纳米技术的现状与前途

第２９卷第３期　２００７年６月　压电与声光　ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＥＣＴＲＩＣＳ　８乙ＡＣＯＵＳＴＯＯＰＴＩＣＳ　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２００７　文章编号：１００４—２４７４（２００７）０３—０３４０—０４　

纳米操作系统研究现状及关键技术　王家畴，荣伟彬，孙立宁　（哈尔滨工业大学机器人研究所，黑龙江哈尔滨１５０００１）　摘　要：纳米操作技术是能精确地改变、控制原子、分子及纳米尺度器件的技术。在总结纳米操作系统的概　念、组成结构的基础上，分析了国内外的最新动态及其关键技术，为纳米操作系统的进一步设计与开发提供了翔实　的信息和参考依据，并对纳米操作系统未来的发展趋势进行了展望。　关键词：纳米操作系统；纳米操作技术；关键技术；发展趋势　中图分类号：ＴＰ２４　文献标识码：Ａ　Ｓｔａｔｅ－ｏｆ－ｔｈｅ－Ａｒｔ　ａｎｄ　Ｋｅｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　Ｎａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＷＡＮＧ　Ｊｉａ－ｃｈｏｕ，ＲＯＮＧ　Ｗｅｉ－ｂｉｎ，ＳＵＮ　Ｌｉ－ｎｉｎｇ　（Ｒｏｂｏｔｉｃｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＨＩＴ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１。Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ　ｉｓ　ａ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔＯ　ｃｈａｎｇｅ，ｉｎｔｅｒａｃｔ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｔｏｍ，ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｎａｎｏｓｃａｌｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｔｙｐｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｔｒｅｎｄｓ　ａｎｄ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｎａｎｏ—ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｓｏｍｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｎａｎｏ—ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄｓ　ｏｆ　ｎａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏ—ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ｎａｎｏ—ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄｓ　近年来，基于原子、分子及纳米尺度的操纵、加　工技术已成为２１世纪的热点技术之一。随着纳米　科学和技术的迅速发展，各种纳米材料、纳米计算　机、纳米机器人／机械等不断出现，纳米测量、纳米级　超精密加工、纳米电子学都有了新的发展，与纳机电　系统（ＮＥＭＳ）相关的研究工作也在很多实验室展　开。作为纳米科技领域的关键技术之一，纳米操作　不仅可用于介观物理现象的科学探索，而且还用来　构建原型纳米设备。通过对原子、分子及纳米尺度　对象精确操纵、控制，不久便可制造出新的传感器／　执行器、人工材料、分子机器人／机械、量子器件及集　传感、驱动、控制于一体的智能系统。然而，在纳米　操作方面仍存在许多未解决的问题，其关键问题之　一就是纳米操作系统。本文将介绍纳米操作系统的　研究现状，分析其关键技术，并对未来的发展趋势进　行展望。　１　纳米操作系统的概念及系统组成　纳米操作系统是指适用于对纳米尺度（通常指　０．１～１００　ｎｍ）对象进行操作、集微力检测控制和视　觉于一体的、具有沟通宏／微观领域能力的操作系　统。一个理想的纳米操作系统应具有高分辨率的观　察能力；沟通宏／微观尺度世界的能力；对操作对象　的拉一压、提取一移动一放置、定位／定向、装配等能力以　及对纳米操作过程中对力的控制能力。一般，纳米　操作系统主要由纳米操作器及驱动器、操作台、纳米　力传感器、操作环境控制及纳米尺度成像设备等几　个部分组成。　２　纳米操作系统的研究现状　近几年来，由于纳米科学与技术的发展，应用于　不同研究目的的纳米操作系统被研究出来并投入使　用。本文将根据纳米操作中使用的显微镜的不同综　述了纳米操作系统的研究现状。　２．１　基于扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）的纳米操作系统　ＳＴＭ集成像和操作功能于一体，是整个操作系　统的核心部件。该系统主要用于原子和分子的操　作ｌ＿】］。１９９０年，Ｅｉｇｌｅｒ和Ｓｃｈｗｅｉｚｅｒ进行了首次纳　米操作实践＿２］。他们运用ＳＴＭ在低温下（４　Ｋ）在　单晶镍表面定位单个氙原子，组成了“ＩＢＭ”３个字　母。　目前用ＳＴＭ对原子、分子的操作主要包括移　动、提取和放置［３　三类。研究主要集中在操作策略　和机理分析上，对系统系统化的研究不多。Ｈｏｌｌｉｓ　首次把磁悬浮手控制器和ＳＴＭ结合实现了遥纳米　系统操作［４］。Ｔａｙｌｏｒ　ＩＩ对ＳＴＭ构建的虚拟现实界　面包括立体头盔显示界面，力反馈遥操作手［５］，这种　系统极大的增强了ＳＴＭ的操作能力。　收稿日期：２００６—０６—２５　作者简介：王家畴（１９７９一），男，福建闽侯人，博士生，研究方向：微纳米操作。

第３卷第４期　２００６年８月　纳米器件与技术　Ｎａｎｏｄｅｖｉｃｓ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．３　Ｎｏ．４　Ａｕｇｕｓｔ　２００６　

纳米操作系统的研究现状与关键技术　

王乐锋，　荣伟彬，　孙立宁　

（哈尔滨工业大学机器人研究所，　黑龙江哈尔滨　１５０００１）　

摘　要：介绍了目前典型纳米操作系统的特点，阐述了末端工具、显微成像、定位与驱动等关键技　

术，并对纳米操作系统的发展趋势进行了展望。　

关键词：纳米操作系统；研究现状；关键技术；发展趋势　

Ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ　Ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｋｅｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　Ｎａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　

ＷＡＮＧ　Ｌｅ－ｆｅｎｇ，　ＲＯＮＧ　Ｗｅｉ－ｂｉｎ，　ＳＵＮ　Ｌｉ－ｎｉｎｇ　

（Ｒｏｂｏｔｉｃｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＨＩＴ，Ｈａｒｂｉｎ　１　５０００　１，　Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｎａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ　ｕｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｅｎｄ－ｅｆｆｅｃｔｏｒｓ，ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ，ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ａｎｄ　ａｃｔｕａｔｏｒｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｄ，ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄｓ　

ｏｆ　ｎａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ；ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ｓｔａｔｕｓ；ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄｓ　

中图分类号：ＴＨ７０３　文献标识码：Ａ　文章编号：１８１２—１９１８（２００６）０４—００２６—０５　

０　引言　

近年来纳米科学和技术得到了广泛的重视并　

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纳米电子技术的现状及发展展望

作者：刘国东

来源：《广告大观·媒介》2019年第01期

摘 要：我国能够实现科学技术跨越发展的主要途径就是纳米电子技术，同时纳米电子技术研究也是提升国家核心竞争力的重要选择。笔者认为，纳米电子技术是值得研究，值得得到社会关注的话题，因此，本文主要阐述了纳米电子技术的发展现状，并对未来的发展进行了展望。

关键词：电子技术 发展 纳米电子技术

电子技术，就是为了解决实际问题，依据电子学原理，运用电子器件来设计和制造出具有特定功能的电路的科学。电子技术对人们的影响不可小觑，在汽车行业、电视广播、报刊行业、电力行业都有着广泛的应用。由于我国的科学技术日益进步，使得电子技术的发展具有着不可估量的前景，同时使得纳米电子技术也越加成熟。

一、纳米电子技术的主要优势

从涉及范围而言，纳米电子技术已经涉及到各个领域之中，并且呈现出强大的魅力。目前而言，出现在市场中的纳米电子产品以其良好的性能与功能成为人们追捧的对象。在市场中，纳米材料主要包括了纳米硅材料、纳米半导体材料等。其中，纳米硅材料不仅符合社会的发展要求，并且还具有其它优势：

（一） 具有准确性、对能力的消耗低，不会因为环境的变化而发生变化。

（二） 在产品制作的成本上具有一定程度的降低。

（三） 技术产品的反应速度比较快，能够提高工作效率。因此，纳米技术已经成为社会发展中新型材料的运用，这中情况对于其它材料相比较占据了重要的影响力，成为纳米电子产品发展的主要动力。在随着科技的不断发展之中，纳米电子技术的发展能够为社会、为人们的生活、学习带来极大的便利。

二、纳米电子技术的发展现状

（一）对纳米电子材料的运用

现如今，市场中出现的纳米材料主要包括纳米硅藻膜、纳米硅材料以及纳米半导体材料。在这些材料之中，纳米硅材料以其独特的发展趋势已经成为人们发展电子产品的主要材料，并且完全符合人们对电子技术的发展要求。 龙源期刊网

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浅谈纳米材料光催化技术研究现状

作者：林雪 牛文成

来源：《神州》2012年第29期

摘要：近年来，人们对半导体纳米光学材料的研究越来越广泛。从1972年Fujishima和Honda利用TiO2电极实验发现光解水现象开始，人们逐步开始对半导体材料进行研究。本文就纳米材料光催化技术研究现状和发展前景进行了简要介绍。

关键词：纳米材料，光催化

一、纳米材料的分类

人类对材料科学的探索与研究已有上千年的历史了，但是纳米材料作为新型材料的一种，其从发展到现在也不过二三十年的时间。1984年，德国著名学者通过现代技术将一个6nm的铁晶体压制成纳米块，并详细的分析了其内部结构的改变而引起的性能差异。发现从强度和硬度上都较普通钢铁强很多倍，并且在低温下失去传导能力，随着自身晶粒尺寸的减小，材料的熔点也会随之降低。1990年，纳米科技大会在美国第一次胜利举办，《纳米技术杂志》的正式创刊标志着纳米科技从此正式开山立派。而我国的纳米领域的研究基本与国际发展同步，目前已具备开展纳米科技的研究条件，国家重点研究机构对相关高科技的研究步伐不断加快，部分领域已经与国际先进水平持平，这些都为实现跨越式发展提供了可能。近年来，我国通过结合国家战略需求，对纳米技术在能源、环境、资源和污水处理等领域开展深入研究，纳米材料净化机、助燃剂、固硫剂和降解剂等新型产品相继研究成功。

人们对于一门新学科——纳米材料学的研究已经有一定的进展。通常纳米材料以三种方式分类：按结构分类、按化学组分分类和按应用分类：

1、按结构分，我们通常将其分为四类：第一类是具有原子簇与原子束结构的零维纳米材料；第二类是具有纤维结构的一维纳米材料；第三类是具有层状结构的二维纳米材料；第四类是晶粒尺寸至少在一个方向上在纳米量级的单位纳米材料。

2、按化学组分，通常又有两种分类方式，一种是按材料的化学性质分类，另一种是按材料的物理性质分类。按材料化学性质，我们通常将其分为纳米金属材料，纳米晶体材料，纳米陶瓷，纳米玻璃，纳米高分子和纳米复合材料；按材料物理性质，我们可将纳米材料分为纳米半导体材料，纳米磁性材料，纳米非线性光学材料，纳米铁电体材料，纳米超导材料和纳米热电材料等等。