基本信息
- 项目名称：
- 一维柔性纳米材料的组装方法以及光电器件研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该作品旨在利用双亲性溶剂与非极性溶剂混合液来分散亲水性纳米线，利用改进的兰格穆尔（LB）技术组装长径比大于10000、直径大约10纳米的亲水纳米线，从杂乱无章的纳米线得到了高度有序的纳米线周期结构，和复杂的介观结构。利用有序的碲纳米线组装体，制备纳米光电器件。
- 详细介绍：
- 纳米科技在跨学科研究领域呈现出一种迅速的令人惊奇的增长速度,The Information Network预测，到2015年，纳米材料市场规模将进一步增长到70亿美元。纳米研究领域正在，如化学、物理、材料学、工程学、能量学和生命科学等大范围学科间引发了一场革命。材料的物理化学性质开发不仅取决于自身的形状和尺寸，也取决于组装体的协同。自组装、诱导组装已经成为材料科学中一个非常活跃而重要的研究前言领域。该作品旨在利用双亲性溶剂与非极性溶剂混合液来溶解亲水性纳米线，改进兰格穆尔（LB）技术组装长径比大于10000、直径小于10纳米的亲水纳米线，得到了高度有序的周期结构，和复杂的纳米线介观结构，在纳米级别上的传导，导通上提供了技术储备，在相关器件小型化，经济性的方向上迈出了坚定的步伐。利用碲纳米线组装体，制备光电器件，。研究组装体功能，特别是光电导开关性质，与现有器件相比，提高了性质，使得器件电阻减小了五个数量级以上。有序纳米线薄膜的厚度可以影响纳米线器件的性能，然而当纳米器件为碲纳米线单层薄膜时仍对光高度敏感。即，在厚度为7纳米薄膜，几十个原子的厚度体现出器件的灵敏性，极大的节约了材料，节省了能源。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的与意义： 从特定的纳米晶“建筑单元”构造高度有序的纳米结构组装体，为材料的性能优化、协调和提高提供了新的方法。 该作品旨在利用改进了的兰格穆尔（LB）技术组装长径比大于10000、直径小于10纳米的亲水纳米线，得到了高度有序的周期结构。与LB法广泛研究组装零维纳米颗粒，一维刚性纳米材料不同，超长、超细柔性纳米线合成后相互缠绕，高度有序化组装非常困难，而在能量存储、信息传输，信号传输等方向应用前景却十分广大，是下一代电子产品小型化、集成化趋势下的一种技术储备。 基本思路与创新点： 1.合成一维纳米材料； 2.利用LB法或其他界面组装方法对纳米材料进行有序组装得到组装体纳米器件。 3.研究组装体功能，特别是光电导开关性质。 技术关键与主要技术指标： 本作品的技术关键和指标可以从四处阐述; 1.利用LB技术高效组装了长径比大于10000，直径为7纳米的柔性碲纳米材料，得到单层高度有序的平行排列碲纳米线薄膜，通过层层组装，控制交叉角度，得到复杂的纳米线孔筛等介观结构； 2.选取合适的组装分散体系，使得亲水性的纳米线在组装前无需复杂而繁琐的疏水化处理； 3.利用组装体，制备光电器件提高了性质，使得器件电阻减小了三个数量级。同时得到的器件在厚度为7纳米时仍对光十分敏感; 4.此种组装方法适用于其他超长超细亲水纳米线、如直径为10纳米左右，长度为几百微米的的碲化银纳米线，和铂纳米管。
科学性、先进性
- 本作品的科学性先进性 该作品中高度有序Te纳米线薄膜组装体、以及基于此得到的光电导器件，已经得到了化学与材料领域顶尖杂志《美国化学会志》认可并发表，申请中国专利一项。查新报告结论：目前尚未见有“无需疏水化处理，利用LB技术高效的组装了高长径比的纳米线，并基于Te纳米线薄膜组装体得到光电导纳米器件”的公开报道，本项目研究内容在国内外具备新颖性。 本发明改进LB组装技术，克服了传统朗格缪尔技术需要前期疏水化步骤的缺陷，从而可有效可控地组装了高长径比(大于10000)的一维柔性纳米材料； 可以通过加大界面的面积来增加组装面积； 可以通过控制相邻两层膜的夹角而得到具有介观结构的纳米线薄膜。 由于本发明是基于纳米线薄膜组装体的光电器件，在器件小型化，高集成化提供新的途径，由于纳米线高度有序，与无序材料相比器件的导通性得到提升，同时可以通过改变薄膜厚度，在10纳米级别上改变和优化器件性能。
获奖情况及鉴定结果
- 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.中国化学会第27届学术年会(27th CCS congress)， 厦门市，会议论文收录并墙报展示 4. 申请国家专利一项（申请号：2011100030713） 5. 获中国科学院研究生科技创新与社会实践专项资助。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 所有权有偿转让、 合作开发
作品可展示的形式
- 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点、优势 双亲性溶剂与非极性溶剂混合液来溶解超长超细纳米线，利用改进了的朗格缪尔技术有效可控地组装了一维柔性碲纳米线，得到了高度有序的碲纳米线薄膜。基于此有序薄膜研制了光电纳米器件，实现了器件小型化、提高了器件导通性、有助于纳米材料的产业化。 适用范围 纳米材料、组装、光电导器件 推广前景及模式，市场分析和经济效益预测 一维纳米线的可控合成、有效组装，以及基于有序纳米线的器件设计和性能研究是相关材料走向实用化的前提和保障之一。探寻一种技术经济有效的降低体系熵值、从杂乱的纳米线得到有序的排列组装体，并较为系统的研究其做为光电导器件的可行性。据EE Time网站报道，市场调研机构The Information Network表示，到2015年，纳米材料市场规模将进一步增长到70亿美元。基于纳米线薄膜组装体的光电器件，为器件小型化，高集成化提供新的途径，由于纳米线高度有序，与无序材料相比器件的导通性得到提升，同时可以通过改变薄膜厚度，在10纳米级别上改变和优化器件性能。
同类课题研究水平概述
- 在上个世纪，材料科学中对于自组装的研究一直局限在分子、高分子或者胶体粒子作为构筑基元来构造热力学稳定的体相材料上。时至今日，随着纳米科技的发展，自组装的研究也自然而然拓展到以纳米材料作为构筑基元来构筑材料，即零维、一维、二维纳米构筑单元的组装随着纳米技术的飞速发展。 美国《科学》杂志在2006 年5 月出版的科技新闻中，把纳米线研究列在物理学研究五个热点中的第二位，以探索“小尺度”下物质变化规律与新奇性质为课题的纳米线研究已引起了各国的高度重视。崔艺课题组研究了纳米线传感器，以及用Si 纳米线组装体构筑纳米电子器件；夏幼南教授基于自己的工作在Adv. Mater. 上综述了纳米线的合成性质和应用；以及 Lieber, Gudiksen, Morales， 杨培东等课题组对纳米线给予持续的研究，近期杨培东教授撰写一系列文章阐述纳米线在能源，能量方面的应用，提出制约其大规模应用的瓶颈，并预期材料的可控组装可能是解决问题的一个途径。Lieber 教授课题组发明了BBF (the blown bubble film)组装方法，用BBF 法可以获得合成大面积可控密度的排列整齐的纳米线纳米管，并可用来制作具有综合高质量表现的场效应晶体管（FETs）和在环境与医药方面应用的化学生物传感器，超大型高密度平板显示器以及大型太阳能平板。此外，通过分层多纳米BBFs 或折叠/滚动纳米材料BBFs 以及其他更复杂的三维结构，如横杆合分层排列的纳米级积木，可以使制作全新的电子/光子系统在不久的将来成为可能。斯坦福大学戴宏杰教授课题组对碳纳米管进行了组装。 在国内， 北京大学严春华教授研究和超细纳米线的组装，其成果发表在《美国化学会会志》上。中国科技大学俞书宏教授课题组对一些功能纳米线的合成和制备给予了持续的关注，在其合成表征、光电磁性质上做了大量的工作。2010年，该课题组首先在气-液-液三相界面上成功实现对纳米线的组装，相关成果出版在《先进功能材料》上。此后，该课题组利用气-液界面对超长超细的纳米线给出了可控组装，相关文章发表在《美国化学会会志》上。
