电子范围内,超导性可能认为是玻色-爱因斯坦凝聚,这个观点现今被很多人接受。从20世纪初至今,对于基本粒子的量子统计有两种,一是Fermi统计,遵从Paulii不相容原理,即每个能量量子态上只能容纳自旋不同的2个电子,而Bose子则不受这个限制。在凝聚态物质中有两个基态:即共有化Bose子呈现超导态,局域化Bose子呈现绝缘态。然而,在几个薄合金膜的实验中,观察到金属相,破坏了超导体和绝缘体之间直接转换。经分析认为这是玻色金属态,参与导电的是Bose子。推断这个金属相可能是涡流玻璃态,这个现象在铜氧化物超导体中得到了验证。

软凝聚态物质研究的对象是原子、分子间不仅存在短程作用力,而且存在长程作用力,表观上呈现的粘稠物质形态,称为软凝聚态。至今,人类对于晶体和原子存在强相互作用的固体已经知道得相当透彻了,但对软凝聚态的很多科学问题还没有深入研究,21世纪以来,引起了科学家的极大兴趣。软凝聚态物质包括流体、离子液体、复合流体、液晶、固体电解、离子导体、有机粘稠体、有机柔性材料、有机复合体,以及生物活体功能材料等。这其中的液晶由于在显示器件上的很大市场需求,是被研究得相当清楚的一种。其他软凝聚态结构和特性的科学问题和应用前景是目前被关注的研究课题。这其中主要有:微流体阀和泵、纳米模板、纳米阵列透镜、有机半导体、有机陶瓷、流体类导体、表面敏感材料、亲水疏水表面、有机晶体、生物材料(人造骨和牙齿)、柔性集成器件,以及他们的复合,统称为分子调控材料(materials of molecular manipulation)。其主要特征是原子结构的多变性和柔性,研究材料的设计、制造、结构和特性的测量、表征,追求特殊功能;理论上探讨原子结构的稳定体系,光、电、热、机械特性,以及载流子及其输运。关于软凝聚态物质,有些早已为人类所用,电解液、液晶等,但对其理论研究处于初期阶段。科学的发展和应用的需求促进深入的理论研究,判断体系稳定存在的依据是自由能最小,体系自由能可表示为F=E-TS,其中S是熵。对于软凝聚态物质体系,S是重要参量。其中更多的缺陷,原子、分子运动的复杂行为,更多的电子强关联,不再是单粒子统计所能描述,需要研究粒子间存在相互作用的统计理论。多样性是这个体系的突出特征,因此其理论涉及广泛、复杂问题。

物理学是探索物态结构与特性的基础学科,是认识自然和发展科技的基础,其中以原子间有较强作用的稠密物质体系为主要研究对象的凝聚态物理近些年有了迅速进展,研究范围不断扩大,从固体结构、相变、光电磁特性扩展到液晶、复杂流体、聚合物和生物体结构等。几乎每一二十年就有新物质状态被发现,促进了人类对自然的认识和对其规律把握能力,推动了科学和技术的发展。21世纪仍有一些老的科学问题需要深入研究,一些新科学问题已提到人们的面前。特别是低维量子限域体系和极端条件下的基本物理问题。20世纪80年代出现的介观物理,后来发展成为纳米科技所涉及的学科领域。与宏观体系和原子体系相比,低维量子限域体系,还有很多物理问题有待解决,人们熟悉的宏观体系得到的规则和结论有些不再有效,适用于低维量子限域体系的处理方法和理论需要探索,特别是将涉及到多层次多系统问题的描述和表征,将会有更多的新现象、新效应、新规律被发现。在纳米尺度,研究原子、分子组装、测量、表征,涉及有机材料、无机/有机复合材料和生物材料,这将大大的扩展了物理学研究的范围和深度。涉及的重大科学前沿问题和重点发展方向有①强关联和软凝聚态物质,及其他新奇特性凝聚态物质;②低维量子限域体系的结构和量子特性,包括纳米尺度功能材料和器件结构和特性;③粒子物理,描述物质微观结构和基本相互作用的粒子物理标准模型和有关问题,以及复杂系统物理;④极端条件下的物理问题,探索高能过程、核结构、等离子体、新物理现象和核物质新形态等;⑤生命活动中的物理问题,物理学的基本规律、概念、技术引入生命科学中,研究生物大分子体系特征、DNA、蛋白质结构和功能经过近1年的缓冲过渡期后等,其研究关键将在于定量化和系统性,必然是多学科的交叉发展,成为未来科学的重

要领域。

6 结论

本文讨论了纳米线涂层的结构和特性,重点是纳米线的复合涂层和其电学特性、光电特性。其中包括制造技术新观念,纳米材料的完美定律,纳米涂层的热-电效应,碳纳米管的侧向场发射,以及电子强关联体系和软凝聚态物质,展示了涂层科学与技术的发展前景。

(作者/薛增泉,王晶云,彭练矛,张耿民,宋教花,申自勇

侯士敏,高 崧,赵兴钰,张琦锋,陈 清,吴锦雷

北京大学电子学系)

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