武汉理工大学，材料复合新技术国家重点实验室，武汉 430070
近年来的能源危机和环境污染问题加速了储能领域的快速发展。一维纳米材料，尤其是纳米线材料所具有的高长径比特点使其具有独特的电子离子输运性质，在储能领域的应用中具有极大的潜能。本文以本课题组在纳米线储能材料与器件领域的研究成果为基础，结合国内外同行的前沿研究进展，从纳米线材料的结构设计与合成、纳米线材料在电池中的应用和纳米线微纳器件3个方面进行综述。最后，对于未来进一步探索和发展基于纳米线的电化学储能材料与器件的前景进行展望。
纳米线 结构构筑 储能电池 微纳器件 nanowires structure construction energy storage batteries micro-nano devices
1 重庆川仪自动化股份有限公司，重庆402
2 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400030
扫描光栅微镜是微型光谱仪的新一代核心分光器件。基于固定光栅分光的微型光谱仪由于采用阵列探测器在近红外波段价格昂贵，严重制约了近红外光谱分析技术的推广应用。本文提出了一种电磁式扫描光栅微镜，该器件采用微纳加工工艺，集光栅、驱动结构、角传感器于一体，可实现单管探测器替代阵列探测器。建立了电磁式扫描光栅微镜的理论模型，分析了梁尺寸、镜面尺寸等主要结构参数对器件性能指标的影响，获得器件的设计参数。使用微纳加工方法制作电磁式扫描光栅微镜芯片，并测试了性能指标。实验与理论结果表明：当器件扫描角度为±7°，光谱达800~2 500 nm，闪耀波长附近的衍射效率≥70%，角传感器的控制精度≤0.05°，为应用于微型近红外光谱仪提供了一种有效方案。
微纳器件 扫描光栅微镜 电磁式 角传感器 近红外 micro-nano devices scanning grating micromirror electromagnetic angle sensor near infrared
1 清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室, 北京 100084
2 上海交通大学材料科学与工程学院上海市激光制造与材料改性重点实验室, 上海 200240
纳米连接涉及纳-纳、纳-微-宏跨尺度的材料连接,其在微纳电子元器件及其系统、微纳光机电系统等互连封装制造和研发中起到越来越重要的作用。目前已研发了系列纳米连接工艺方法,但在高操控性能量输入、多材料选择、低损伤互连等方面均有各自的局限性。超快激光具有峰值功率密度极高、多材料适用、加工热影响区极小等显著优势,进而基于超快激光制造的纳米连接是一个重要的发展方向。以本团队及合作者的研究为主,阐述了纳米尺度材料超快激光连接的局域能量调控和异质连接界面冶金与能带修饰、基于超快激光纳米颗粒薄膜沉积的低温连接新技术,以及基于超快激光纳米连接的新型微纳器件的制造与应用。同时,指出了超快激光纳米连接所面临的挑战和发展趋势,为未来纳米连接的研究和应用提供参考。
激光制造 纳米材料 超快激光 纳米连接 脉冲激光沉积 界面冶金 微纳器件 中国激光
2021, 48(15): 1502001
1 清华大学机械工程系, 北京 100084
2 太原理工大学材料科学与工程学院, 山西 太原 030024
3 瑞士联邦材料科学与技术研究所, 苏黎世 杜本多夫 8600
纳米线的空间定位与接头连接对制备和组装高性能的纳米功能单元至关重要,开发新材料体系的高性能互连结构一直是研究重点之一。使用单脉冲能量密度为22.3 mJ/cm 2的聚焦飞秒激光成功实现p型氧化铜(CuO)纳米线之间的互连,聚焦激光能量场会由CuO纳米线的几何效应在接头处产生局域场增强效应,在纳米线接头的界面处发生原子扩散,促使CuO互连结构在施加偏压为10 V的情况下所获得的电流响应强度较连接前提升3个数量级以上,达到与母材相同的水平,基于该结构的光电探测器在功率为25.3 mW卤素灯照射的条件下获得与母材性能一致的电流增幅比值。所得结果为制备基于纳米连接的小型化、高性能和多功能化的纳米线网络单元奠定基础。
材料 飞秒激光 纳米连接 氧化铜纳米线 纳米器件
1 哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
纳米操作技术是实现纳米材料位移、排布、形变等操作的关键方法,也是一种“自下而上”制造性能优异的纳米结构及纳米电路的重要技术手段,同时也为新型纳米器件的研发提供了新思路。本文主要对基于扫描探针显微镜、电子显微镜的纳米操作技术以及光镊技术的研究进展进行了介绍及总结,简单阐述了三种操作技术的基本原理及特点,并在此基础上分析了不同操作技术存在的问题,介绍了几种典型的操作系统和操作策略的改进方法,进一步概括了三种操作技术在纳米材料测试及器件制造中的应用。最后针对三种操作技术的优势、适用范围以及目前仍存在的问题进行分析与总结,探讨了三种操作技术的适用范围,并对不同操作技术的结合进行了展望。
激光光学 光镊或光操作 纳米操作 扫描探针显微镜 电子显微镜 纳米器件
1 清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室, 北京100084
2 太原理工大学材料科学与工程学院, 山西 太原030024
3 瑞士联邦材料科学与技术研究所, 瑞士 苏黎世
纳米线连接为高性能微纳器件的组装和应用提供了技术手段,但现有的连接方式对于能量输入的空间精度和外部环境要求较高,其工艺窗口较窄。为改善这一问题,以氧化石墨烯(GO)作为中间连接层的纳米线连接方式,通过干法转移制备了碳化硅(SiC)纳米线-氧化石墨烯(GO)薄膜-SiC纳米线的结构,并通过飞秒激光辐照还原氧化石墨烯,降低了SiC和GO之间的势垒,通过层内导电与层间导电的方式形成了更宽的载流子通道,从而显著提升了电流水平。此外生成的还原氧化石墨烯(rGO)纳米膜对SiC纳米线的接头形成了包裹与保护作用,从而使接头部分具有更好的抗辐照和热传导性能,提升了器件的稳定性与使用寿命。最后,利用飞秒激光还原GO薄膜实现了SiC纳米线网络的电性能提升,制备了具有良好响应度和较快响应速度的紫外光传感器及透明柔性导电薄膜等器件。
激光制造 飞秒激光 碳化硅纳米线 氧化石墨烯 微纳器件
1 太原理工大学材料科学与工程学院, 山西 太原 030024
2 清华大学机械工程系, 北京 100084
采用干法转移方法制备Au电极-CuO/ZnO纳米线异质结构,通过飞秒激光辐照,基于表面等离子激元的能量局域化输入实现了异质结构的纳米连接,改善了异质结构界面的接触状态,促进了载流子传输通道的导通。辐照前后的电学测试结果表明,激光处理后p型和n型纳米线场效应管的背栅调控性能有明显提升。当栅极电压达到±20 V后,二者的电流有明显的夹止趋势。此外,基于CuO和ZnO纳米线的p型和n型场效应管特性,制备了一种p-CuO/n-ZnO纳米线半导体倒相器。结果表明,激光辐照后的倒相器具有稳定的电压调控能力,为自下而上的微纳电子器件组装提供了新思路。
激光制造 飞秒激光 异质结构 纳米连接 微纳器件
简要介绍了碳纳米管的制备及其纯化技术,以及近年来碳纳米管修饰、管内填充方面的研究,并概述了碳纳米管在复合材料、发光材料、纳米器件方面的应用及其在固体基片上的定向组装.
碳纳米管 纳米器件 修饰 复合材料 发光 carbon nanotubes nano-devices modification composite materials luminescence
