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1、附錄1“奈米材料的特性與應用”課程大綱中原大學 物理系中華民國九十二年九月奈米材料的特性與應用課程教材大綱目錄1、以溶液沈澱法成長量子點(王宏文老師-中原大學化學系)2、奈米材料與元件的電學特性 (鄭湘原老師-中原大學電子工程系)3、以分子束磊晶成長量子點及其形貌量測（周武清老師-交通大學電子物理系）4、奈米材料的光學特性分析 (沈志霖老師-中原大學物理系)5、奈米材料在光電元件的應用 (林泰源老師-海洋大學光電所)6、化工與奈米科技 (阮若屈老師-中央大學化學工程與材料工程系)7、細胞的奈米構造 (詹文雄老師-中原大學生物科技系) 8、量子點與螢光蛋白交互作用 (吳宗遠老師-中原大學生物科技
2、系) 一、 以溶液沈澱法成長量子點(王宏文老師-中原大學化學系)1. Nanoengineering of core-shell particleslThe term used to describe the synthesis of nanometer core-shell particleslCore-shell particle = solid cores (latex, inorganic, metal) coated with polymers, inorganics or biomacromolecules. lThe particle engineering includes:l
3、The synthesis of core particleslThe tailoring the surface properties of core particleslThe coating or encapsulating process2. Polymer coatingslSurface modification via polymerization processlSelf-assembled polymer layerslSolid cores coated with a shell of polymeric materialsMonomer adsorption onto p
4、articles and polymerizationHeterocoagulation-polymerizationEmulsion polymerization3. Inorganic and composite coatingslPrecipitation and surface reactionslControlled assembly of preformed nanoparticles4. Surface modification via polymerization process- Monomer adsorption onto particles and polymeriza
5、tionMatijevic coating of silica particles with聚二乙烯苯(poly(divinylbenzene) PDVB, 聚乙烯苯氯(poly(vinylbenzyl chloride, PVBC) PVBC先將中心核SiO2的表面使用4-vinylpyridine 或 1-vinyl-2-pyrrolidone之類的偶合劑(coupling agent)進行反應，然後PDVB再與適當的起始劑混合反應，使高分子的單體在核心表面行聚合作用。l用同樣的方法，聚乙烯苯氯(poly(vinylbenzyl chloride, PVBC)， PDVB-PVBC的複合高
6、分子，或雙層不同材質(PDVB及PVBC)的包覆Core-Shell粒子都可以合成出來。5. Coating polypyrrole on Hematite (Fe2O3), CeO2, CuO etc. l核心粒子表面便具有催化活性可以促使單體聚合，則起始劑便可以省略。l例如在 a-三氧化二鐵(a-Fe2O3, hematite)、氧化矽修飾的hematite、氧化鈰(CeO2)表面可鍍上聚砒咯(polypyrrole)。l方法是將無機氧化物粒子浸泡在砒咯的酒精及水的混合物中，加熱至100oC即可使砒咯聚合。由於聚砒咯是熟知之導電高分子，聚砒咯包覆的a-Fe2O3或CeO2粒子，便具有導電性
7、。包覆的厚度可以用反應時間來控制。 二、 奈米材料與元件的電學特性(鄭湘原老師-中原大學電子工程系)1. What is Nanotechnology?It is the creation of functional materials, devices and systems through control of matter on the nanometer length scale and exploitation of novel phenomena and properties (physical, chemical, biological) at that length scale
8、2. Schematic of single electron devicestructure3. Operation of the SEM Cell(1) Write Direct tunnelingof electrons from the inversion layer (2) Store Thresholdvoltage shift(3)Erase Lowering of electron energy at the energy channel surface with respect to the control gate4. Quantum-Dot Transistor on S
9、OI5. Structure Single Electron Memory Cell Using Nanocrystals6. Elucidate Current Modulation by Charging or Discharging Single-Electron7. What Is OUM?8. 奈米電子元件技術三、 以分子束磊晶成長量子點及其形貌量測（周武清老師-交通大學電子物理系）1.奈米科技首部曲(狂想篇)1959R. Feynman 如果我們能夠按照自己的願望，一個一個地排列原子，將會出現什麼？這些物質將會有什麼樣的性質？這是十分有趣的問題。雖然我現在不能精確地回答，但我絕不懷
10、疑當我們能在如此小的尺寸上進行操控時，將會得到具有大量獨特性質的物質。 如果有朝一日人們能夠在原子或分子的尺度來加工材料和製造設備，就能夠把百科全書資料儲存在一個針尖大小的空間內，這將給科學帶來什麼？2.奈米科技二部曲(誕生)1962日本物理學家Ryogo Kubo久保亮五針對金屬超微粒子的研究提出著名的久保理論，討論超微粒子的量子侷限現象，推動物理學家向奈米尺度的微粒進行研究。1974 Norio Taniguchi古口紀男提出Nanotechnology一詞描述精密機械加工3.奈米科技三部曲(操控原子)1982 IBM蘇黎世研究所的Gerd Binnig和Heinrich Rohrer及其
11、同事研製第一臺達到原子分辨解析度的表面分析儀器，掃描穿隧顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope, STM)。1986G. Binnig和同事發明原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)。4.奈米科技應用1984年德國科學家葛雷特（H. Gleiter）等人採用惰性氣體蒸發冷凝法，製出鐵、銅、鉛等金屬的奈米顆粒，及氧化物二氧化鈦的奈米顆粒。二氧化鈦的奈米顆粒具有良好的延展性，加入陶瓷中可以改變陶瓷的易脆性質，這可以說是奈米材料第一次科學應用。 5.奈米科技(C60 的發現)1985年，美國化學家史莫利，與英國化學家科爾托利用雷射激光於石
12、墨上，使其蒸發而成碳灰發現C60和C70。史莫利等人是第一批在地球上製造出碳六十與碳七十的人。（一九九O年），另一位德國化學家柯爾特舒馬可以一次製造數克重的碳六十，後來三位化學家合拿一九九七年的諾貝爾化學獎。 6.奈米科技應用一九八六年，鄔姆貝克（C. Umback）、華喜本（S. Washburn）和韋伯（R. A. Webb）三人製成一多晶體的金環，金環的線寬小於一百奈米，且此金環厚度僅四十奈米。在外加磁場下，金環會產生振盪式電阻這是因為金環內的電子受到金環的奈米尺度干擾，而於環內兩側作振盪。就一般而言，金為良導體、電阻值小，不受磁場影響，但這個結果顯示金小到奈米尺寸時，其物理性質與大尺寸
13、時不同，這個現象可以應用於其他金屬，並藉此製造新的奈米電子元件。因為加磁場而產生電阻的改變，我們稱為磁阻（magneto-resistance），這種現象為奈米技術的另一突破，也為物理學開創新局。 7.奈米科技 (操控原子)一九九O年，美國IBM公司位於加州的研究中心，研究員伊格於低溫下操作掃瞄穿隧式顯微鏡，利用顯微鏡的探針，按照自己的意志將三十五個氙原子於鎳基板上排列成IBM三個英文字母，這個人類破天荒的原子操縱，直接地實現了費曼於一九五九年的演說按照人類自己的意志來排列原子的幻想，此原子操縱術使奈米技術向前邁一大步。同年七月在美國巴爾的摩舉行第一屆國際奈米科技會議，到此時奈米科技正式成為一
14、門獨立的學科，也有了屬於奈米科技的專屬期刊奈米技術（Nanotechnology）、奈米結構材料（Nanostructure Materials）、奈米生物學（Nanobiotechnology），同時，國際上每兩年召開奈米科技會議一次。另外，一九九二年第一屆國際奈米材料會議於墨西哥舉行，同於國際奈米科技會議，也是每兩年舉行一次。8.奈米科技 (單原子元件)1991年，Eigler在控制Xe原子時進一步發現，當改變STM針尖和Ni表面之間的偏置電壓及其極性時，Xe原子會在STM針尖和Ni表面之間移動且總是移向處於正極性的一端。並且，當Xe原子與針尖接觸時STM隧道結處於高導電狀態；而當Xe原子
15、回到Ni表面上時，STM隧道結處於低導電狀態。這實際上是一個由Xe原子構成的超高速雙穩態電子開關。1991年，Eigler申請了世界上第一個單原子器件（單原子開關）的專利，開創了單原子器件研發的先河。四、 奈米材料的光學特性分析(沈志霖老師-中原大學物理系)1. Photonic CrystalsA periodic arrangement of dielectric or metallic elementsPhotonic band gap defines a range in which all propagating states are prohibited2. Properties of Quantum DotsConfining potential gives
