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基本信息

項(xiàng)目名稱：
一維柔性納米材料的組裝方法以及光電器件研制
小類：
能源化工
簡介：
該作品旨在利用雙親性溶劑與非極性溶劑混合液來分散親水性納米線，利用改進(jìn)的蘭格穆爾（LB）技術(shù)組裝長徑比大于10000、直徑大約10納米的親水納米線，從雜亂無章的納米線得到了高度有序的納米線周期結(jié)構(gòu)，和復(fù)雜的介觀結(jié)構(gòu)。利用有序的碲納米線組裝體，制備納米光電器件。
詳細(xì)介紹：
納米科技在跨學(xué)科研究領(lǐng)域呈現(xiàn)出一種迅速的令人驚奇的增長速度,The Information Network預(yù)測，到2015年，納米材料市場規(guī)模將進(jìn)一步增長到70億美元。納米研究領(lǐng)域正在，如化學(xué)、物理、材料學(xué)、工程學(xué)、能量學(xué)和生命科學(xué)等大范圍學(xué)科間引發(fā)了一場革命。材料的物理化學(xué)性質(zhì)開發(fā)不僅取決于自身的形狀和尺寸，也取決于組裝體的協(xié)同。自組裝、誘導(dǎo)組裝已經(jīng)成為材料科學(xué)中一個非?；钴S而重要的研究前言領(lǐng)域。該作品旨在利用雙親性溶劑與非極性溶劑混合液來溶解親水性納米線，改進(jìn)蘭格穆爾（LB）技術(shù)組裝長徑比大于10000、直徑小于10納米的親水納米線，得到了高度有序的周期結(jié)構(gòu)，和復(fù)雜的納米線介觀結(jié)構(gòu)，在納米級別上的傳導(dǎo)，導(dǎo)通上提供了技術(shù)儲備，在相關(guān)器件小型化，經(jīng)濟(jì)性的方向上邁出了堅(jiān)定的步伐。利用碲納米線組裝體，制備光電器件，。研究組裝體功能，特別是光電導(dǎo)開關(guān)性質(zhì)，與現(xiàn)有器件相比，提高了性質(zhì)，使得器件電阻減小了五個數(shù)量級以上。有序納米線薄膜的厚度可以影響納米線器件的性能，然而當(dāng)納米器件為碲納米線單層薄膜時仍對光高度敏感。即，在厚度為7納米薄膜，幾十個原子的厚度體現(xiàn)出器件的靈敏性，極大的節(jié)約了材料，節(jié)省了能源。

作品圖片

  • 一維柔性納米材料的組裝方法以及光電器件研制
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的與意義： 從特定的納米晶“建筑單元”構(gòu)造高度有序的納米結(jié)構(gòu)組裝體，為材料的性能優(yōu)化、協(xié)調(diào)和提高提供了新的方法。 該作品旨在利用改進(jìn)了的蘭格穆爾（LB）技術(shù)組裝長徑比大于10000、直徑小于10納米的親水納米線，得到了高度有序的周期結(jié)構(gòu)。與LB法廣泛研究組裝零維納米顆粒，一維剛性納米材料不同，超長、超細(xì)柔性納米線合成后相互纏繞，高度有序化組裝非常困難，而在能量存儲、信息傳輸，信號傳輸?shù)确较驊?yīng)用前景卻十分廣大，是下一代電子產(chǎn)品小型化、集成化趨勢下的一種技術(shù)儲備。 基本思路與創(chuàng)新點(diǎn)： 1.合成一維納米材料； 2.利用LB法或其他界面組裝方法對納米材料進(jìn)行有序組裝得到組裝體納米器件。 3.研究組裝體功能，特別是光電導(dǎo)開關(guān)性質(zhì)。 技術(shù)關(guān)鍵與主要技術(shù)指標(biāo)： 本作品的技術(shù)關(guān)鍵和指標(biāo)可以從四處闡述; 1.利用LB技術(shù)高效組裝了長徑比大于10000，直徑為7納米的柔性碲納米材料，得到單層高度有序的平行排列碲納米線薄膜，通過層層組裝，控制交叉角度，得到復(fù)雜的納米線孔篩等介觀結(jié)構(gòu)； 2.選取合適的組裝分散體系，使得親水性的納米線在組裝前無需復(fù)雜而繁瑣的疏水化處理； 3.利用組裝體，制備光電器件提高了性質(zhì)，使得器件電阻減小了三個數(shù)量級。同時得到的器件在厚度為7納米時仍對光十分敏感; 4.此種組裝方法適用于其他超長超細(xì)親水納米線、如直徑為10納米左右，長度為幾百微米的的碲化銀納米線，和鉑納米管。

科學(xué)性、先進(jìn)性

本作品的科學(xué)性先進(jìn)性 該作品中高度有序Te納米線薄膜組裝體、以及基于此得到的光電導(dǎo)器件，已經(jīng)得到了化學(xué)與材料領(lǐng)域頂尖雜志《美國化學(xué)會志》認(rèn)可并發(fā)表，申請中國專利一項(xiàng)。查新報告結(jié)論：目前尚未見有“無需疏水化處理，利用LB技術(shù)高效的組裝了高長徑比的納米線，并基于Te納米線薄膜組裝體得到光電導(dǎo)納米器件”的公開報道，本項(xiàng)目研究內(nèi)容在國內(nèi)外具備新穎性。 本發(fā)明改進(jìn)LB組裝技術(shù)，克服了傳統(tǒng)朗格繆爾技術(shù)需要前期疏水化步驟的缺陷，從而可有效可控地組裝了高長徑比(大于10000)的一維柔性納米材料； 可以通過加大界面的面積來增加組裝面積； 可以通過控制相鄰兩層膜的夾角而得到具有介觀結(jié)構(gòu)的納米線薄膜。 由于本發(fā)明是基于納米線薄膜組裝體的光電器件，在器件小型化，高集成化提供新的途徑，由于納米線高度有序，與無序材料相比器件的導(dǎo)通性得到提升，同時可以通過改變薄膜厚度，在10納米級別上改變和優(yōu)化器件性能。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

1. Rapid Microwave Assisted Synthesis of Uniform Ultra long Te Nanowires, Optical Property, and Chemical Stability. Liu, J. W.; Chen, F.; Zhang, M.; Qi, H.; Zhang, C. L.; and Yu, S. H.*, Langmuir 2010, 26 (13), 11372-11377. 2. Mesostructured Assemblies of Ultrathin Superlong Tellurium Nanowires and Their Photoconductivity. Liu, J. W.; Zhu, J. H.; Zhang, C. L.; Liang, H. W.; and Yu, S. H.* J. Am. Chem. Soc. 2010, 132 (26), 8945-8952. 3.中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會(27th CCS congress)， 廈門市，會議論文收錄并墻報展示 4. 申請國家專利一項(xiàng)（申請?zhí)枺?011100030713） 5. 獲中國科學(xué)院研究生科技創(chuàng)新與社會實(shí)踐專項(xiàng)資助。

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

所有權(quán)有償轉(zhuǎn)讓、 合作開發(fā)

作品可展示的形式

圖片

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)勢 雙親性溶劑與非極性溶劑混合液來溶解超長超細(xì)納米線，利用改進(jìn)了的朗格繆爾技術(shù)有效可控地組裝了一維柔性碲納米線，得到了高度有序的碲納米線薄膜。基于此有序薄膜研制了光電納米器件，實(shí)現(xiàn)了器件小型化、提高了器件導(dǎo)通性、有助于納米材料的產(chǎn)業(yè)化。 適用范圍 納米材料、組裝、光電導(dǎo)器件 推廣前景及模式，市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測 一維納米線的可控合成、有效組裝，以及基于有序納米線的器件設(shè)計(jì)和性能研究是相關(guān)材料走向?qū)嵱没那疤岷捅Ｕ现?。探尋一種技術(shù)經(jīng)濟(jì)有效的降低體系熵值、從雜亂的納米線得到有序的排列組裝體，并較為系統(tǒng)的研究其做為光電導(dǎo)器件的可行性。據(jù)EE Time網(wǎng)站報道，市場調(diào)研機(jī)構(gòu)The Information Network表示，到2015年，納米材料市場規(guī)模將進(jìn)一步增長到70億美元。基于納米線薄膜組裝體的光電器件，為器件小型化，高集成化提供新的途徑，由于納米線高度有序，與無序材料相比器件的導(dǎo)通性得到提升，同時可以通過改變薄膜厚度，在10納米級別上改變和優(yōu)化器件性能。

同類課題研究水平概述

在上個世紀(jì)，材料科學(xué)中對于自組裝的研究一直局限在分子、高分子或者膠體粒子作為構(gòu)筑基元來構(gòu)造熱力學(xué)穩(wěn)定的體相材料上。時至今日，隨著納米科技的發(fā)展，自組裝的研究也自然而然拓展到以納米材料作為構(gòu)筑基元來構(gòu)筑材料，即零維、一維、二維納米構(gòu)筑單元的組裝隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展。 美國《科學(xué)》雜志在2006 年5 月出版的科技新聞中，把納米線研究列在物理學(xué)研究五個熱點(diǎn)中的第二位，以探索“小尺度”下物質(zhì)變化規(guī)律與新奇性質(zhì)為課題的納米線研究已引起了各國的高度重視。崔藝課題組研究了納米線傳感器，以及用Si 納米線組裝體構(gòu)筑納米電子器件；夏幼南教授基于自己的工作在Adv. Mater. 上綜述了納米線的合成性質(zhì)和應(yīng)用；以及 Lieber, Gudiksen, Morales， 楊培東等課題組對納米線給予持續(xù)的研究，近期楊培東教授撰寫一系列文章闡述納米線在能源，能量方面的應(yīng)用，提出制約其大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸，并預(yù)期材料的可控組裝可能是解決問題的一個途徑。Lieber 教授課題組發(fā)明了BBF (the blown bubble film)組裝方法，用BBF 法可以獲得合成大面積可控密度的排列整齊的納米線納米管，并可用來制作具有綜合高質(zhì)量表現(xiàn)的場效應(yīng)晶體管（FETs）和在環(huán)境與醫(yī)藥方面應(yīng)用的化學(xué)生物傳感器，超大型高密度平板顯示器以及大型太陽能平板。此外，通過分層多納米BBFs 或折疊/滾動納米材料BBFs 以及其他更復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，如橫桿合分層排列的納米級積木，可以使制作全新的電子/光子系統(tǒng)在不久的將來成為可能。斯坦福大學(xué)戴宏杰教授課題組對碳納米管進(jìn)行了組裝。 在國內(nèi)， 北京大學(xué)嚴(yán)春華教授研究和超細(xì)納米線的組裝，其成果發(fā)表在《美國化學(xué)會會志》上。中國科技大學(xué)俞書宏教授課題組對一些功能納米線的合成和制備給予了持續(xù)的關(guān)注，在其合成表征、光電磁性質(zhì)上做了大量的工作。2010年，該課題組首先在氣-液-液三相界面上成功實(shí)現(xiàn)對納米線的組裝，相關(guān)成果出版在《先進(jìn)功能材料》上。此后，該課題組利用氣-液界面對超長超細(xì)的納米線給出了可控組裝，相關(guān)文章發(fā)表在《美國化學(xué)會會志》上。
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