【正文】 目前的常規(guī)半導體器件。并根據(jù)低溫下碳納米管的三極管放大特性，成功研制出了室溫下的單電子晶體管。 d) 熱學性質(zhì) 納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變?nèi)醯慕Y(jié)果。例如CrCr2O3 顆粒膜對太陽光有強烈的吸收作用，從而有效地將太陽光能轉(zhuǎn)換為熱能。與入射光有交互作用，光透性可以通過控制粒徑和氣孔率而加以精確控制，在光感應和光過濾中應用廣泛。 f)生物醫(yī)藥材料應用 納米粒子比紅血細胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由運動，如果利用納米粒子研制成機器人，注入人體血管內(nèi)，就可以對人體進行全身健康檢查和治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物等，還可吞噬病毒，殺死癌細胞。2 本論文的主要內(nèi)容和基本理論 納米線的相關知識 納米線納米線是一種納米尺度(10?9 米)的線。這種尺度上，量子力學效應很重要,因此也被稱作量子線 。分子納米線由重復的分子元組成，可以是有機的（如：DNA）或者是無機的（如：Mo6S9xIx ） 。典型的納米線的縱橫比在 1000 以上,因此它們通常被稱為一維材料。這是因為電子在納米線中在橫向受到量子束縛，能級不連續(xù)。這種分立值是由納米尺度下量子效應對通過納米線電子數(shù)的限制引起的。它同時還可以作為合成物中的添加物、量子器械中的連線、場發(fā)射器和生物分子納米感應器， 納米線的性質(zhì)a)導電性納米線的導電性預期將大大小于大塊材料。第一，當線寬小于大塊材料自由電子平均自由程的時候，載流子在邊界上的散射現(xiàn)象將會顯現(xiàn)。對于寬度小于 40nm 的銅納米線來說，平均自由程將縮短為線寬。在碳納米管中，電子的運動遵循彈道輸運（意味著電子可以自由的從一個電極穿行到另一個）的原則。這些邊界效應來自于納米線表面的原子，這些原子并沒有像那些在大塊材料中的那些原子一樣被充分鍵合。隨著納米線尺寸的減小，表面原子的數(shù)目相對整體原子的數(shù)目增多，因而邊界效應更加明顯。電導率由此被表示成通過不同量子能級通道的輸運量的總和。把納米線連在電極之間，我們可以研究納米線的電導率。因為低電子濃度和低等效質(zhì)量，這種電導率的量子化在半導體中比在金屬中更加明顯。 b)力學性質(zhì)通常情況下，隨著尺寸的減小，納米線會體現(xiàn)出大塊材料更好的機械性能。 納米線的結(jié)構(gòu)納米線可以有多種形態(tài)。電子會在五邊形管和螺旋管中蜿蜒而行。例如，在一些個例中，納米線可以顯示五重對稱性，這種對稱性無法在自然界中觀測到，卻可以在少量原子促成的簇中發(fā)現(xiàn)。 納米線的用途納米線現(xiàn)在仍然處于試驗階段。為了制造有效電子元素，第一個重要的步驟是用化學的方法對納米線摻雜。下一步是找出制作 PN 結(jié)這種最簡單的電子器械的方法。第一種是物理方法：把一條P 型線放到一條 N 型線之上。再下一步是建邏輯門。納米線交叉可能對數(shù)字計算的將來很重要。納米管正在被研究用來做彈道波導，運用于量子點/量子井效應光子邏輯陣列的連線。當兩條納米管用作光子波導互相交叉時，其交叉連接點就是一個量子點。沸點 2230℃。在空氣中有吸濕性，較穩(wěn)定。氟化釔應用廣泛，用于制備稀土晶體激光材料，上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料、氟化物玻璃光導纖維和氟化物旋光玻璃。是電解制取金屬釔的原料，光學鍍膜、光纖摻雜、激光晶體、單晶原料、基體材料、催化助劑等稀土氟化物也被廣泛用于光電通訊、激光、新的光電裝置、醫(yī)學診斷和生物標記等 [1014]，相應的氧化物體系相比具有非常低的振動能，從而使稀土離子激發(fā)態(tài)的淬滅非常小 [15]。YF3 能帶隙寬(10 eV)并且 Y3+離子與其他三價稀土離子匹配的晶格點陣使其很容易被其它三價稀土離子取代而不需要額外的電荷補償，使 YF3 成為一種非常重要的稀土熒光基質(zhì)材料之一，它在新型激光材料、上/下轉(zhuǎn)換材料方面有著其潛在的用途。例如，通過反向微乳技術(shù)四邊形和六邊形的 YF3 納米晶體已經(jīng)制備，通過水熱法已經(jīng)制得米粒狀、紡錘形 、束狀和缺頂?shù)陌嗣骟w形狀的 YF3 和立方體 YF3 納米晶體 。 納米線的制備技術(shù)簡介當前，納米線均在實驗室中生產(chǎn)，尚未在自然界中發(fā)現(xiàn)。以下對這幾種制備方法進行簡單介紹：a)懸置法懸置納米線指納米線在真空條件下末端被固定。b)沉積法沉積納米線指納米線被沉積在其他物質(zhì)的表面上：例如它可以是一條覆蓋在絕緣體表面上的金屬原子線.c)刻蝕法另一種方式產(chǎn)生納米線是通過 STM 的尖端來刻處于熔點附近的金屬。d) VLS 合成法（VaporLiquidSolid） 。對納米線來說，最好的催化材料是液體金屬（比如金）的納米簇。源（材料）進入到這些納米簇中并充盈其中。最終產(chǎn)品的長度可由源材料的供應時間來控制。3 水熱技術(shù)概述 水熱法的定義及發(fā)展水熱法是一種在密閉容器內(nèi)完成的濕化學方法, 與溶膠凝膠法、共沉淀法等其它濕化學方法的主要區(qū)別在于溫度和壓力。與溶膠凝膠法和共沉淀法相比, 其最大優(yōu)點是一般不需高溫燒結(jié)即可直接得到結(jié)晶粉末, 從而省去了研磨及由此帶來的雜質(zhì)。所得粉末的粒度范圍通常為 微米至幾微米,有些可以幾十納米, 且一般具有結(jié)晶好、團聚少、純度高、粒度分布窄以及多數(shù)情況下形貌可控等特點。目前，使用水熱法制備納米材料的例子很多 [19]，例如，利用水熱法合成 ZnSe 和GdSe 納米晶，使用 Zn 粉或者 Cd 粉以及 Se 粉為原料，反應液體積占反應釜容積的 70%，反應溫度為 180℃；使用金屬鹽和 Na2S2O3 或者 Na2SeSO3 作為原料，利用水熱法合成了一系列硫化物 MS2（M =Ni，Co,Fe,Mo）和硒化物 MSe2（M=Ni，Mo ） ；使用硝酸鉛和硫代乙酞胺為原料，利用表面活性劑輔助的水熱法合成了 PbS 枝晶，該枝晶具有形態(tài)好，產(chǎn)率高的特點。反應過程的驅(qū)動力是最后可溶的前驅(qū)體或中間產(chǎn)物與最終產(chǎn)物之間的溶解度差，即反應向 Gibbs 焓減小的方向進行。溶質(zhì)（金屬陽離子的水合物）通過水解和縮聚反應，生成相應的配位聚集體（可以是單聚體，也可以是多聚體）當其濃度達到過飽和時就開始析出晶核，最終長大成晶粒。 “結(jié)晶”是指當水熱介質(zhì)中溶質(zhì)的濃度高于晶粒的成核所需要的過飽和度時，體系內(nèi)發(fā)生晶粒的成核和生長，隨著結(jié)晶過程的進行，介質(zhì)中用于結(jié)晶的物料濃度又變得低于前驅(qū)物的溶解度，這使得前驅(qū)物的溶解繼續(xù)進行。三是“原位結(jié)晶”機制，當選用常溫常壓下不可溶的固體粉末，凝膠或沉淀為前驅(qū)物時，如果前驅(qū)物和晶相的溶解度相差不是很大時，或者“溶解結(jié)晶”的動力學速度過慢，則前驅(qū)物可以經(jīng)過脫去羥基（或脫水） ，原子原位重排而轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)。（f）由于水熱反應是在物質(zhì)分散、流動性好，分布均勻的稀薄環(huán)境中進行，能夠充分體現(xiàn)晶體的結(jié)晶習性，通過改變水熱反應條件（反應溫度，反應時間，前驅(qū)物種類和濃度等） ，可以控制合成粉體的晶粒物相和形貌，是制備各向異性晶粒的理想方法。2 影響晶粒度的因素晶粒粒度是衡量粉體性能的一項重要指標，其大小的改變直接影響粉體的特性。因此降低粉體的晶粒粒度對制備納米粉體和納米陶瓷具有十分重要的意義。影響水熱反應的因素有溫度、壓力、保溫時間及溶液組分、pH 值、有無礦化劑和礦化劑種類。水熱反應溫度是化學反應和晶體生長的重要影響因素，它決定反應速率常數(shù)的大小。溫度的提高將有利于生長基元在晶體表面的脫溶劑化，表面擴散等，促進晶體的生長和晶型轉(zhuǎn)化。在其他條件不變的情況下，溶液循環(huán)時間越長，產(chǎn)物粒徑越大，有利于晶型的轉(zhuǎn)換，溫度提高，也有利于晶體的長大。 X 射線衍射各類晶體結(jié)構(gòu)都可用 X 射線衍射法測定。由于 X 射線是一種能量高、波長短、穿透力強的電子波，它在晶體內(nèi)會產(chǎn)生周期性變化的電磁場，迫使原子中電子也作周期振動(原子核質(zhì)量比電子的大的多，故其振動可忽略不計)，因此每個振動著的電子就成為一個新的電磁波發(fā)射源，以球面波方式發(fā)射出與入射 X 光波長、頻率、周期相同的電磁波。用一定波長的 X 射線照射晶體樣品，則根據(jù)布拉格公式（11）所示 2dsinθ=λ (11) 通過測量掠射角(入射或衍射 X 射線與經(jīng)面間夾角 )θ，即可計算出樣品晶體結(jié)構(gòu)的晶面間距 d，這就是 X 射線衍射法結(jié)構(gòu)分析的依據(jù)。電子束轟擊樣品上的某個點，在相互作用區(qū)內(nèi)出現(xiàn)電子的彈性和非彈性散射。用適當檢測器測量這些信號，就可以確定電子束轟擊的點上樣品的某些性質(zhì)。在數(shù)字掃描系統(tǒng)中，電子束按（x,y）地址掃描。與此同時，掃描發(fā)生器又同步驅(qū)動陰極射線管（CRT）的掃描，這樣，一幅經(jīng)過處理的樣品上微小區(qū)域的信號就同步地出現(xiàn)在 CRT 上。 透射電子顯微鏡（TEM)按照 de Broglie 關系，動量為 p 的電子與波失為 k 的波聯(lián)系著，p= hk=h/λ。當 V=50kV 時，λ =；當V=100kV 時，λ= 。在電子顯微鏡中，使電子束聚焦的磁場稱為電子透鏡，它是由通過穩(wěn)定電流的線圈并配合能使所產(chǎn)生的磁力線集中的糍粑組成的電子光學系統(tǒng)。在電子顯微鏡的情況下，λ 小了 5 個數(shù)量級，而 θ 不可能很大。而電子顯微鏡只可能是單一的凸透鏡，特別是對于球差，至今仍沒有完全消除的辦法。這樣，孔徑就只有 103rad 了。目前，商品電子顯微鏡最高分辨能力為 。在商品電鏡的分辨率指標中，晶格分辨率高于圖像分辨率。由電子槍發(fā)出電子束透過薄樣品，經(jīng)物鏡成像，又經(jīng)放大鏡、中間鏡、投影鏡幾級放大，最后在涂敷有陰極射線熒光材料的屏上顯示圖像，這是電子顯微鏡的電子光學系統(tǒng)。為了和掃描電子顯微鏡區(qū)分，這種電子顯微鏡有時也稱為透射電子顯微鏡。電子顯微鏡樣品的制備也是一項重要技術(shù)，需要把非金屬無機材料、金屬材料、高分子材料等各類材料制成厚度在 500nm 以內(nèi)的薄樣品。其中切片法多應用于高分子和生物樣品，用樹脂包埋樣品，用專用的超薄切片機把樣品切成適當厚度的薄片。這種方法用電子束透過率高的有機材料膜，在樣品表面印下與表面形貌完全一致的復膜，再用碳、金等材料作表面蒸鍍處理，以增強膜的力學強度、耐電子轟擊性以及增加反差。透射電子顯微鏡的主體部分包括有照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和觀察照相室。電子槍由燈絲(陰極)、柵級和陽極組成，加熱燈絲發(fā)射電子束，在陽極加電壓，電子加速。經(jīng)加速而具有能量的電子從陽極板的孔中射出。電子束有一定的發(fā)散角，經(jīng)會聚鏡調(diào)節(jié)后，可望得到發(fā)散角很小甚至為 0 的平行電子束。物鏡將來自樣品不同部位、傳播方向相同的電子在其背焦面上會聚為一個斑點，沿不同方向傳播的電子相應地形成不同的斑點，其中散射角為零的直射束被會聚于物鏡的焦點，形成中心斑點。通過調(diào)整中間鏡電流，從而改變中間鏡的焦距，使中間鏡的物平面與物鏡的像平面重合得到晶體衍射的放大像。 前驅(qū)物的選擇關系到最終粉體的質(zhì)量以及制備工藝的復雜程度，影響到晶粒的合成機制。雖然外界條件對化學反應有很大的影響，但是不同物質(zhì)之間的化學反應更取決于物質(zhì)本身的化學特性。(b)本實驗采用分析純 YF3作為釔來源、HF 溶液為氟源制取前驅(qū)物,硝酸溶液作為溶液，溶解氟化釔。擬定的各因素水平如圖 21，所得的實驗安排如表 22表 21 各因素水平表水平 化學配比 F/Y PH 值反應溫度(℃)反應時間(h)1233/14/15/1136160180200888表 22 水熱法制備 YF3粉體的實驗安排 實驗號F 來源化學配比 F/Y PH 值反應溫度(℃)反應時間(h)1234567NH4FNH4F NH4FNH4FNH4FNH4FNH4F3/14/15/13/14/15/13/111133361601601601801801802008888888NH4F Y(NO3)3氟、釔的前驅(qū)物在去離子水中溶解滴入 NaOH89NH4FNH4F4/15/16 620020088 實驗步驟 1）溶液制備第一步 按照前驅(qū)物計算量稱取所需質(zhì)量 Y（NO 3） 3 和 NH4F。本實驗中，把從反應釜中取出的粉體用去離子水進行清洗，再經(jīng)過離心機離心沉淀，直至溶液呈現(xiàn)中性為止。4) 檢測 經(jīng)檢測，粉體為 YF3 粉體。值得所需濃度的前驅(qū)液， 將其以填充度為 ％裝入反應釜，控制反應時間為 8 h，反應溫度分別為 160℃、180℃、200℃。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。]檢測溶液反應 NH4F 溶液 Y（NO 3） 3 溶液水反復清洗數(shù)次，直到呈中性為止。第三部分 試驗結(jié)果分析部分1 形貌觀測 圖 31YF3納米線的 SEM 像將實驗中的樣品制備成掃描電鏡樣品后置于場發(fā)射掃描電鏡下觀察，發(fā)現(xiàn) Si 片襯底上分布著許多不規(guī)則排列的納米線，同時在 SEM 下還可以看到很多襯度相對較亮的顆粒（如圖 41 所示） 圖 32YF3 納米線的 TEM 像刮取少量的粉末狀樣品放置于乙醇溶劑中超聲分散后制成透射電鏡樣品并放置于 透射電鏡（TEM）下觀察，發(fā)現(xiàn)納米線的長度很長可達幾十個微米，而納米線的粗細很不均勻，細的納米線的直徑僅為 20nm 左右，而粗的納米線的直徑可達 100n