【正文】 量、 第 3 頁（ 共 27 頁） 控制和產(chǎn)品的技術(shù) [2]。納米技術(shù)主要包括：納米粒子的測量、加工、制備、組裝技術(shù)；納米材料；納米生物學(xué)技術(shù)；納米物理學(xué)；納米化學(xué)等 [3]。 納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的技術(shù)支撐，只有這兩項技術(shù)取得發(fā)展，其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)才能進(jìn)步。納米電子學(xué)是納米 技術(shù)最重要的內(nèi)容，也是我們研究的主要內(nèi)容。 目前，研制出的納米產(chǎn)品涉及人們衣食住行的各個方面：納米防輻射服 —— 可以有效地幫助人們減少來自電子產(chǎn)品和太陽的輻射；納米炊具 —— 具有良好的導(dǎo)電性和殺菌作用 ,對人體無毒無害；納米涂料 —— 這樣的涂料顆粒細(xì)膩，美觀，耐用，刷出來對人體傷害也??；納米技術(shù)制造的器件性能優(yōu)異，可延長發(fā)動機的使用壽命和提高工作效率；還有納米機器人、納米衛(wèi)星、納米人造器官等。未來，納米技術(shù)的發(fā)展一定會影響人類的生產(chǎn)生活方式。 在納米技術(shù)的發(fā)展歷程中，世界各國的許多科學(xué)家作出了杰出的貢獻(xiàn)。 納米技術(shù)的概念最早由加州理工大學(xué)的費曼教授在 1959 年提出的，這一概念在 1990 年由 IBM 公司的科學(xué)家做出了證明。他們對單個原子進(jìn)行重新排列，使得納米技術(shù)突飛猛進(jìn)。納米材料的制備主要存在三個問題：材料結(jié)構(gòu)的尺寸是否達(dá)到納米級、材料純度是否足夠高、所得材料的成份是否合理。一旦這三個問題被解決，就會使得納米材料的制備技術(shù)突飛猛進(jìn)，產(chǎn)生大量的嶄新器件。納米技術(shù)是一種高新技術(shù)，應(yīng)用前景廣闊，屬于朝陽產(chǎn)業(yè)，人們的研究主要集中在基礎(chǔ)的理論研究和實際應(yīng)用兩個方面。納米技術(shù)經(jīng)濟效益巨大，各國都爭相開發(fā)研究，我國也不例外。我 國曾召開納米科技發(fā)展戰(zhàn)略研 第 4 頁（ 共 27 頁） 討大會，制訂了一系列的的扶持政策及法律，極大地推動了我國納米技術(shù)的發(fā)展。因此，我國的納米技術(shù)與世界同步。 納米技術(shù)的含義 納米（ nm），一種長度單位， 1 nm=109 m 的長度。形象的說，是一個頭發(fā)徑向的五萬分之一，每根直徑約為 1 nm。納米技術(shù)，從微觀上來說，是指尺寸在 nm 范圍內(nèi)，研究原子、分子和電子內(nèi)部運動規(guī)律和特性的一項嶄新技術(shù) [3]。利用這些納米尺度范圍內(nèi)的若干個原子、分子，對其進(jìn)行加工，制造成器件設(shè)備 [4]。但是，對納米材料進(jìn)行簡單的加 工并不能稱之為納米技術(shù)，因為它沒有表現(xiàn)出任何新的結(jié)構(gòu)和性能。納米技術(shù)是通過特定的技術(shù)，對納米材料的分子、原子進(jìn)行特定的排列或加工重組，使之產(chǎn)生新的特性和功能，這樣的技術(shù)可以稱之為納米技術(shù)。納米技術(shù)是一門交叉性很強的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域。 1993 年，國際納米科技指導(dǎo)委員會將納米技術(shù)劃分為納米電子學(xué)、納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米生物學(xué)、納米加工學(xué)和納米計量學(xué)等 6 個分支學(xué)科。其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。 納米技術(shù)與傳統(tǒng)的微電子技 術(shù)不同，納米技術(shù)利用電子的波動性，研究的是單個的分子、原子，通過對他們的控制來實現(xiàn)設(shè)備的特定功能 [5]；微電子技術(shù)利用電子的粒子性，主要通過控制電子群來實現(xiàn)其功能 [6]。兩者有著本質(zhì)的區(qū)別。 第 5 頁（ 共 27 頁） 納米材料含義 納米材料 (圖 )是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍或由他們作為基本單元構(gòu)成的材料 [7]。納米材料主要以下幾個性質(zhì)： ① 表面效應(yīng) 又稱界面效應(yīng)，是指納米晶體微粒表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨微粒半徑變小而急劇增大后所引起納米材料的性質(zhì)上的變化 [8]。如果納米顆粒尺寸減小，會造成表面原子數(shù)量增多。因為位于表面的原子占了納米體積相當(dāng)大的一部分，兩者的比例也是判斷納米材料的一個重要指標(biāo) [9]。表面原子易于其他原子結(jié)合，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 ② 小尺寸效應(yīng) 當(dāng)顆粒的尺寸變小，會出現(xiàn)兩種現(xiàn)象：一種是物體的性質(zhì)不發(fā)生變化，另一種就是物體的性質(zhì)發(fā)生變化：顆粒的邊界被破壞，從而使其聲、光、電、磁等性能呈現(xiàn)出異常 的現(xiàn)象周期性邊界被破壞，從而使其聲、光、電、磁等性能呈現(xiàn)出異常的現(xiàn)象 [10]—— 這就是小尺寸效應(yīng)。 ③ 量子尺寸效應(yīng) 形成固體的原子的能級和在一起形成了能帶，原子的能級間距很小，因此能帶可以看做是連續(xù)的 [10]。當(dāng)能帶分裂時，微粒的光子能、電能、磁能等比平均間距還要小，物體會出現(xiàn)一些意想不到的性質(zhì)，我們把性質(zhì) 叫做量子小尺寸效應(yīng)。 ④ 宏觀量子隧道效應(yīng) 第 6 頁（ 共 27 頁） 微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng) [10]。納米粒子的磁化強度等也有隧道效應(yīng)，它們可以穿過宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化，這種被稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應(yīng) [10]。 圖 ZnO 納米材料 ZnO 納米材料簡介 第 7 頁（ 共 27 頁） 圖 ZnO的基本性質(zhì) 氧化鋅（ ZnO）俗稱鋅氧粉、鋅白粉。常溫下難溶于水的的兩性氧化物，密教比較大，硬度較小。激子束縛能比較高。高能帶隙使得ZnO 的導(dǎo)電性好，維持電場能力強和擊穿電壓高。半導(dǎo)體的禁帶寬度取決于能帶結(jié)構(gòu) [11]。如果要改變 ZnO 的禁帶寬度可以摻雜一定量的MgO。由于雜質(zhì)能帶的出現(xiàn)會使能帶隙在 34 eV 之間變化。 圖 氧化鋅晶體有三 種結(jié)構(gòu)，如圖 所示，從左到右依次是：八面體結(jié)構(gòu)、立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)、六邊纖鋅礦結(jié)構(gòu) [12]。 ZnO 的晶體結(jié)構(gòu)會隨著外界條件的改變而改變。其中，纖鋅礦結(jié)構(gòu)最常見 —— 晶體的氧原子與鋅原子形成原子層，緊密相鄰，成理想的六邊形排列，因而結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。從圖中也可以看出， ZnO 的晶體結(jié)構(gòu)成中心對稱，因而具有壓電效應(yīng)和焦熱電效應(yīng)，因而可用來制作壓電傳感器 [13]。閃鋅礦結(jié)構(gòu)每個鋅或氧原子都與相鄰原子以離子鍵結(jié)合 [13]，形成正四面體結(jié)構(gòu)，也有中心對稱性，因而具有壓電效應(yīng)，這也是 ZnO 晶體壓電張量高 第 8 頁（ 共 27 頁） 的原因之一。八面體結(jié)構(gòu)很少 見，與 NaCl 結(jié)構(gòu)像似，每個鋅原子周圍有 6 個氧原子，每個氧原子周圍有 6 個鋅原子，只有在特高壓的條件下才能形成。 氧化鋅的用途很廣泛：在工業(yè)上，可用于合成橡膠、塑料，而且有著色作用，還可以用來制作涂料、潤滑油、催化劑等 [14]；在電子產(chǎn)業(yè)中，可用于制作液晶顯示屏，薄膜晶體管，精密器件等；在醫(yī)學(xué)方面，氧化鋅由于具有殺菌消炎的作用，可以制成腳氣粉、橡皮膏、補牙、做填充劑等。氧化鋅的前景廣闊，具有極高的研究價值和經(jīng)濟效應(yīng)。 ZnO 納米材料的分類 納米材料可以按照維數(shù)分為三類： ① 零維，納米 材料的三維空間尺度均在納米尺度的范圍內(nèi)，如納米顆粒，納米團簇； ② 一維，納米材料的三維空間尺度有兩維尺度在納米尺度范圍內(nèi) [15]，如納米絲，納米管，納米棒； ③ 納米材料的三維空間尺度有一維尺度在納米尺度范圍內(nèi)，有一維納米棒組成陣列和多空薄膜，片花狀結(jié)構(gòu)，如超薄膜，多層膜，超晶格 [16]。 圖 第 9 頁（ 共 27 頁） 圖 花狀的納米結(jié)構(gòu) 圖 球形納米結(jié)構(gòu) ZnO 半導(dǎo)體氣體傳感器 半導(dǎo)體氣體傳感器原理 半導(dǎo)體氣體傳感器工作原理是由變化的電導(dǎo)率決定的，電導(dǎo)率隨著溫度、壓 強等其他因素變化 [17]轉(zhuǎn)換成電信號反映出來?，F(xiàn)在已經(jīng)成功研制了很多傳感器：酒精、一氧化碳、硫化氫、氨氣等，以滿足工業(yè)檢測需要。缺點是穩(wěn)定性差，受光照，溫度，濕度，氣壓與時間等因素影響較大，需要我們不斷改進(jìn)技術(shù)，以獲得更好的性能。目前， 第 10 頁（ 共 27 頁） 傳感器向智能化、數(shù)字化，迷你化的方向發(fā)展。傳感器的研制、開發(fā)、制造、生產(chǎn)、銷售，帶動了很多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，成為新的經(jīng)濟增長點，人們爭相研究。 ZnO 半導(dǎo)體氣體傳感器分類 目前，金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器主要分為兩類：電阻型和非電阻型 [18]。具體劃分圖見圖 。我們主要用電阻型傳感器，在這三種中，燒結(jié)型傳感器