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纳 米 技 术 专 题

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纳米技术专题——综述

一门前途无量的新兴技术-纳米技术

前言

提到从九十年代初起,纳米技术(Nanotechnology)得到迅速发展,显示出勃勃生机。它是信息技术、生命科学技术和许多其它技术能够进一步发展的共同基础,将对人类未来产生深远的影响,并且孕育着巨大的商机。

提到本文将根据收集到的国内外资料,对纳米技术进行介绍,以飧读者。

一、纳米技术的由来和发展

提到提到纳米技术,首先要了解纳米这一长度单位。一纳米是十亿分之一米,或千分之一微米。直观上讲,人的头发直径一般为20-50微米,单个细菌用显微镜测出直径为5微米,而1纳米大体上相当于4个原子的直径。传统的特性理论和设备操作的模型和材料是基于临界范围普遍大于100纳米的假设,当材料的颗粒缩小到只有几纳米到几十纳米时,材料的性质发生了意想不到的变化。由于组成纳米材料的超微粒尺度,其界面原子数量比例极大,一般占总原子数的40%-50%左右,使材料本身具有宏观量子隧道、表面和界面等效应,从而具有许多与传统材料不同的物理、化学性质,这些性质不能被传统的模式和理论所解释。

提到纳米技术就是研究结构尺寸在0.1至100纳米(有些资料为1至100纳米)范围内材料的性质和应用。它的本质是一种可以在分子水平上,一个原子、一个原子地来创造具有全新分子形态的结构的手段,使人类能在原子和分子水平上操纵物质;它的目标是通过在原子、分子水平上控制结构来发现这些特性,学会有效的生产和运用相应的工具,合成这些纳米结构,最终直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品。

提到因而,各个不同学科的科学家潜心研制和分析纳米结构,试图发现单个分子、原子在纳米级范围内不能被传统的模式和理论所解释的现象以及众多分子下这些现象的发展,他们的工作奠定了纳米技术的基础,推动了纳米技术的发展。

提到让我们简单回顾一下它的历史:

提到1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼在美国加州理工学院召开的美国物理学会年会上预言:如果人们可以在更小尺度上制备并控制材料的性质,将会打开一个崭新的世界。这一预言被科学界视为纳米材料萌芽的标志。

提到1974年,科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。70年代美国康奈尔大学格兰维斯特和布赫曼利用气相凝集的手段制备纳米颗粒,开始了人工合成纳米材料。

提到1982年,研究纳米的重要工具-扫描隧道显微镜被发明。

提到1989年德国教授格雷特利用惰性气体凝集的方法制备出纳米颗粒,从理论及性能上全面研究了相关材料的试样,提出了纳米晶体材料的概念,成为纳米材料的创始人。

提到1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举行。

提到1991年,碳纳米管被发现,它的质量只有同体积钢的六分之一,强度却是钢的十倍。

提到1992年开始,两年一届的世界纳米材料会议分别在墨西哥、德国、美国夏威夷、瑞典举行。

提到1993年,继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后,中科院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字。

提到1997年,美国科学家首次成功地用单电子移动单电子,利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存储容量比现有计算机提高成千上万倍的量子计算机。

提到1999年,巴西和美国科学家发明了世界上最小的“秤”,可称量十亿分之一克的物体,相当于一个病毒的重量;此后不久,德国科学家研制出能称量单个原子重量的“秤”。

提到到1999年,全球纳米产品的年营业额达到500亿美元。

提到由于纳米技术不可估量的经济效益和社会效益,包括为信息产业的电子、光电子的继续发展和提高;为制造业、国防、航空和环境应用提供更物美价廉的材料;为医疗、医药和农业上加速生物进步将起的作用,人类可以预计到21世纪,纳米科学和技术将会改变人造物体的特性,产生工业革命。IBM的前首席科学家约翰·阿姆斯特朗在1991年写道"我相信纳米科学和技术将会是下一个信息时代中心,就像在七十年代的微米引起的革命一样"。

二、纳米技术的学科领域

提到纳米技术的发展使新名词、新概念不断涌现,象纳米材料学、纳米机械学、纳米生物学和纳米药物学、纳米电子学、纳米化学等等,而且仍在不断扩大。现将几个主要的学科领域介绍如下。

提到纳米材料学观测和研究纳米材料所具有的特殊结构,包括表面粗糙度、表面结构、颗粒大小、缺陷和材料制备。在纳米尺度下,物质中电子的量子力学性质和原子的相互作用将受到尺度大小的影响,从而使其具有许多与传统材料不同的物理、化学性质。科学实验证明一克具有纳米尺寸的微粒,其表面积可达几万平方米,由于表面积增大,活性就增强;五颜六色的金属,由于吸光能力增加而一律变成黑体,熔点也随之降低。而且纳米铁材料的断裂应力比常规材料高12倍;气体通过纳米材料的扩散速度比一般材料快几千倍;纳米铜材料比常规铜材料的热扩散增强了近一倍。铜到纳米级就不再导电,纳米铜的膨胀系数比普通铜成倍增加。绝缘的二氧化硅、晶体等,在20纳米就开始导电成为导体。人们还发现,纳米颗粒的外形会逐渐变化,粒度越小,变化越强;纳米材料中有大颗粒“并吞”小颗粒的现象,

纳米颗粒与生物细胞膜的物化作用很强,因而能被细菌吞噬而产生特殊的生化效应。正由于纳米材料这些奇特的力、电、光、磁、吸收、催化、敏感等性能而使之具有广泛而诱人的应用前景。如能得到纳米尺度的结构,就可能控制材料的基本性质如熔点、磁性、电容甚至颜色,而不改变物质的化学成份,最终实现根据材料的性能要求,设计、合成纳米复合材料。

提到纳米动力学主要是微机械和微电机,或称为微型电动机械系统(MEMS),是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统,特种电子设备、医疗和诊断仪器等。微电子技术在许多领域引发了一场微小型化革命,以加工微米、纳米结构和系统为目的的微米、纳米技术在此背景下应运而生,人们利用精细加工手段加工出微米、纳米级结构,组成MEMS,将电子系统和外部世界有机地联系起来,它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界信号,并将这些信号转换成电子系统可以认识的电信号,而且还可以通过电子系统控制这些信号,进而发出指令,控制执行部件完成所需要的操作。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。它不仅可以降低机电系统的成本,而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。例如尖端直径为5微米的微型镊子可以夹起一个红细胞;制造出3毫米大小的能够开动的小汽车;可以在磁场中飞行的象蝴蝶大小的飞机等。MEMS技术的发展开辟了技术全新的领域和产业,具有许多传统传感器无法比拟的优点,因此在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。

提到纳米生物学和纳米药物学首先要介绍一下DNA芯片。DNA芯片或称作基因芯片实质上是一种高密度的寡核苷酸(DNA探针)阵列。它采用在位组合合成化学和微电子芯片的光刻技术或其它方法将大量特定序列的DNA片段(探针)有序地固化在玻璃或硅衬底上,构成储存有大量生命信息的DNA芯片。DNA芯片有可能首次将人类的全部基因(约10万个)集约化地固化在1平方厘米的芯片上,目前已达到的密度是40万种探针/芯片,每种探针间的空间尺度是12~20微米。在与待测样品DNA作用后,即可检测到大量相应的生命信息,包括:基因识别、鉴定、基因突变和基因表达等等。有了纳米技术,还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件构成新的材料。药物,即使是微米粒子的细粉,也大约有半数不溶于水;但如粒子为纳米尺度(即超微粒子),则可溶于水。目前,DNA芯片不作为分子的电子器件,也不作为DNA计算机用,主要起生命信息的储存和处理的功能。但正是基于它的对生命信息进行平行处理的原理,利用DNA芯片可快速、高效、同时地获取空前规模的生命信息,DNA芯片很有可能成为今后生命科学研究和医学诊断中革命性的新方法。它将改变生命科学的研究方式,将革新医学诊断和治疗,极大地提高我们的人口素质和健康水平。总之,纳米技术在生物学和药物学的深入发展和广泛应用,将开辟一个生命信息研究和应用的新纪元。

提到纳米电子学包括基于量子效应的纳米电子器件,纳米结构的光、电性质,纳米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,也就是说空间体积要小,响应速度要快,单个器件的功耗要少。扫描探针显微镜就是为实现这一目标而诞生的,作为一种简单、直接而强有力的观察工具,一经问世立即被用于微电子器件的制造过程中。尤其是扫描探针显微镜中的激光力显微镜,它能在不接触表面的情况下绘制出电子元件表面图象。基于扫描探针显微镜的纳米刻蚀技术,可以实现在纳米尺度上制备产品,应用于微电子的工作介质上就有可能制造出高密度的存储器,其记录密度为目前磁盘的数千倍至上亿倍。通过极小的晶体管和记忆芯片几百万倍的提高电脑速度和效

率,使今天的奔腾Ⅲ处理器显得十分慢了。

提到纳米化学纳米化学是研究物质在在原子级水平上的化学问题,是对此范围内的物质合成、纳米物质的表征方法、物质所表现的异常行为及其应用等方面的研究。它包括纳米材料合成方法的研究、纳米复合材料的制备、纳米材料特异性质的尺寸效应及其机理的研究、纳米材料的表征与检测、纳米仿生材料的研究、纳米催化的研究、纳米材料的工业化前途等等。其中我们着重介绍纳米催化。催化剂的性能很大程度上取决于它的表面效应,表面不饱和的性质对它的选择性能有很大的影响。有资料介绍,负载型纳米非晶态合金是较理想的催化加氢材料。用Ni-B/SiO2非晶态催化剂,催化环戊二烯选择性加氢制备环戊烯反应,其转换率可达100%,而选择性为96%以上。以溶胶-凝胶法制备的γ-Al2O3陶瓷膜,可用于超滤,或经过修饰成为催化膜用于膜反应器,实现分离反应一体化。由于膜表面的酸性,它还可直接作为催化剂用于酸性催化反应。

提到利用波美石(γ-AlOOH)溶胶胶粒,以过渡金属(包括贵金属)、稀土金属和碱土金属修饰,即可制成多种催化膜。Ni/γ-Al2O3催化剂具有高稳定性,在应用于850C下进行的甲烷部分氧化制造合成气反应中,具有大于95%的转化率,以及98%的CO选择性。

提到气凝胶氧化物担载的Co基催化剂,具有很高的F-T合成活性和烃产物选择性。ZrO2涂层SiO2载体担载的Co基催化剂,有利于重质产物的生成;而溶胶-凝胶法制得的ZrO2、SiO2混合气凝胶担载的Co基催化剂,则有利于液态烃的生成。

提到使用氩电弧等离子体制备的过渡金属、贵金属和稀土金属等的纳米金属催化剂,以及用合金制成的纳米稀土薄壳或储氩催化剂等,有望为规模生产提供基础。金属簇及金属离子对上述催化剂的修饰,在催化和合成领域的应用也是研究热点之一。纳米化学也可为纳米分子筛的合成提供途径。它除了有巨大的内、外表面积之比,高的晶内扩散性能外,更有利于提高负载性催化剂中金属组份的负载量及分散性能。

三、纳米技术的产品领域

提到因纳米技术而得到发展和创新的领域和产品有:

提到1、电子和通讯:用纳米薄层和纳米记录点的全媒体存贮器;平板显示器;全频道通讯工程和计算机用的器件,信息存贮密度和运算速度都要比现在大3-6个数量级,且廉价而节能。

提到2、计算机:通过极小的晶体管和记忆芯片提高电脑速度和效率几百万倍,体积只有针头大小的计算机。

提到3、纳米医疗:新的纳米结构药物;可到达身体的指定部位的基因和药物传送系统;有生物相容性的器官和血液代用品;家用早期病情自诊系统;生物传感器;骨头和组织的自生长材料。

提到4、化学和材料:能提高化工厂燃烧效率,减少汽车污染的各种催化剂;超硬但不脆裂的钻研头及切削工具;用于真空封接和润滑的智能磁性液体;化学、生物载体的探测器和解

毒剂。

提到5、能源:高电能存储量、体积和重量小且成本低的新型电池;使用人工光合作用的清洁能源;量子阱式太阳能电池。

提到6、制造工业;基于扫描隧道显微镜原理的一系列扫描探针显微镜和测量仪器的微细加工;新的操纵原子的工具和方法;渗有纳米粒子的块状材料;使用纳米粒子的化学/机械磨削。

提到7、飞机和汽车:由纳米粒子加强的轻质材料;由纳米粒子加强的轮胎,耐磨,可直接再生;不需要洗涤的外壳油漆;廉价的不燃塑料;有自修补功能的涂层和纤维;生产出比钢强度大10倍,而重量只有其几分之一的材料来制造各种更轻便,更省燃料的交通工具。

提到8、航天:轻型航天器;经济的能量发生器和控制器;微型机器人。

提到9、环境保护:工业废污处理;廉价的海水除盐膜;确定环境中纳米粒子的效应;从原子或分子做起的制造工艺,无切削、无化学处理,材料消耗最少。

四、纳米技术的国际竞争

提到纳米技术的发展有十分重要的意义,它将改观人类传统的生产模式,提高社会生产力,并有可能从根本上解决目前人类所面临的环境污染、生态平衡破坏、原材料与能源消耗等诸多严重问题;同时,纳米科技能够开发物质潜在的信息和结构潜力,使单位体积物质储存和处理信息的能力提高百万倍以上,因而它产生的经济效益和社会效益不可估量,必然会成为下一个信息时代的核心。

提到美国作为一个政治和经济大国,最早成立了纳米科技研究中心,开展了预研究,IBM 和德克萨斯仪器公司都是积极参与者。在加州大学伯克利分校、圣巴巴拉分校、斯坦福大学、加州理工学院等十多所著名大学、研究机构都在重点发展纳米科技研究。1988年美国能源部召集专题研讨会“团簇及团簇组装材料相关的研究战略”,表现出对这一前沿领域的高度重视;1989年美国NMAR-NRC又召集专题研讨会“具有亚微米尺度材料的研究战略”;1991年以后,美国正式把纳米技术列入"国家关键技术"的第8项和"2005年的战略技术",报告提出:"微米级和米级制造涉及显微量级(微米)和原子量级(纳米)的材料及器件的制造和使用,对先进的纳米级技术的研究可能导致纳米机械装置和传感器的产生。……纳米技术的发展,可能使许多领域产生突破性进展";1992年美国启动“总统倡导的材料R&D项目”,旨在促进超细及纳米材料的商业化;1993年美国再次启动联邦先进材料及过程项目推动该领域技术的商业化;1999年美国对各国纳米技术的现况进行调查后认为,当前美国在合成、化学品和生物方面占优,而在纳米器件、纳米仪器的生产,超精密工程、陶瓷和其他结构材料方面落后于其他国家。日本则在纳米器件和汇合的纳米结构方面占优。欧洲在纳米分散剂、涂层和新型仪器方面占优。美国还发现日本、德国、英国、瑞典、瑞士等都已经建立了优良的研究纳米技术中某些专门领域的中心。

提到日本也早在80年代初就以巨资投入纳米技术研究,制定了庞大的国家计划,从1991年起实施一项为期10年、耗资2.25亿美元的纳米技术研究开发计划。日本制订的关于先进

技术开发研究规划中有12个项目与纳米技术。德国在1993年提出今后10年重点发展的9个关键技术领域,纳米技术就涉及其中4个领域,德国政府每年投入约5000万美元,用于基础及应用开发。英国也制订了纳米技术研究计划,在机械、光学、电子学等领域遴选了8个项目进行研究。

提到今年新年伊始,美国总统克林顿在加州理工学院宣布了美国的国家纳米技术倡议(NNI),并在2001年财政年度给NNI研究经费5亿元。并成立一个组织叫IWGN,成员包括商业部、国防部、能源部、技术部、国家航空航天部、国家卫生组织、国家科学基金会7个单位,可接受有关的科研项目申请。克林顿说:“我的预算支持一个比较重要的、新的国家纳米技术倡议(NNI),即在原子和分子水平上操纵物质的能力,价值为5亿美元。试想一下这些可能性:材料将10倍于钢的强度而重量只有其数分之一;国会图书馆内所有的信息可以压缩在一块方糖那样尺寸的器件中;当癌病变只有几个细胞那样大小时就可探测到。我们的某些目标可能需要20年或更长的时间才能达到,但这恰恰是为什么联邦政府要在此起重要作用”。美国政府的结论是:集成电路的发现创造了“硅时代"和“信息时代”,而纳米技术对社会的冲击将远比硅集成电路大得多,因为它不仅在电子学方面,还可以用到其他很多方面。有效的生产性能改进和制造业方面的进展,将在二十一世纪推动产业革命。

提到我国在纳米技术领域的研究也已起步。中国科学院、中国真空学会分别召开研讨会讨论我国纳米科技的发展战略,纳米材料的研制已被国家列入攀登计划、“863”计划、攻关计划、火炬计划等,纳米加工和DNA结构的STM研究也已被列为中科院八五重大基础研究项目。去年,科技部又启动了有关纳米材料的国家重点基础研究项目,投入数千万资金支持基础研究。我国已有了自己的纳米技术产品,建立了十多条纳米材料和技术的生产线。深圳中星汽车制造公司最近研制成功的纳米超级电池开始小批量生产,其产品在导电性能、储电能力、连续放电时间、体积和重量、成本等方面都远远超过了镍镉、镍氢、锂锰电池。由江苏五菱柴油股份公司、江苏常泰化工集团公司、西北大学、化工科技总院共同组建的江苏常州市五菱常泰纳米材料有限公司,是我国第一家用均匀沉淀法生产纳米氧化锌的高科技企业,实现了工业化生产。我国在纳米材料的性能研究上也有新突破,中科院沈阳金属研究所卢柯研究员领导的小组利用新的制备工艺,制造出大量高密度、高纯度的纳米铜,其晶粒尺寸仅有30纳米,在世界上首次直接观察到纳米金属材料在室温下的超塑延展性。中科院化学所将纳米技术的研究成果应用于纺织行业,经过处理的衣料,改变了以往对油、水“一亲一憎(或亲水或亲油)”的性质,实现“双亲”、“双憎”。西安交大用纳米材料制造显示器,比普通液晶显示器节能、清晰度高、重量轻,可用于生产挂壁式电视机。

五、纳米技术的未来发展

提到纳米技术的发展会创造出常人难以想象出的结果,但科学家们已经根据目前的成果对未来的发展进行了描绘。

提到通过网络下载硬件成为可能我们将不仅能够利用因特网下载软件,还能下载硬件,也就是“物质将成为软件”。研究人员已经忙于研制体积只有针头大小的计算机,这种纳米计算机的各个部件比现今用于在磁盘驱动器上装载信息的物理结构小得多。从物理意义上再生产一些硬件下载产品所需要新的磁盘驱动器。一种设想是用尖细的点束制造一种读写磁头,以某种方式刺激原子和分子。利用十年来在扫描隧道电子显微镜及相关技术方面取得的试验研究成果,分别由斯坦福大学的卡尔文·奎特和康奈尔大学的诺埃尔·麦克唐纳领导的两个

科学家小组目前正在从事这方面的研究。这种物质变软件的关键是纳米盒。这是一种把纳米制造技术与现今所谓的台式制造方法相结合的未来复印机。如果你需要一部新的蜂窝电话,你可以通过网络购买一种制作蜂窝电话的方法。它将告诉你插入一个塑料片,把导电分子注入"色粉”盒中。纳米盒将把塑料片来回移动,记下分子的型式,然后通过电子指引分子自行组装成电路和天线。下一步是,纳米盒利用不同的“色粉”加上号码键、扬声器和麦克风,最后制造外壳。

提到超微型计算机普及一旦掌握了制造体积不超过盐粒大小的计算机的技术,就会从根本上处于一种新的形势。体积那么微小的计算机将非常便宜,因而随处都可使用计算机。嵌在内衣里的计算机将告诉洗衣机应当用什么水温洗涤内衣;圆珠笔笔芯中的墨水即将用完的时候,嵌在笔中的计算机将提醒你更换笔芯;嵌在鞋里的计算机将向汽车发出信号,把主人走过来的信息通知汽车,让汽车调整好座位和反光镜并打开车门。

提到微型机器人的使用体积微小的机器人能够操纵单个原子,成群的肉眼看不见的微型机器人在地毯上或书架上爬行,把灰尘分解成原子,使原子复原成餐巾、肥皂或纳米计算机等诸如此类的东西。迈特公司埃伦博根领导的研究人员取得的最新成果是设计出一种用于组装纳米制造系统的微型机器人。在2020年以前不会出现这种精巧的小装置。目前设计出的这种机器人的长度约为5毫米。但是,假设能利用纳米制造技术使这种机器人的体积不断缩小,它最终的体积可能不会超过灰尘的微粒。

提到DNA造出纳米镊子如果有一种超微型镊子,能够钳起分子或原子并对它们随意组合,制造纳米机械就容易多了。有科学家在《自然》杂志上报告说,他们用DNA(脱氧核糖核酸)制造出了一种纳米级的镊子。美国朗讯科技公司和英国牛津大学的科学家说,利用DNA 基本元件碱基的配对机制,可以用DNA为"燃料"控制这种镊子反复开合。研究人员设计出三条DNA链A、B和C,利用碱基配对机制,使A的一半与B的一半结合,A的一半与C 的一半结合。在A连接B与C的地方有一个活动"枢钮",这样就构成了一个可以开合的镊子,而其每条臂只有7纳米长。一般情况下,镊子保持"开"的状态。由于这个镊子的开合需要在DNA链D和链E的作用下才能进行,所以科学家将DNA称为这种镊子的"燃料"。这种镊子尚不能真正用于制造纳米机械,因为目前还有许多问题需要研究,例如怎样用它钳住所需的分子或原子。

提到皮米卫星美国最近正在用小卫星开展太空方面的科学实验。前不久,他们发射了一对被称为"迄今飞入太空的最小的实用卫星",其每颗重量仅为227克。美国科学家已将这种小卫星称之为"皮米卫星"。他们介绍说,虽然这种人造成地球卫星非常微小,其面板只有卡片大小,然而当它们以精确的排列方式飞入太空时,最终却可以完成各种各样的任务。如不久前发射的这对"皮米1号"卫星,巳成功完成了对空间飞行器微型机电开关的测试。据悉,"皮米2号"卫星将在今年晚些时候发射上天。此卫星将用来测试空间飞行器的微型陀螺仪和微型推力器。

提到人体健康实时监测和有效治疗研究者提供了一个手提设备,能够用于监视在人体细胞内健康和疾病分子的信号,即使在很小的飞船中也能实现。这得益于科学家正致力于研究的一种微传感器,它能够进入人体细胞探测,甚至治疗癌症和其他疾病,为未来地球上的病人和宇航员服务。美国已经投入了上亿的美元,研究分子水平上癌症细胞的警报信号,假如这些微传感器能够进入人体细胞,找到疾病先期的化学信号,他们能够在分子水平上杀灭癌细

胞,减少诸如辐射,化疗等破坏性的治疗。这特别适用于设计基因蓝图的那类疾病,因为基因蓝图创造蛋白质。正是这些蛋白质和基因蓝图有信号,这些信号可能是健康的,或是预示着疾病。美国密歇根大学的生物纳米中心在组织细胞上已经开始测试这样的设备,他们基于聚合物上大约比3纳米还小的称为dendrimers的球体,能通过人体细胞的薄膜,并且能沉淀一种DNA使细胞生长迅速。一旦这种技术成功,患病的细胞在一小块皮肤能发出光或分子信号,被小型的磁共振探测仪所探知;糖尿病患者能监视血糖含量并自动调整;流血问题能促发药物释放来打开血的容器。这将会改变人们的医生的接触方式。

提到选择性药物传递人们一直在寻找一种技术使药物在需要它的地方定位和发挥药效,然而纳米技术的发展使这成为可能。最近美国的科学家已经发明了携带药物的芯片,到达所需要的地方。选择性的药物传递是用纳米来引导药物到目标组织。一种方法是将纳米尺寸的药微粒涂一层聚合物,如聚乙烯乙二醇(PEG)。人们证明一定的聚乙烯乙二醇的表面特性能使微粒被特殊地引导,不仅到达器官,如脾,肝,而且能到达诸如骨髓那样的骨髓,这个研究的方法将导致传统治疗过程的改变。另一种方法是目标点放在用磁微粒来引导和定位药物,磁微粒也被考虑作为在癌症治疗中的高热治疗。当这些微粒传送系统被送入癌细胞后,他们能被用作热物质,然后用外部磁场来刺激体内热物质。

结束语

提到纳米技术是节能、低耗与技术密集型的高技术,尽管全面实现其产业化尚有很长的路要走,但由于纳米材料从问世到现在时间并不太长,研究纳米材料的设备和手段国内都已具备,我国完全可以抓住这一千载难逢的历史机遇,赶上并超过国际先进水平。对于具体的研究工作,根据国外经验,其中很重要的一点就是要由多学科的不同专业研究人员协作,才能适应纳米技术研究的需要,实现新的突破。

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(汪其、佟丽娜摘编)

微纳光子学

微纳光子学主要研究在微纳尺度下光与物质相互作用的规律及其光的产生、传输、调控、探测和传感等方面的应用。微纳光子学亚波长器件能有效提高光子集成度,有望像电子芯片一样把光子器件集成到尺寸很小的单一光芯片上。纳米表面等离子体学是一新兴微纳光子学领域,主要研究金属纳米结构中光与物质的相互作用。它具有尺寸小,速度快和克服传统衍射极限等特点,有望实现电子学和光子学在纳米尺度上的完美联姻,将为新一代的光电技术开创新的平台。金属-介质-金属F-P腔是最基本的纳米等离子体波导结构,具有良好的局域场增强和共振滤波特性,是制作纳米滤波器、波分复用器、光开关、激光器等微纳光器件的基础。但由于纳米等离子体结构中金属腔的固有损耗和能量反射,F-P腔在波分复用器应用中透射效率往往较低,这给实际应用带来不利。 最近,科研人员提出了一种提高表面等离子体F-P腔波分复用器透射效率的双腔逆向干涉相消法。该方法能有效避免腔的能量反射,使入射光能完全从通道端口出射,极大增强了透射效率。此设计方法还能有效的抑制噪声光的反馈。同时,科研人员利用耦合模方法验证了这种设计方法的可行性。这种波分复用器相比目前报道的基于F-P单腔共振滤波的波分复用器的透射效率提高了50%以上。相关的成果于2011年6月20日发表在Optics Express上,论文题目为:Enhancement of transmission efficiency of nanoplasmonic wavelength demultiplexer based on channel drop filters and reflection nanocavities。 “新兴光器件及集成技术专题报告会”上发布《纳米光子学对光子技术更新换代的重要作用》精彩演讲。报告摘要;从上世纪70年代开始,光子学进入微光子学阶段,经过40年的研究,现在已经比较成熟。以半导体激光器为重点的研究已经逐渐转向对激光控制问题的研究和激光应用的研究。同时,光子技术已经进入光电子技术阶段,其特点是研究开发以电控光、光电混合的器件和系统。光电子技术已经逐步占领了电子技术原有的阵地。它的应用领域已经扩大到人类社会生活的各方面,如光通信与光网,平板显示、半导体照明、光盘存储、数码相机等。光电子产业迅速发展壮大起来。在经济发达国家,光电子产业的总产值已经可以与电子产业相比,甚至超过电子产业。近十年来,国际学术界开始大力发展纳光子学及其技术,使光电子技术与纳米技术相结合,对现有光电子技术进行升级改造。 与国际上科技发达的国家相比,目前我国微纳光子学的研究还不算落后,这从我国在微纳光子学领域发表的论文数量和投稿的杂志级别就可看出。但是我国的光子学研究论文大部分是理论方面的,大多数是跟踪国外的。由于国内缺乏先进的科学实验平台,特别是缺乏制备微纳光子学材料和器件的工艺条件,实验方面的论文比较少(除了少数与国外合作研究的论文),创新的思想无法得到实验验证。微光子学方面的情况尚且如此,在纳光子学方面,由于对仪器、设备、工艺和技术的要求更高,与国外的差距正在加大。 在光电子技术方面,由于国际经济的全球化和我国的改革开放形势,吸引跨国公司将制造、加工基地向我国转移。21世纪初光电子企业的大公司纷纷落户我国。而且大量资金投向我国沿海经济发达地区(如广东、上海和京津地区),建立起一大批中外合资或独资企业。但是这些外国企业或技术人员,控制着产业的高端技术,对我国实行技术垄断,使我国的光电子技术至今还处于“下游”,成为外向加工企业。大多数光电子企业采用这样的生产模式:购买国外的芯片进行器件封装,或者购买国外的器件进行系统组装。目前我国光电子企业严重缺乏核心技术和自主知识产权,无法抵御国际经济危机,面临着很大的风险。 为了加快我国的微纳光子学与相关光子技术的发展,我国应该集中投入一部分资金,凝聚一批高水平研究人才,在某些光电子企业集中的地区,依托光子学研究有实力的单位,采用先进的管理模式,建设我

(完整版)苏教版二年级上册数学厘米和米练习题

认识厘米和米的练习题(—) 班级姓名 一、在○里填上>、<或=。 3米○30厘米 60厘米○100厘米2米○20厘米 1米○100厘米4厘米○1米50米○5米 二、在()里填上合适的长度单位(厘米、米)。 (1)一枝蜡笔长10()(2)姐姐身高是1()46() (3)一条裤子长1()(4)一把剪刀长13() (5)一幢大楼高56()(6)一根丝瓜长60() (7)教室门高2()(8)写字台高80() (9)一条成人围巾长2()(10)数学书本长32() 三、将下面的长度按从小到大的顺序排一排。 30厘米 2米 99厘米 14米 四、画一画。 (1)画一条长4厘米的线段。 (2)再画一条比它长2厘米的线段。 五.计算题。 13厘米+23厘米=() 1米23厘米-23厘米=()米=()厘米 1米10厘米-110厘米=() 1米-30厘米=()厘米 45厘米+55厘米=()米=()厘米 1米-80厘米=()厘米 8米+8米=()米 五、解决问题。 1、一捆绳子长15米,第一次用去5米,第二次用去6米,一共用去多少米?还剩下多少米? 2、一枝蜡笔用去2厘米,还剩下8厘米,这枝蜡笔原来长多少厘米? 3、小明现在身高是90厘米,再长多少厘米就有1米高了? 4、一根绳子对着2次后长4米,这根绳子原来长多少米?

5、一根绳子长16米,对折三次后长多少米? 6、用一根5米长的绳子量篮球场的宽,正好量了6次,篮球场的宽是多少米? 认识厘米和米的练习题(二) 班级姓名 一、填空题 1.在○里填上“>”“<”或“=”. (1)25厘米○2米(2)100厘米○1米 (3)51厘米○49厘米(4)98米○89米 (5)1厘米○1米(6)10厘米○1米 (7)56米○65米(8)50厘米○5米 (9)33厘米○3米(10)6米○60厘米 2.在()里填上适当的单位. (1)铅笔长18().(2)操场长140(). (3)楼房高40().(4)妹妹身高98(). (5)灯管长24().(6)手掌宽7() (6)爸爸身高175()(7)讲桌高5() 3.填空. (1)在直线上点两点,这两点间的一段叫(). (2)量比较短的物体,可以用()做单位. (3)量比较长的物体或距离,通常用()做单位. 4.有三条线段,第一条线段长9厘米,第二条线段长7厘米,第三条线段长14厘米.(1)第二条线段长()厘米. (2)第一条线段比第三条线段短()厘米. (3)第三条线段比第二条线段长()厘米. (4)三条线段一共长()厘米. 二、判断(对的画“√”,错的画“×”).

电子技术课程标准

《电子技术》课程标准 课程编码[ ] 课程承担单位[ 机电工程系] 制定[ ] 制定日期[ ] 审核[ ] 审核日期[ ] 批准[ ] 批准日期[ ] 一、适用对象 高职学生 二、适用专业 电气自动化专业 三、课程定位 (一)课程定位 本课程标准依据电气自动化专业标准中的人才培养目标和培养规格以及对《电子技术》课程教学目标要求而制订,用于指导《电子技术》课程教学与课程建设。 本课程是电气自动化专业的一门公共学习领域专业基础课程,是一门基于职业能力分析,以模拟电子电路为载体,将典型模拟电路设计、调试与应用有机融合的理论性、实践性都较强的课程。 本课程的任务是使学生掌握电子技术方面的基本理论和基本知识,为学习后续专业课准备必要的知识,并为从事有关实际工作奠定必要的基础。通过项目训练,使学生具备识别与选用元器件的能力;电路识图与绘图的能力;对电子电路进行基本分析、计算的能力;对典型电路进行设计、调试、检测与维修的职业能力和职业素养。通过逻辑思维能力训练,培养学生独立分析问题和解决问题的能力,自主学习能力,训练学生的创新能力。 (二)先修后续课程 本课程的前导课程为:高等数学、电工技术,使学生具备基本的电子元器件检测能力、电路识图绘图能力、电路设计和分析能力。本课程为后续专业课程电气控制技术、PLC技术、电气设备故障与维护的学习提供知识储备和技能储备,同时培养学生解决问题的方法

能力和社会能力,为今后的工作打下良好的基础。

四、学习目标 本课程的目标是使学生具备本专业的高素质的劳动者和高级技术应用性人才所必须的电子设计的基本知识和灵活应用电子元器件的基本技能;为学生全面掌握电子电路设计技术和技能,提高综合素质,增强适应职业变化的能力和学习的能力,为以后就业和继续学习打下一定的基础;通过项目的解决,培养学生的团结协作、吃苦耐劳的品德和良好的职业道德。 (一)知识目标 1、初步掌握常用电子器件 2、掌握放大电路基础,频率特性与多级放大器,功率放大器 3、掌握运算放大器及其应用 4、掌握稳压电源的工作原理 5、掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路的设计分析。 (二)技能目标 1、学会常用电子元器件的识别和选用; 2、学会设计小信号功率放大器电路; 3、学会集成运放的应用和集成稳压电源的设计; 4、学会组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计和分析方法。 (三)素质目标 1、提高学生分析问题和解决问题的能力 2、培养学生的科学思维能力、创新能力,能够独立完成规定的实验,具有一定的分析 解决实际问题的能力,以满足学生毕业后从事本专业领域工作岗位的需要 3、培养学生的团队合作精神、语言表达能力、决策能力、自学能力、客观评价能力、竞争意识、可持续发展能力等职业综合素质,为以后从事专业工作奠定基础。 五、课程内容与设计 《电子技术》课程以培养职业能力为目标,将工作任务和工作过程进行整合、序化,按照职业成长规律与认知学习规律,精心设计了六个学习主情境,分别是:常用仪表的使用和常用电子器件的测试与辨别、功率放大器的设计、集成运放的应用电路设计、直流稳压电源的设计、三人表决电路设计、计数器电路设计。每个学习情境包含多个学习性工作

电子技术习题集(学生)副本

电子技术习题集 一、 判断题: 1. PN 结正向偏置时,外电场与内部电场方向相同。( ) 2. 放大电路放大的对象是交流成份和部分直流成份。( ) 3.“虚短”指二点并非真正短接,但二点具有相等电位。( ) 4.各种电压比较器输出都只有二种状态。( ) 10.电压反馈能稳定输出电压。( ) 11.放大电路在无失真状况下,输出和输入信号波形一般是反相的 。( ) 12.在2V 和L R 相同的情况下,单相桥式整流输出的电压平均值是半波整流的2倍。( ) 17. 单相比较器抗干扰能力比滞回比较器强。( ) 23. 为增大输入阻抗应引入电压串联负反馈或电流串联负反馈。( ) 24. 为实现电流------电压转换,应引入电流并联负反馈。( ) 30. 稳压管工作在稳压区,其工作状态为反向击穿。( ) 33.静态工作点的设置就是为了让交流信号不失真通过放大器。( ) 34.输出端交流信号短路后仍有反馈存在,可判断为交流反馈。( ) 35.电压反馈可稳定输出电压。( ) 39.二极管只要反向击穿,一定会造成永久性损伤。( ) 40.理想运算放大噐組成的功能电路,不—定都具有“虚短”“虚断” 的结论( )。 41.在同样输入与输出负载的条件下,单相桥式整流输出的平均电压是半波整流的二倍 ( ) 42.放大电路的输入号和输出信号极性一般是相反的( )。 43.基本放大电路都具有功率放大的能力( )。 46.电流正反馈可稳定输出电流( )。 47.PNP 三极管工作在放大状态時,则集电极电位最髙 ( )。 48.在同样输入与输出负载的条件下,单相桥式整流输出的平均电压是半波整流的二倍 ( )。 49.电压比较器输出端仅具有二种状态结果。 ( )。 50.稳压二极管在实际电路使用中一般为正向联接( )。 51.理想运算放大噐組成的功能电路,都具有“虚短” “虚断” 的结论( )。 二 选择题: 1.用示波器测试某一基本放大电路输入输出波形,发现极性相反,此放大电路为( )。 A 、同相比例放大器 B 、共发射极放大电路 C 、共集电极放大电路

纳米材料的概述

“纳米材料”—开启微观世界之门 1.纳米材料及纳米技术 纳米技术界定为:在1nm~100nm尺度空间内研究电子、原子和分子运动规律和特性,通过直接操纵原子、分子或原子团和分子团使其形成所需要的物质的新技术。 纳米材料(nanometer material)是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1~100nm)或由它们作为基本单元构成的材料,这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度,它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且,其尺度已接近光的波长,加上其具有大表面的特殊效应,因此其所表现的特性,例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等,往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。2.纳米材料的发展 人类对物质的认识分为两个层次:一个是宏观,另一个是微观。人们对宏观物质的研究已经很深人,研究的历史也较悠久。对于微观物质的研究,到20世纪60年代出现了团簇科学,成为凝聚态物理研究的热点。在团簇物理研究中,人们在团簇和亚微米体系之间又发现了一个十分令人注目的新体系,即纳米体系。这个体系通常研究的范畴为1~100nm,其中典型的代表是纳米粒子。由于纳米粒子的尺寸小、比表面积大和量子尺寸效应使其具有不同于常规固体的新特性,而成为材料科学、物理学和化学等学科的前沿焦点。 1959年著名的美国物理学家理查德?费曼(Richard Feynman)在美国物理学会会议上做了题为“在底部有很多空间”的演讲,预言说:“我不怀疑,如果我们对物质微小规模上的排列加以某种控制的话,我们就能使物质得到大量的可能的特性。”虽然没有使用“纳米”这个词,但他实际上介绍了纳米技术的基本概念。1974年,日本教授谷口纪男(Norio Taniguchi)在一篇题为:“论纳米技术的基本概念“的科技论文中给出了新的名词——纳米(Nano)。 1981年格尔德?宾宁(Gerd Binnig)和海因里希?罗雷尔Heinrich Rohrer 发明了扫描隧道显微镜,它使科学家第一次可以观察并操纵单个原子。 1984年Gleiter 首次采用气体冷凝的方法,成功地制备了Fe纳米粉。随后,美国、西德和日本先后研制成纳米级粉体及块体材料。 1985年赖斯大学的研究人员发现了富勒烯(fullerenes)(更为人熟知的名称是“布基球(buckyballs),由著名未来学家,多面网格球顶的发明人巴克明斯特?富勒(R. Buckminster Fuller)命名,它可以被用来制造碳纳米管,是如今使

分会场十三微纳米光子学

分会场十三:微纳米光子学 主席:吴一辉(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 李铁(中国科学院上海微系统与信息技术研究所) 特邀报告1:半导体太赫兹光频梳 黎华,中国科学院上海微系统与信息技术研究所,博士生导师,研究 员。2009年博士毕业于中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 然后分别在德国慕尼黑工业大学、日本东京大学、法国巴黎七大材料 与量子现象实验室开展博士后研究工作,2015年回国工作,2016年 获得中国科学院“百人计划”A类择优支持。主要研究方向为太赫兹 量子级联激光器及其光频梳、锁模激光器、太赫兹成像及高分辨光谱 技术等。在Advanced Science、Optica、Applied Physics Letters、Optics Express等期刊上发表50余篇论文,曾获“2015中国中国电子学会优秀科技工作者”,“上海市自然科学二等奖”(排名第三)、德国“洪堡”学者奖学金、日本JSPS奖学金等。担任科技部973计划课题负责人、国家自然科学基金面上项目(2项)负责人、KJW 项目(2项)负责人等。 报告摘要: 太赫兹(THz)波(频率范围:0.1-10 THz; 1 THz=1012 Hz)位于红外光和微波之间,在国防安全、生物医疗、空间等领域具有潜在应用。由于缺乏高效THz辐射源和探测器,THz波还没有被完全认知,所以其被称为THz间隙(“terahertz gap”)。在1-5 THz 频率范围内,基于半导体电泵浦的光子学器件THz量子级联激光器(quantum cascade laser, QCL)在输出功率和效率方面比电子学和差频器件高,是关键的THz辐射源器件。本报告主要介绍我们在高性能THz核心器件以及半导体光频梳方面的研究进展。在高性能核心器件方面,我们突破分子束外延生长和半导体工艺技术,研制出高功率(1.2 W)、低发散角(2.4°)、宽频率范围THz QCL器件并实现THz高速探测和多色成像。基于高性能半导体THz QCL器件,成功实现THz QCL光频梳以及双光梳。克服传统THz光谱仪在测量时间和光谱分辨率方面的缺陷,开发出基于THz QCL双光梳的紧凑型高分辨实时光谱检测系统,为将来实现新一代THz光谱仪奠定基础。

电子技术习题集-答案

第2章习题 2.1.1如右下图所示电路中,E12V =, D为硅二极管,R10K =Ω,则二极管D和和电阻R上的电压各为多少?流过二极管的电流多大? 解:二极管正偏导通: D U0.7V ≈; R U120.711.3V =-= D R 11.3 I I 1.13mA 10 === 2.1.2 在下图中的各电路图中, i u12sin tω =V,二极管D的正向压降忽略不计。试分别画出输出电压 o u 的波形。 (a)(b)(c) 解: 2.1.3二极管电路如图所示,试分别判断图(a)和(b)中的二极管是导通还是截止,并求出AB两端电压 AB U。设二极管是理想的。 (a) (b) 解:(a) D导通, AB U6V =-; (b)D1导通,D2截止; AB U0V =;

2.2.1在下图中,所有稳压二极管均为硅管且稳压电压 Z U6V =,输入电压 i u12sin tω =V,画出输出 电压 o u波形图。 解: 2.2.2在下图所示的(a)和(b)分别为稳压管的并联和串联连接,哪种稳压管的用法不合理?试说明理由。解:(a)由于稳压管的击穿电压各不相 同,击穿电压低的管子工作,而另一个 不工作。 (b)可以串联连接,输出电压为两个稳压 管稳压电压之和。 2.2.2在如图所示的稳压管稳压电路中, I U14V =,波动范围10% ±;稳压管的稳定电压 Z U6V =,稳 定电流 Z I5mA =,最大耗散功率 ZM P180mW =;限流电阻R200Ω =;输出电流 o I20mA =。(1)求I U变化时稳压管的电流变化范围;(2)如果负载电阻开路,会发生什么现象? 解:输入电压波动范围: Imin I U0.9U(0.914)V12.6V ==?= Imax I U 1.1U(1.114)V15.4V ==?=

碳纳米材料概述

碳纳米材料概述 名字:唐海学号:1020560120 前言 纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成,也可以由异种原子(非碳原子)组成,甚至可以是纳米孔。纳米碳材料主要包括三种类型:碳纳米管,碳纳米纤维,纳米碳球。 近年来,碳纳米技术的研究相当活跃,多种多样的纳米碳结晶、针状、棒状、桶状等层出不穷。2000年德国和美国科学家还制备出由20个碳原子组成的空心笼状分子。根据理论推算,包含20个碳原子仅是由正五边形构成的,C60分子是富勒烯式结构分子中最小的一种,考虑到原于间结合的角度、力度等问题,人们一直认为这类分子很不稳定,难以存在。德、美科学家制出了C60笼状分子为材料学领域解决了一个重要的研究课题。碳纳米材料中纳米碳纤维、纳米碳管等新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性,被广泛地应用于诸多领域。 分类 (1)碳纳米管碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体,一般可分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和双壁碳纳米管。 (2)碳纤维分为丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维两种。碳纤维质轻于铝而强力高于钢,它的比重是铁的1/4,强力是铁的10倍,除了有高超的强力外,其化学性能非常稳定,耐腐蚀性高,同时耐高温和低温、耐辐射、消臭。碳纤维可以使用在各种不同的领域,由于制造成本高,大量用于航空器材、运动器械、建筑工程的结构材料。美国伊利诺伊大学发明了一种廉价碳纤维,有高强力的韧性,同时有很强劲的吸附能力、能过滤有毒的气体和有害的生物,可用于制造防毒衣、面罩、手套和防护性服装等。 (3)碳球根据尺寸大小将碳球分为:(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构,直径在2—20nm之间),如C60,C70等;(2)未完全石墨化的纳米碳球,直径在50nm 一1μm之间;(3)碳微珠,直径在11μm以上。另外,根据碳球的结构形貌可分为空心碳球、实心硬碳球、多孔碳球、核壳结构碳球和胶状碳球等。 碳纳米材料的性质及相关应用 1.力学 (1)超强纤维碳纳米管具有弹性高、密度低、绝热性好、强度高、隐身性优越、红外吸收性好、疏水性强等优点,它可以与普通纤维混纺来制成防弹保暖隐身的军用装备。 (2)材料增强体用于增强金属、陶瓷和有机材料等。并且结合碳纳米管的导热导电特性,能够制备自愈合材料。

厘米和米的认识测试题

一年级下册数学第七单元测试题 班级__________ 姓名__________ 一、填空题 1、在()里填上适当的单位. (1)铅笔长18()(2)手掌宽7() (3)楼房高40()(4)妹妹身高98()(5)小红身高1()25( ) 2、填空. (1)24厘米+17厘米=()厘米 (2)72厘米-27厘米=()厘米 (3)1米=()厘米 (4)45米+36米=()米 (5)2米+50厘米=()米()厘米 (6)在直线上点两点,这两点间的一段叫(). (7)量比较短的物体,可以用()做单位.量比较长的物体或距离,通常用()做单位. 3、有三条线段,第一条线段长9厘米,第二条线段长7厘米,第三条线段长14厘米. (1)第一条线段比第三条线段短()厘米.(2)第三条线段比第二条线段长()厘米. (3)三条线段一共长()厘米.

4、下面各数从大到小排列: 90厘米 3米15米1米 ( )( ) ( )( ) 二、判断(对的画“√”,错的画“×”) (4)直线是可以量出长度的。()(5)小明身高120米。() (6)这是一条线段。() (7)一条直线长7厘米。() 三、在○里填上“>”“<”或“=”。 (1)25厘米○2米(2)100厘米○1米(3)51厘米○49厘米(4)98米○89米(5)50厘米○5米(6)33厘米○3米

四、解决问题。 1、工人叔叔修一条95米长的路面,修了一天后还剩36米,这一天修了多少米? _______________________________________ 2、服装厂运来白布46米,花布39米,花布和白布一共多少米? _______________________________________ 3、一根绳子,原来长53米,我第一次剪去19米,第二次剪去23米。这根绳子还剩下多少米? _______________________________________ 五、动手题。 1.量一量下面各条线段的长度。

完整版电子技术基础课程标准

电子技术基础课程标准 [ 课程名称] 《电子技术基础》 [ 适用专业] 中等职业学校电工电子专业 [ 课程性质] 本课程是中等职业学校电工电子专业应用性很强的的一门基础必修课程,贯彻以培养学生实践技能为重点,基础理论与实际应用相结合的指导思想。主要内容分为两类:第一类为模拟电子技术。第二类为数字电子技术。在教学中要根据中职学生的知识基础及就业岗位需求组织教学内容,注重理论与实践相结合,从而提高学生分析问题及解决问题的能力,增强学生适应职业变化的能力,为继续学习打下基础。 [ 课程目标] 1、知识目标与技能目标 通过本课程的学习,使学生掌握电子技术各种基本功能电路的组成、基本工作原理、性能特点,熟悉电子技术工艺技能和电子仪器的正确使用方法,初步具有查阅电子元器件手册,正确使用元器件的能力、读识常见电子线路图的能力、测试常用电路功能及排除故障的能力。能复述逻辑门电路的功能,并能利用逻辑门电路设计简单的组合逻辑电路,并能分析简单时序逻辑电路的功能。为后续课程学习准备必要的知识,为今后从事实际

工作打下必要的基础。 2、过程与方法学会理论联系实际,使课内与课外实验,科技活动紧密结合,提高学生学习兴趣,增强掌握运用所学理论知识解决相关专业领域实际问题的能力。 充分利用实验设备,加大实验比重,使学生动手能力明显提高。培养学生查阅科技资料的能力。 3、情感态度与价值观参与科技活动的热情,勇于探究与日常生活有关 的电学问题;享受快乐的学习过程及学习成果,养成持之以恒的学习精神;形成主动与他人合作的精神,具有团队精神;关心国内外科技发展现状与趋势,有强烈的使命感与责任感。 [ 课程基本理念] 注重以人为本的教学理念,培养学生个性发展;以理论与实验相结合,充分体会有关电子基础知识的重要性;注重学科渗透,关注科技发展,有机结合时代的新产品;创造团结协作的氛围,提倡学习方式的多样化;从分析解决实际问题,提高学生应知能力;建立学习结果与学习过程并重的评价机制。 [ 课程内容和要求] 序 教学内容课程内容与要求考核要求 号 1 晶体二极1 、熟悉二极管器1. 半导体的概念;二极管的单

电子技术及应用课程标准

国家中等职业教育改革发展示范学校建设项目《电子技术及应用》课程标准 锦州市机电工程学校机电技术应用专业

目录 一、课程简介 (3) 二、课程设计思路 (3) 三、课程目标 (4) 四.课程内容和要求 (5) 五、课程实施建议 (9) 六、岗位职业能力标准 (15)

一、课程简介 课程名称:《电子技术应用》 学时:90 授课对象:机电技术应用专业学生 课程性质:电子技术是一门中职学校电类专业学生的专业基础课,内容涉及电类专业学生所学的模拟电路、数字电路、电力电子三部分,应用性很强,因此要求学生既要掌握基础理论知识,又要结合后续专业课程与顶岗实习实际,提高学生实践应用能力。在教学中要根据中职学生的知识基础及就业岗位需求组织教学内容,同时采取理实一体化教学模式,注重理论与实践的融合,从而提高学生分析问题和解决问题的能力。进一步提高学生综合素质,增强适应职业变化的能力,为继续学习打下基础。 先导课程:电工技术应用 后续课程:电子CAD 二、课程设计思路 电子技术是集模拟电子技术、数字电路、电力电子三方面知识为一体的一门课程,其理论性、实践性、应用性较强。为体现其特点,本课程采用理论与实践紧密结合,分模块教学的方法,每一模块安排其对应的教学内容,由浅入深、逐步递进。在教学过程中采用理论与实践教学相统一的专业教师授课,加大实践教学模式,增加学生的感性认识以提高学习兴趣。学生通过本课程的学习达到:熟悉模拟电路的基本元器件、掌握基本单元放大电路与集成电路的组成及分析方法、直流稳压电源电路,组合逻辑电路和时序逻辑电路的特点及应用等等。教学中着重于各种电路的应用。课堂上学到的知识只有通过实用电子电路的设计、制作和调试等环节才能转化为专业能力。

电子技术基础_习题集(含答案)

《电子技术基础》课程习题集 一、单选题 1.测得NPN三极管的三个电极的电压分别是U B=1.2V,U E=0.5V,U C=3V,该三极管处在()状态。 A. 击穿 B. 截止 C. 放大 D. 饱和 2.二极管的主要特性是()。 A.放大特性 B.恒温特性 C.单向导电特性 D.恒流特性 3.在N型半导体中()。 A.只有自由电子 B.只有空穴 C.有空穴也有电子 D.没有空穴也没有自由电子 4.三极管的两个PN结都正偏,则晶体三极管的状态是()。 A.放大 B.饱和 C.截止 D.倒置 5.工作在放大状态的某三极管,当输入电流I B=10μA时,I C=1mA;而I B=20μA时,I C=1.8mA,则该三极管的交流电流放大系数为()。 A.50 B.80 C.100 D.180 6.稳压管的稳压是其工作在()。 A.正向导通 B.反向截止 C.反向击穿区 D.正向死区 7.在某放大电路中测得三极管三个极的静态电位分别为0V、-10V和-9.3V,则该管为()。 A.NPN硅管 B.NPN锗管 C.PNP硅管 D.PNP锗管 8.在杂质半导体中,多数载流子的浓度主要取决于()。 A. 温度 B. 掺杂工艺 C. 杂质浓度 D. 晶体缺陷 9.测得NPN型硅三极管三个电极电位分别为:U B=2.8V,U E=2.1V,U C=3.6V,则该管处于()状态。 A.饱和 B.截止 C.放大 D.击穿 10. P型半导体中的自由电子浓度()空穴浓度。 A.大于 B.小于 C.等于 D.大于或等于 11. N型半导体是在纯净的本征半导体中加入()。 A.自由电子 B.空穴 C.硼元素 D.磷元素 12.三极管工作在放大区的条件是()。 A.发射结正偏,集电结正偏 B.发射结反偏,集电结正偏 C.发射结正偏,集电结反偏 D.发射结反偏,集电结反偏 13.下列关于半导体的说法正确的是()。 A.P型半导体带正电,N型半导体带负电 B.稳压二极管在稳压时工作在反向击穿状态 C.整流二极管和稳压二极管可以互换使用 D.以上说法都是错误的

一年级数学下册厘米和米的认识测试题()

厘米&米大礼包 一、填空题 1、在()里填上适当的单位. (1)铅笔长18()(2)手掌宽7() (3)楼房高40()(4)妹妹身高98() (5)小红身高1()25厘米 2、填空. (1)24厘米+17厘米=()厘米 (2)72厘米-27厘米=()厘米 (3)1米=()厘米 (4)45米+36米=()米1米-45厘米=()厘米 (5)2米+50厘米=()米()厘米 (6)在直线上点两点,这两点间的一段叫(). (7)量比较短的物体,可以用()做单位.量比较长的物体或距离,通常用()做单位. 3、有三条线段,第一条线段长9厘米,第二条线段长7厘米,第三条线段长14厘米.(1)第一条线段比第三条线段短()厘米. (2)第三条线段比第二条线段长()厘米. (3)三条线段一共长()厘米.

二、判断(对的画“√”,错的画“×”) (3)直线是可以量出长度的。() (4)小明身高120米。() (5)这是一条线段。() (6)一条直线长7厘米。() 三、在○里填上“>”“<”或“=”。 (1)25厘米○2米(2)100厘米○1米 (3)51厘米○49厘米(4)98米○89米 (5)50厘米○5米(6)33厘米○3米 四、解决问题。 1、工人叔叔修一条95米长的路面,修了一天后还剩36米,这一天修了多少米? _______________________________________ 2、服装厂运来白布46米,花布39米,花布和白布一共多少米? _______________________________________ 3、一根绳子,原来长53米,我第一次剪去19米,第二次剪去23米。这根绳子还剩下多少米?

纳米光子学综述

关于《纳米光子学》的基本介绍 关键词: 序言 纳米光子学,被定义为纳米技术和光子学的融合学科,是一个新兴的前沿学科。它为基础研究提供了挑战,也为新技术提供了机遇。纳米光子学在市场上已经取得了一定的影响。它是一个多学科交叉的研究领域,为物理学,化学,应用科学,工程学和生物学,以及生物医学技术创造了机遇。 对于不同的人而言,纳米光子学的意义有所不同,在各自的情况下,纳米光子学的定义都显得非常地狭隘片面。一些书籍和综述里包含了纳米光子学的多个方面以供选择。然而,随着时代的发展,有必要出一本关于纳米光子学的专著来提供一个统一综合的体系。本书迎合了这个需要,就纳米光子学提供了统一的,全方位的描述,以满足各个不同学科读者的需要。本书的目的是为这个涉及面广泛的学科提供必要基础知识,以使各个学科的学者都能迅速掌握最低限度的,必要的知识背景用以研究和发展纳米光子学。作者希望本书既能够作为教育与培训的教科书,也可以作为帮助集光学,光子学和纳米技术于一身的领域研究和发展所需要的参考书。本书的另一个目的是引起研究人员,产业部门和企业促进合作的兴趣,在这个新兴科学上,能够制定出多学科交叉的工程,促使随之产生的技术能够发展和转化。 本书包含了集纳米技术,光子学和生物学于一体的理论知识和各种应用。每章开头的引言介绍了读者能从该章获取的知识。每章结尾的知识要点是需要深刻理解的知识,也可以作为前面所陈述内容的回顾。 纳米光子学—纳米技术领域的研究热点 纳米光子学是一个激动人心的崭新的前沿领域,在这里全世界的研究者们尽情发挥着他们的想象力和创造力。它在纳米范围内处理光与物质的相互作用。纳米光子学作为纳米科技新的分支,向基础研究提出了挑战,并为新技术的诞生创造了机遇。人们对纳米科学方面的兴趣来自于已经实现了的费曼的著名言论——“在底层还有很多的空间”(Feyman,1961,“There’s Plenty of Room at the Bottom”)。他指出如果能将一毫米的长度在十亿分之一米的纳米范围内进行分割,可以想象将会有多少片段和组分可进行操控和处理。 我们生活在一个“纳米热”的时代。纳米方面的一切都被认为是极其令人振奋和有价值的。许多国家已经对纳米技术展开积极的研究。2002年,美国国家研究委员会出版了关于美国国家纳米技术计划的详细报告(NRC Report,2002)。虽然不能断言纳米技术对每个问题都能提供一个较好的解决方法,但纳米光子学仍然创造出足以令人振奋的机会并使新技术成为可能,关键的因素是纳米光子学是在一个比光波长还要短的范围内处理光与物质的相互作用,以及它们的应用。撰写本书的目的是想通过对纳米光子学的介绍激发起更多人对这个新领域的兴趣。为了方便起见,书中列举的例子尽可能出自我们研究所开展的激光,光

电子技术复习题及答案

一、填空题 1、右图中二极管为理想器件, V1工作在_导通__ 状态;V2工作在__截止___状态。 2、差分放大器对差模信号有较强的放大能力,对共模信号有较强的__抑制__能力。 3、三级管工作在放大区时,发射结__正向__偏置,集电结__反向__偏置, 工作在饱和区时,发射结__正向_偏置,集电结_正向__偏置。 4、根据反馈的分类方式,负反馈电路有4种组合形式,即_串联负反馈、_并联负反馈__、_电流负反馈_、电压负反馈。 5、理想集成运算放大器有两个重要特性对分析线性运用电路非常有用,他们分别是虚短、虚断。 6、逻辑函数的表示形式有四种:逻辑函数式、______真值表____、卡诺图和逻辑图。 7、将十六进制(0BF)转换成十进制= __191________。 8、计数器、寄存器、编码器、译码器中,属于组合逻辑电路的是___译码器编码器___,属于时序逻辑电路的是_____计数器、寄存器_________ 。 9、共阳接法的发光二极管数码显示器,应采用___低_______电平驱动的七段显示译码器。 1、数字信号只有 0 和 1 两种取值。 2、十进制123的二进制数是 1111011 ;八进制数是 173 ;十六进制数是 7B 。 3、一位十进制计数器至少需要 4 个触发器。 4、有一A/D转换器,其输入和输出有理想的线性关系。当分别输入0V和5V电压时,输出的数字量为00H 和FFH,可求得当输入2V电压时,电路输出的数字量为: 66H 。 5、设ROM容量为256字×8位,则它应设置地址线 8 条,输出线 8 条。 6、用256字×4位RAM,扩展容量为1024字×8位RAM,则需要 8 片 1、在常温下,锗二极管的门槛电压约为 0.1 V,导通后在较大电流下的正向压降约为 0.2 V。 2、三极管须使发射结正向偏置,集电结反向偏置才能工作在放大区。 3、一般直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路 和稳压电路四个部分组成。 4、按移位方向,移位寄存器可分为单向移动寄存器和双向移动寄存器。 5、三态门的“三态”指输出高电平,输出低电平和输出高阻态。 6、(101111)(2)=47(10),(87)(10)=1010111(2) 7、用一个称为时钟的特殊定时控制信号去限制存储单元状态的改变时间,具有这种特点的存储单元电路称为触发器。 8、时序电路分为组合电路和存储电路两种。 二、选择题 1、离散的,不连续的信号,称为(B ) A、模拟信号 B、数字信号 2、在下列逻辑部件中,不属于组合逻辑部件的是( D )。 A.译码器B.编码器 C.全加器D.寄存器

纳米材料研究及检测.

纳米材料研究及检测 【摘要】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要地 概述了纳米技术,纳米材料的结构和特殊性质以及纳米纳米材料各方面的性能在实际中的应用,并展望了纳米材料的应用前景。本文以纳米材料为主要研究对象,阐述了其分析使用的分析方法。 【关键词】纳米技术;纳米材料;结构;性能;分析方法;表征 前言 纳米材料具有许多优良的物理及化学特性以及一系列新异的力、光、声、热、电、磁及催化特性,被广泛应用于国防、电子、化工、建材、医药、航空、能源、环境及日常生活用品中,具有重大的现实与潜在的高科技应用前景。纳米科技是未来高科技的基础, 而适合纳米科技研究的仪器分析方法是纳米科技中必不可少的实验手段。因此, 纳米材料的分析和表征对纳米材料和纳米科技发展具有重要的意义 和作用。 分析科学是人类知识宝库中最重要、最活跃的领域之一, 它不仅是研究的对象, 而且又是观察和探索世界特别是微观世界的重要手段。随着纳米材料科学技术的发展, 要求改进和发展新分析方法、新分析技术和新概念, 提高其灵敏度、准确度和可靠性, 从中提取更多信息, 提高测试质量、效率和经济性。 纳米材料主要性质有:小尺寸效应[、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应。目前表征纳米材料的技术很多,采用各种不同的测量信号形成了各种不同的材料分析方法,大体可以分为以下

几种方法。 1.纳米科学和技术 1.1 纳米科技的定义 纳米科技是20世纪80年代末诞生并正在崛起的新科技,是一门在0.1~ 100 nm尺度空间内,研究电子、原子和分子运动规律和特性的高技术学科。其涵义是人类在纳米尺寸(10-9--10-7m)范围内认识和改造自然,最终目标是通过直接操纵和安排原子、分子而创造特定功能的新物质。纳米科技是现代物理学与先进工程技术相结合的基础上诞生的,是一门基础研究与应用研究紧密联系的新兴科学技术。其中纳米材料是纳米科技的重要组成部分。 1.2 纳米科技的内容 纳米科技主要包含:纳米物理学;纳米电子学;纳米材料学;纳米机械学;纳米生物学;纳米显微学;纳米计量学;纳米制造学…… 1.3 纳米科技的内涵 第一:纳米科技不仅仅是纳米材料的问题。目前科技界普遍公认的纳米科技的定义是:在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用以及如何利用这些特性和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术。纳米科技与众多学科密切相关,它是一门体现多学科交叉性质的前沿领域。现在已不能将纳米科技划归任何一个传统学科。如果将纳米科技与传统学科相结合,可产生众多的新的学科领域,并派生出许多新

一年级数学下册厘米和米的认识测试题27384

一、填空题 1、在()里填上适当的单位. (1)铅笔长18()(2)手掌宽7() (3)楼房高40()(4)妹妹身高98() (5)小红身高1()25厘米 2、填空. (1)24厘米+17厘米=()厘米 (2)72厘米-27厘米=()厘米 (3)1米=()厘米 (4)45米+36米=()米 (5)2米+50厘米=()米()厘米 (6)在直线上点两点,这两点间的一段叫(). (7)量比较短的物体,可以用()做单位.量比较长的物体或距离,通常用()做单位. 3、有三条线段,第一条线段长9厘米,第二条线段长7厘米,第三条线段长14厘米. (1)第一条线段比第三条线段短()厘米. (2)第三条线段比第二条线段长()厘米. (3)三条线段一共长()厘米. 4、连接每两点之间画一条线段。 ·····

· ······ ()条()条()条 二、判断(对的画“√”,错的画“×”) (4)直线是可以量出长度的。() (5)小明身高120米。() (6)这是一条线段。() (7)一条直线长7厘米。() 三、在○里填上“>”“<”或“=”。 (1)25厘米○2米(2)100厘米○1米 (3)51厘米○49厘米(4)98米○89米 (5)50厘米○5米(6)33厘米○3米 四、解决问题。 1、工人叔叔修一条95米长的路面,修了一天后还剩36米,这一天修

了多少米? _______________________________________ 2、服装厂运来白布46米,花布39米,花布和白布一共多少米? _______________________________________ 3、一根绳子,原来长53米,我第一次剪去19米,第二次剪去23米。这根绳子还剩下多少米? _______________________________________ 五、动手题。 1.量一量下面各条线段的长度。 2、画一画。 ①画一条长4厘米的线段。 ②再画一条比它长2厘米的线段。 3、下面的图形各由几条线段围成?填在()里。

纳米光子学1-余

1表面等离子激元(SPPs): 定义:是在金属表面区域的一种自由电子和光子相互作用的形成的电磁模。 性质:1.在垂直于界面的方向场强呈指数衰减;2.能够突破衍射极限;3.具有很强的局域场增强效应;4.只能发生在介电参数(实部)符号相反(即金属和介质)的界面两侧。激发方式:(1)波导结构:利用波导边界处的倏逝波激发表面等离子体波,使波导中的光场能量耦合到表面等离子体波中。在实际的研究中,常采用光纤做波导,剥去光纤某段的包层,再镀上金属;(2)棱镜耦合:包括两种,一种是Kretschmann 结构,另一种是Otto 结构。Kretschmann 结构适用于金属薄膜,入射光以大于全反射角的角度入射,利用棱镜的高折射率进行波矢补偿,类似于油浸透镜的原理。2sin spp p k n p q l =;对于较厚的金属膜,Otto 结构比较适合。在该结构中,虽然全反射棱镜和金属膜之间有很小的空气间隙(近场区域),仍可在金属和空气间隙的界面上激发SPPs。(3)光栅耦合:利用光栅引入一个额外的波矢量的增量实现波矢量的匹配。(4)近场耦合:对于粗糙表面,不需要任何额外的结构设计,表面粗糙的衍射效应就可以提供在金属膜表面激发SPPs 所需的波矢补偿即直接的光照射便激发SPPs。(5)NSOM 激发:用一个尺寸小于波长的探针尖在近场范围内去照射金属表面,由于探针尖尺寸很小,从探针尖出来的光会包含波矢量大于SPPs 矢量的分量,这样就能够实现波矢量的匹配。(6)采用强聚焦光束,利用高数值孔径的显微目镜可直接接触到介质层,在介质层与目镜之间涂上匹配油层,高数值孔径能够提供足够大的入射角,实现波矢量匹配,从而激发出表面等离子体波。 2金属电介质界面表面等离子色散关系的物理意义: 1/2m d m d c εεωβεε??=??+??,β为传播常数。m ε表示金属或者半导体介质相对介电常数;d ε表示电介质相对介电常数。其实部和虚部为:1/2d mr r d mr c εεωβεε??=??+??,3/222()mi d mr i mr d mr c εεεωβεεε??=??+?? 物理意义:等离子体中存在的波的频率和波矢之间的关系需满足色散关系,而色散关系完全确定给定条件下等离子体中可能存在的波的全部性质。SPP 色散关系可以完全描述SPP 的光特性,是进行SPP 相关研究的基本理论基础。 3任选一种表面等离子激元应用,简述原理。 表面等离子传感器(图) 偏振光入射到金属薄膜上,经聚焦若入射角度满足()()2121arcsin εωωεωωθ+=,产生SP 激发,SP 与n 有敏感的关系,下面是流体通道,内放有特殊物质,从而折射率n 变化,即θ也变化,角度的变化反应n 变化,从而确定生物组织是否变化。 4光子晶体的基本概念(带隙成因与电子材料的区别) 概念:是一种介电常数周期性调制的微结构材料,尺度为波长量级,具有光子带隙特性的人造周期性电介质结构,是1987年美国贝尔研究中心的Eyablono witch 和普林斯的S.John 分别独立提出了光子晶作的概念。 光子带隙:在一定频率范围内的光子在光子晶体的范围内的某些方向上是禁止传播的。完全带隙,在一定频率范围内,任何偏振与传播方向的电磁波都被严格禁止,这种情况只有在三维晶体中才能实现。光子晶体特性:①抑制自发辐射:带隙中密度力零,自发辐射几乎为零,这也抑制了自发辐射②光子局域化,光子晶体原有的对称性遭到破坏时,即有了缺陷,在光子晶体中禁带就可能出现频宽极窄的缺陷态或域态。与缺陷频率符合的光子会被局限在缺陷位置,而不能向空间传播。 与半导体的区别:半导体:原子周期性排列,原子尺度自然结构,控制电流。1950年电子技术革命。光子晶体:介电常数周期性变化,尺度波长量级,人工结构,控制电磁波传播,现在光学新领域。 与电子材料的区别:①电子和光子具有不同波,可见光400-700nm,电子0.1nm②电子系统遵循薛定谔方程???E )r (V u 2h 22=+??,光子系统依照亥姆霍兹方程()()0E r c E E 22=????+??εω③带隙成因不同:电子在周期场中传播时由于会受到周期势场的布拉格散射会形成能带结绝,带与带之间可能存在带隙,电子波的能量如果落在带隙中,传播是禁止的,电磁波在周期性介质材料中传播时,由于受到调制而形成光子能带结构,频率落在带隙内的电磁波不能通过介质,而被全部反射,即形成光子带隙。 (图) 自然界的光子晶体: 蛋白石:一种天然宝石,以乳白色居多,不同角度观赏呈不周颜色,具有七彩缤纷的外观。成因:含SiO2地下水渗入岩缝沉积形成,沉积1CM3的蛋白石约需10000年。应用:已有多种基于光子晶体的全新光子学器被相继提出,包括无阈值的激光器,无损耗的反射镜和弯曲光路。高晶质因子的光学微腔,低驱动能量的非线性开关和放大器,波长分辨率极高而体积极小的超棱镜,具有色散补偿作用的光子晶体光纤,以及提高效率的发光二极管等。光子晶体近期在国际上的应用进一步深化,具体表现在:1、与纳米技术结合,用于制造微米级的激光硅基。2、与量子点结合,使得原子和光子的相互作用影响材的性质,从而达到减小吸收等作用。3、光子晶体的光纤应用。 5微腔的品质因子,精细度,自由电子谱宽度。 光学微腔是一种尺寸在微米量级或者亚微米量级的光学谐振腔。它利用在折射率不连续的界面上的反射全反射散射或衍射效应,至少在一个方面将光限制在一个很小的区域。 最简单模型:(C-J 2模型,即单膜场与二原子能级作用,可给出解析解) )a a a (g a a W 2 W H R d ++++++?=σσ理想腔:无损振荡—Rabi 实际:Dumped 振荡。 三种典型的微腔:1、F-P 腔:Q 不高,模式体积大。2、回单壁模式微腔:轴对称,内反射对光控制,Q 很高,容易集成。3、光子晶体微腔:引入缺陷,Q 高,模式体积小。(画图,公式)

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