纳米材料复习资料

表面控制型金属氧化物半导体材料气敏机理O2-，O，2，结果导致气敏材料的表面电阻增加。当还原性气体（2：O吸附2→Oe被氧原子捕获的电子捕获，使金属半导体的表面电阻进一步升高。体相控制型金属氧化物半导体气敏机理:由于化学计量比的偏离，在半导体禁带中存在施主能级或受主能级，当化-Fe2O3Fe3O4，使器件的体电阻下降。γ-Fe2O3被还Fe3O4，这是一个可逆转的过程，当被测气体脱离后，又恢复为原有状态，通过这种转换达到了检测气体的目的.(3).金属氧化物半导体气敏器件的灵敏度受到多种因素的影响主要因素：材料的化学元素组成:SnO2能够有效地促使正丁醇脱氢变为正丁醛，却不能够有效ZnO却能够有效地催化分解正丁醛。所以将这两种材料结合起来，就能够有效地使正丁醇脱氢变SnO2-ZnOSnO2ZnO。并不是所有复合材贵金属表面修饰:高气敏材料表面的催化活性。引入贵金属的方法:浸渍法/溅射法/溶胶-凝胶法/蒸发镀膜法.微结构调控:D尺寸没有关系晶界控制.D≥2L：晶粒控制，颗粒之间电子传输没有势垒阻碍，传感测试温度和湿度等合成及测试条件：(a)当异质结构暴露在乙醇气体中时，乙醇分子会与表面吸附氧发生反应释放电子回到ZnO/TiO2导带，导致界面处势垒ZnO/TiO2TiO2ZnO纳米片界面处ZnO的功函数(5.2–5.3TiO2的功函数(4.2TiO2纳米纤维传输至ZnO纳米片，因此会在界面处形成一个异质结势垒以及额外的耗尽层)TiO2ZnO，ZnO/TiO2异质结构TiO2与纯相材料对比，异质结构材料具有更多的活性位点从而能够吸附更多的氧气分子，使材料具有更好的气敏特性。(增强机理：1TiO2纳米纤维与α-Fe2O3α-Fe2O3（5.88V）2的功函数22纳米纤维中的电子很容易的转移到α3纳米棒中。肖特基势垒和额外的电子耗尽层在纳米纤维和米棒的界面纳处形成。2、比表面积。α-Fe2O3/TiO2一维树枝状异质结构的比表面积（37m2g-1）TiO2纳米纤维（21m2g-1）和α3纳米棒7g13、快速的电子转换。αTiO2Fe(III)-Fe(II)4TiO2材料相比，α-Fe2O3/TiO2α-Fe2O3/TiO2α-Fe2O3/α-Fe2O3D（同质结）PNN结,NP型半导体接触时，由于费米能级的不同，N区P区扩散，而PN区扩散，形成扩散电流。在扩散中电子和空穴发生复合，在N区留下施主正电荷，PPNNP区Ebi,结中无净电流流过。在平衡状态下，空间电荷区的扩散电流和漂移电流达到平衡。内建电场的建NPEFPN区接正电位）时，原有的平衡被打破，外加PNPN结能带示意图减弱，从而减少了空间电荷区的漂移电流，扩散电流超过漂PNPNVaPN区扩散，形PNPN结的电致发光形状记忆括形状记忆合金和形状记忆聚合物.某些具有热弹性马氏当超过马氏体相消失的温度时材料就能完全恢复变形前的形状和体积，这种现象称为形状记忆效应(SME)。具有形状记忆效应的合金称形状记忆合金.这种只能记忆住高温时形状的现象称为单向记忆效应（又称单程记忆。某些记忆材料例TiNiCu定义：替换原子无扩散位移（切变，即原子沿相界面作协作运动，马氏体相变的基本特征变、点阵不变平面应变、固定取向关系、马氏体片内具有亚结构、相变具有可逆性。某些记忆材料例如形状记忆合金应具备以下三个条件：①马氏体相变是热弹性类型的；②马氏体相变通过孪生(切变)成，而不是通过滑移产生；③母相和马氏体相均属有序结构。具有形状记忆效应的合金应具备如下条件变为孪变，亚结构为孪晶或位错；3.母相和马氏体均为有序点阵结构；④相变时在晶体学上具有完全可逆性。形状记忆合金材料：Ti-Ni系、铜系、铁系合金三类。目前已实用化的形状记忆合金只有Ti-Ni系合金和铜系合金。Ni-Ti形状记忆合金基本特点：具有良好的力学性能，抗疲劳，耐磨损，抗腐蚀。记忆效应优良、生物相容性好等一系列的优点。但制造过程较复杂、价格高昂。表征材料记忆性能的主要参数：包括记忆合金随温度变化所表现出的形状回复程度，回温度滞后更是关键参数。影响记忆特性主要参数的因素1、物理气相沉积（PVD）采用物理方法使物质的原子或分子逸出，然后沉积在基片上形成薄膜的工艺根据使物质的逸出方法不同，可分为蒸镀、溅射和离子镀。真空蒸镀：把待镀的基片置于真空室内，通过加热使蒸发材料（或升华离子束溅射：3大部分组成，在高真空或超高真空中溅射镀膜法。利用直流或高频电场使惰性气体（通常为氩）分子溅射出来，然后沉到基板上形成薄膜。磁控溅射：被溅射的靶极（阳极）与阴极之间加一个在正交的电磁场的作用()和阳撞几率，提高了(镀膜室壁)之间施加几百伏电压，便在镀膜室内产生磁控型异，了能量成为“最终电子”进入弱电场区常辉光放电，氩气被电离。最后到达阳极时已经是低能电子，不再会使基片过热。同时高密度离子镀是在真空蒸镀的基础上，在热蒸发源与基片之间加一电场（基片为负极，在真空中基片与蒸发源之间化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是使含有构成薄膜元素的一种或几种化合物（或单质）气体在一定温度下通过化学反应生成固态物质并沉积在基片上而生成所需薄膜的方法。特点：设备可以比较简单，沉积速率高，沉积薄膜范围广，覆盖性好，适于形状比较复杂的基片，膜较致密，无离子轰击等优点。特别是在半导体集成电路上得到广泛应用常用的气态物质有各种卤化物、氢化物及金属有机化合物等，化学反应种类很多，如热解、还原、与水反应、与氨反应等。纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或组装一种新的体系，它包括一维、二维和三维体系。纳米材料是(1～100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。表面效应：是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。量子尺寸效应：当粒子尺寸降低到某小尺寸效应：当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，对于晶体其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶态纳米粒子其表面层附近原子密度减小，这些都会导致电、磁、光、声、热力学等性质的变化，这称为小尺寸效应。宏观量子隧道效应：微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法、水解沉淀法等。液相反应法——溶胶－凝胶法MCM－41Si软模板团、囊泡等。二者的共性是都能提供一个有限大小的反应空间，区别在于前者提供的是静态的孔道，物质只能从开口处进入孔道内部，而后者提供的则是处于动态平衡的空腔，物质可以透过腔壁扩散进出。纳米材料成份分析种类：光谱分析主要包括火焰和电热原子吸收光谱AAS，ICP-OES，X-XFSX-射线质谱分析ICP-MSTOF-SIMS能谱分析：X射线光电子能谱XPSAESICP：ICP7010－1～10－5μg/cm－31%以内，定量分析效果好；线性范围可达4～6电感耦合等离子体质谱法：ICP-MS是利用电感耦合等离子体作为离子源的一种元素质谱分析方法；该离子源产生的样品离子经质谱的质量分析器和检测器后得到质谱；检出限低（ppb-ppt）线性范围宽（7）分析速度快（170）谱图干扰少（1，能进行同位素分析。X-射线荧光光谱分析法：是射线荧光光谱仪有两种基310－5～10－9g/g（g/cm3）表面与微区成份分析：X（10/俄歇电子能谱（6nm/二次离子质谱（微米，表面/电子探针分析方法（0.5微米，体相）/（1）（0.5nm）.光散射粒度测试方法的特点:1nm～3000μｍ,1～1.5min；测量准确,重现性好。可以获得粒度分布.激光相干光谱粒度分析法:通法光子相关光谱(ＰＣＳXRD//晶粒大小的测定原理/激光拉曼物相分析:当一束激发光的光子与作为散射中心的分子发生相互作用时，大部分10－6～10－10。拉曼散射的产生原因是光子与分子之间发生了能量交换，改变了光子的能量.拉曼活性:在固体材料中拉曼激活的机制很多，反映的范围也很广：如分子振动，各种元激发（电子，声子，等离子体等电子衍射分析:102～106eVXXRD合作微区分析因此，主要用于确定物相以及它们与基体的取向关系以及材料中的结构缺陷等.电子衍射特点:电子衍射可与物像的形貌观察结合起来，使人们能在高倍下选择微区进行晶体结构分析，弄清微区的物象组成；电子波长短，使单l的单色平面电子波以入射角qd2dsinq=nl出去，一部分使晶面间距为dSEM扫描电镜分析可以提供从数纳米到毫米范围60.5TEM透射电镜具有很高的空间分辩能力，特别适合纳米粉体材料的分析。其特点是样品使用量少，不仅可以获得样品的形貌，颗粒大小，分布以还可以获得特定