概述

        納米材料,定義為粒徑在1-100納米之間的一類超細(xì)材料,具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等一些特殊物理化學(xué)性能。由于結(jié)構(gòu)比表面積大，粒徑小,表面原子比例高等特點(diǎn),使得納米材料在電學(xué)、熱力學(xué)以及催化等多個(gè)方面具有獨(dú)特的性能。按納米的尺度在空間的表達(dá)特征,可分為零維納米材料即納米顆粒材料、一維納米材料(如納米線、棒、絲、管和纖維等)、二維納米材料(如納米膜、納米盤、超晶格等)、納米結(jié)構(gòu)材料即納米空間材料(如介孔材料等)。按納米材料的不同功能以及應(yīng)用,可分為納米發(fā)電材料、納米磁性材料、納米催化材料、納米智能材料、納米吸波材料、納米熱敏材料等。

圖1:納米材料結(jié)構(gòu)示意圖

圖2:納米材料分類

        在納米材料的研發(fā)中,對(duì)材料從不同維度進(jìn)行表征尤為重要,是評(píng)估材料性能、研發(fā)工藝等的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常見(jiàn)的納米材料表征包括結(jié)構(gòu)表征、成分分析、形貌表征、以及性能表征-光、電、磁、熱、力等。納米材料的電特性表征,即對(duì)制成的納米材料或者器件,施加壓力、溫度、電壓或者電流等激勵(lì)源,測(cè)試樣品在不同種類以及不同強(qiáng)度的激勵(lì)下,其相關(guān)電性能參數(shù),如電流(I)、電壓(V)或者電阻(Ω)的變化情況,從而用于進(jìn)一步分析納米材料。

• 霍爾效應(yīng)測(cè)試

當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)納米材料時(shí)，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生附加電場(chǎng)，從而在半導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)測(cè)試常用的測(cè)試方法是范德堡法，并在測(cè)試時(shí)外加磁場(chǎng)。

圖：霍爾效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)

• 電阻率測(cè)試

        二維納米材料（如石墨烯）電阻率測(cè)試是重要的測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試方法主要為四探針?lè)ㄅc范德堡法。

        對(duì)于規(guī)則圓形的材料樣品，電阻率測(cè)試比較方便的方法是四探針?lè)?，四探針?lè)▋?yōu)勢(shì)在于分離電流和電壓電極，消除布線及探針接觸電阻的阻抗影響。范德堡法為更通用的四探針測(cè)量技術(shù)，對(duì)樣品形狀沒(méi)有要求，且不需要測(cè)量樣品所有尺寸。

圖：四探針?lè)y(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)

圖：范德堡法測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)

• 納米材料高溫原位表征技術(shù)

  高溫原位表征系統(tǒng)基于高精度數(shù)字源表，控制MEMS芯片在原位樣品臺(tái)內(nèi)對(duì)樣品構(gòu)建精細(xì)熱場(chǎng)自動(dòng)調(diào)控及反饋測(cè)量系統(tǒng)，并結(jié)合透射電子顯微鏡（TEM）研究材料在不同熱場(chǎng)條件下發(fā)生結(jié)構(gòu)相變、形貌變化、物性變化以及電性變化等關(guān)鍵信息，是納米材料結(jié)構(gòu)表征科學(xué)最新穎、最有發(fā)展空間的表征技術(shù)之一。

圖：原位TEM電性能表征

注：圖片來(lái)源于“Phase and polarization modulation in two-dimensional In2Se3 via in situ transmission electron microscopy

納米材料的典型應(yīng)用及電性能測(cè)試方案

• 納米電極材料應(yīng)用及測(cè)試表征

• 雙極板（BPP）材料應(yīng)用及測(cè)試表征

• 納米壓敏陶瓷材料應(yīng)用及電性能測(cè)試表征

• 納米發(fā)電材料應(yīng)用及測(cè)試表征

• 有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管應(yīng)用及測(cè)試表征

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