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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划王中林,压电材料神奇的纳米发电(科技大观)韩秉宸人民日报为支持欧盟委员会“零功耗”倡议，首届国际纳米能源会议近日在意大利佩鲁贾召开，纳米发电技术成为会议关注的焦点之一。纳米技术经历了几十年的发展，现在已经走入人们的日常生活中，各种纳米材料目前在世界范围内得到了广泛的应用；而以纳米传感器、纳米机器人等为代表的纳米器件，则成为空间巨大的发展领域之一。纳米器件拥有尺寸小、功耗低、反应灵敏等特点，但纳米器件的运行必须有电池和集成电路的支持，目前无法达到绝对意义上的最小化。为解决这一问题，美国
2、佐治亚理工学院教授王中林XX年首次提出纳米发电机的理念，使纳米发电机的研究成为微型能源研究领域的热点，进而开辟了纳米压电电子学这一新兴的学科领域。纳米压电电子学原理是利用原子力显微镜探针，压迫氧化锌纳米线产生弯曲，使锌离子和氧离子产生了电势能并形成电流。在此基础上，王中林领导的研究小组选用兼具压电效应和半导体效应的氧化锌，利用纳米线、纳米薄膜等材料的结构特性，成功发明了纳米发电机，实现了将周围环境中的机械能转化成电能的目标。与此同时，利用超声波等其他方式为纳米压电材料提供机械能，使纳米发电机摆脱了对原子力显微镜探针的依赖。在深入研究如何进一步提高机械能到电能转变效率的同时，静电和摩擦也被纳入可
3、向纳米发电机提供能量的方式之一。利用日常生活中摩擦起电这种静电现象，可产生足够的能量。而采用纳米技术来制造特定材质的两种摩擦表面，还可以使摩擦有效面积扩大，从而提供更强的摩擦并转换出比压电效应更为可观的电能。随着纳米发电机研究的不断向前推进，纳米能源的开发也有了越来越多的新方法和新思路，比如说利用空气或水的流动、空调或其他机器引起的噪音、人在行走时肌肉的伸缩或对地面摩擦等能量，来实现能源自给，甚至人体内由于呼吸、心跳获得血液流动的细微能量都可用于纳米发电，这听起来像是天方夜谭，但却并非神话。由超声波带动的压电纳米发电机的问世，是纳米压电发电由科学现象到实际应用的一个重大里程碑。随着单个发电机器
4、件输出功率的不断提高，纳米发电机目前已能够驱动一些常规电子器件。但压电纳米发电机的进一步发展目前面临着工艺复杂、成本过高、电力输出较低等技术障碍，尚不利于商业化和日常应用。虽然纳米发电机一时还无法解决人类面临的能源供给难题，但借助安装在鞋底的纳米发电机，靠走路产生的摩擦和能量为手机或其他电子设备充电；或者在车站、商场等人流密集区域采用内置纳米发电机的地板，通过来往人群产生压电效应为建筑本身提供能源等诸多设想，很可能在不远的未来就将成为现实。ZnO半导体材料的制备与合成(安徽工业大学,材料科学与工程)摘要:氧化锌半导体材料以其优良的光电性能在光电子、传感器、透明导体等领域得到广泛应用。综述了氧化
5、锌半导体功能材料在敏感材料、压电材料、导电薄膜等方面的性能、应用及薄膜的制备技术,相对于三维块体材料,氧化锌薄膜可以适应大规模集成电路的需要,更具发展前途和研究价值。氧化锌薄膜的性质随掺杂组分和制备条件的不同而表现出很大的差异性。1.关键词:氧化锌;半导体材料;薄膜;光电性能Abstract:Znicoxidehasawiderangeoftechnologicalapplicationsassemiconductivematerialincludingphotoelectron,senseorgan,tansparentconductorandothers.Thispaperconcentr
6、atesonthepropertiesandapplicationsofZnOinsensitivematerials,piezoelectricmaterialsandconductivefilm,alsoontechniqueswhichthethinfilmwaspreparedby.Contrastingwithmonoli(转载于:写论文网:王中林,压电材料)thmaterials,theZnOthinfilmcanmeetthedemandsofmolectronandpossessesagreatdevelopmentfutureandresearchvalue.TheZnOth
7、infilmcanbedopedwithavarietyofionsandpreparedwithmanytechniquestoexhibitdifferentproperties.Keywords:ZnO;semiconductivemteria;lthinfilm;opticalandelectricalproperty.1稀磁性半导体11从磁性角度出发，半导体材料可以划分为非磁半导体(nonmagneticsemiconductor)、稀磁半导体(dilutedmagneticsemiconductor，DMSs)和磁半导体(magneticsemiconductor)三种类型。磁性半
8、导体集半导电性和磁性于一体，可以同时利用电子的电荷和自旋，兼备常规半导体电子学和磁电子学的优越性，被认为是21世纪最重要的电子学材料。在自旋电子领域展现出非常广阔的应用前景，引起了人们对其研究的浓厚兴趣。12稀磁半导体定义及研究意义稀磁半导体材料按照磁性元素的种类可以分为磁性过渡金属元素基稀磁半导体和磁性稀土金属元素基稀磁半导体；按照半导体材料来分可以分为化合物半导体基稀磁半导体和单质半导体基稀磁半导体。目前，人们主要从事的是II一和IIIV族化合物基的稀磁半导体的研究，半导体基一般有InP、bias、GaAs、GaSb、GaN、GaP、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe等，磁性元素一般为过渡
9、金属元素Mn、Fe、Co、Ni、Cr等。然而，由于大多过渡金属元素在IV族半导体材料中的溶解度很低，导致IIIV族基的DMS材料的自旋注入效率很低，难以获得大的磁性，实际应用价值不大，相比之下，ZnO在这方面具有较大的优势。Jin等人的实验证明，过渡金属元素在ZnO中具有较高的溶解度，其中Co、Mn的溶解度分别达到50mol和30mol，此外，在ZnO中很容易实现重电子掺杂(1021锄。3)，其p型掺杂也有报道。总之，稀磁半导体作为一种新材料，在自旋电子学、光电子领域已经展现出非常广阔的应用前景，比如自旋阀、自旋二极管、稳定的存储器、逻辑器件等，因此，无论在理论上，还是在应用上，稀磁半导体材料
10、都是一个值得深入研究的课题。2.ZnO简介ZnO是一种II族半导体氧化物材料，具有纤锌矿结构，属于六角晶系0aexagonal)6mm点群。可以看作是由沿着c轴方向的Zno“原子偶层构成，即一层Zn原子与一层O原子紧靠在一起的重复排列结构，每个原胞含有两对ZnO原子。Zn原子与周围的四个O原子形成一个四面体。同理，以O原子为中心与周围的四个盈原子形成一个四面体。ZnO的晶格常数a=b=Onm，踟nln，ca的值为1602，比理想的六角密堆体积略小，如图12所ZnO为一种宽带隙直接带隙半导体，具有很高的激子束缚能(60meV)，是室温离化能(26meV)的23倍，并且远高于其它宽带隙半导体，保证
11、了激子态在室温下能够大量存在，使得ZnO在室温下能实现高效率的紫外激光发射，在短波长光学器件领域具有广阔的应用前景。ZnO又是一种性能很好的压电和热电半导体材料，由于它具有压电、光电等效应，因而提供了将电学、光学及声学器件，如光源、探测器、调制器、光波导、滤波器及相关电路等进行单片集成的可能性。ZnO基稀磁半导体的研究进展近年来，稀磁半导体材料的研究已经取得了巨大的进展，大量研究工作已投入到过渡金属元素掺杂的ZnO基稀磁半导体中，其中研究最多的是Mn、Co、Fe掺杂的ZnO。通过控制掺杂浓度和制备条件，这些材料均已具备接近或高于室温的居里温度，其中以Mn、Co掺杂的效果比较好，目前受到关注。3
12、.ZnO纳米材料的研究进展及应用ZnO作为一种宽禁带半导体，在很多方面具有独特的优势，例如：ZnO的禁带比较宽，有高的光电导特性，因此可用来制作紫外探测器；具有很强的高能辐射抵抗力，这就使ZnO成为有希望的空间材料；很容易被酸和碱刻蚀，因此ZnO容易制备小型器件；另外，ZnO具有光电、压电、场发射等性质，而且在400XXnm甚至更长的波长范围内是透明的材料，因此ZnO成为集成光电器件中的一种极具潜力的材料。下面简要介绍以下几种基本的器件：31纳米激光器1997年，香港科技大学的ZKTang等人18-201在蓝宝石衬底上制备了高质量的ZnO薄膜，得到了紫外受激发射。这一结果具有重要的意义，因为近
13、紫外光发射比蓝光发射的波长更短，这对于提高光信息的存取速度和光记录密度起到重要的作用，在实验上验证了ZnO比GaN更优异的性能，这项成果引起了ZnO研究的轰动。1997年美国材料学会会议称ZnO薄膜紫外发射的研究是“一项伟大的工作”。XX年6月，杨培东小组利用简单的化学气相传输法以金作为催化剂在蓝宝石衬底上生长了ZnO纳米线阵列【211，如图1-6所示，每根ZnO直径约20150nm，长度约10lam。研究了ZnO纳米线阵列的室温紫外激光，在激光激励下，观察到在波长为385nm处出现了受激发射现象，发射峰宽小于O3nm。同时出现了等间隔发射峰，间隔为5nm，这表明ZnO自形成了谐振腔，与理论计
14、算的激光腔的纵模间隔相符。这种短波长纳米激光器可以在光计算、信息存储、微量分析等领域得到重要应用。纳米线的扫描电镜和高分辨透射电镜图像32发光二极管目前还P型ZnO薄膜制备技术还没有成熟，即便制备出P型ZnO薄膜也很难稳定存在，因此不能制备ZnO同质结LEDs，只能应用其它P型材料如Si、GaN等来制备ZnO异质Pn结。Hsieh等f221制备了ZnOSi异质结LED，Si片时采用P型单晶硅，先用高密度电子回旋共振(ECR)离子反应器将硅片刻蚀成纳米锯齿尖端状结构，然后在尖端上用PLD技术沉积了一层ZnO薄膜。这种结构在380nm处出现了强烈的紫外发射，文中还做了非锯齿状的SiZnO异质结LE
15、D，相比之下具有尖端的结构紫外发射明显更强烈。Alivov等报道了nZnOpGaN异质结LED器件，其结构图如图l一10所示，nZnO层采用CVD法制备，p-GaN层采用MBE法制备。阴极发光测量结果在390nm和510nm发现ZnO的特征发光峰。33纳米发电机压电特性是指电介质在压力作用下发生极化而在两端表面间出现电位差的性质。ZnO是一种良好的压电材料，不仅压电性强，还具有稳定的化学性质。XX年，王中林等人在Science上报导了世界上最小的纳米发电机，其原理图和实物图如图1-9所示。ZnO纳米线阵列生长在导电衬底上，利用超声波上下震动铂电极输入机械能使ZnO纳米线弯曲，弯曲的纳米线会产生极化电荷，用半导体和金属的肖特基势垒将电能暂时储存在纳米线内，接通电源后，完美的实现了纳米发电机的发电功能。更为重要的是，发电效率竟能达到17-30。这一结果为机械振动、水能发电等自发电的纳米器件奠定了物理基础。高分辨压电光电子学应力成像芯片系统研制成功美国佐治亚理工学院和中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士领导的研究小组最近利用垂直生长的纳米压电材料阵列研制出大规模发光二极管阵列，并且利用压电光电子学效应首次实现利用外界应力/应变改变纳米压电发光二极管发光强度的过程；首次研制出主动自适应式的、高分辨率的、以光电信号为媒介、并行处理的压力传感成像芯片系
