纳米微晶技术(收集3篇)
纳米微晶技术范文篇1
关键词胶原蛋白；外延生长；生物矿化；纳米线；电子衍射
1引言
外延生长（Epitaxialgrowth）常指一种矿物质晶体在另一种矿物质晶体表面生长，因而在界面上两种矿物质具有相同晶体结构取向的现象[1～5]。半个多世纪以来，利用外延生长原理在晶体基质表面控制和研究镀膜分子的膜层结构以及生长动力学已成为热门研究领域，并取得了诸多成果[1～13]。二十世纪中后期多种商品化无机发光二极管便是利用液相外延生长技术制备的[6]。近二十年来，结合有机化学中的尺寸与功能可调的分子合成技术，以及各种微观晶体结构的基质选择，在超高真空背景下利用分子束沉积技术在基质表面控制分子膜层晶体的生长，为获得功能可预测的新型微纳光电材料与器件提供了多种可能性[7～9]。例如，通过热壁外延生长（Hotwallepitaxy）技术将对六联苯（pSexiphenyl）等高量子效率的蓝光小分子材料在云母、ITO等基质表面生成有序的纳米线阵列薄膜[10～13]，由于长程有序，表现出很强的光学各向异性。该薄膜还能产生光学增益，获得随机激光，可用于制备有偏振特性的电致发光器件[12，13]。
外延生长在生物化学领域并不多见。但在自然界中，有规则重复结构的胶原蛋白纤维能够在介观尺度上与矿物晶体相互识别，从而给生物矿化提供支架，有效地调控矿物晶体生长的启动与阻断，在尺寸与取向方面规范骨骼、牙齿等器官的生长[14，15]。另一方面，反相利用矿物晶体与生物大分子的识别作用，在缓冲溶液中控制无机晶体表面的生物大分子自组装也同样具有可行性[16～19]。这种生物大分子在基质表面的外延生长对深入研究生物大分子功能，合成新型微纳材料，以及制备特异高效的生物探针都具有重要意义[20～22]。
本研究以天然I型鼠尾胶原蛋白单体和云母晶体为原料，开发了一种生物大分子在电荷周期性分布的晶体表面通过液相外延生长来合成纳米线阵列的“反相生物矿化”技术。此技术应用方便，无需定向流动的缓冲液培养[16]或复杂缓冲液的配制[17～19]。基于各种成像和分析手段的表征结果，对合成的胶原蛋白纳米线阵列的性质进行了初步探讨。
2实验部分
2.1仪器与试剂
BrukerDimensionIcon原子力显微镜和FESP悬臂探针（德国布鲁克公司），探针为镀金和铬的硅材质，悬臂与针尖的力常数均为2.8N/m，针尖高15μm，锥角25°，曲率半径12nm；KrussDSA100液滴形状分析仪（德国Kruss公司）；AurigaFIB聚焦离子束场发射扫描双束电镜（德国Zeiss公司）；空间分辨率50nm。FEITecnaiG220LaB6高分辨透射电镜（美国FEI公司）。
5mg/mL胶原蛋白单体溶液（RattailtendoncollagentypeI，北京索莱宝科技有限公司），溶于6mmol/L乙酸；Na2HPO4、NaH2PO4、K2HPO4、KH2PO4（CP，国药集团化学试剂有限公司）。2M1muscovite云母基片（北京中镜科仪技术有限公司）。单面与双面胶带（美国3M公司）。实验用水为自制去离子水，室温电阻率约18MΩ・cm。
2.2验方法
使用磷酸盐缓冲溶液配制特定浓度的胶原蛋白单体溶液。将云母片切割成约1cm×1cm的方片，用双面胶带粘在载玻片中央，用单面胶带撕开云母片表层，使其露出新鲜晶面（001），滴上胶原蛋白单体溶液覆盖晶面约15min后，除去晶面上的蛋白溶液，并用缓冲溶液清洗晶面1～2次，以除去吸附不牢的蛋白质，接着用缓冲溶液覆盖云母晶面，进行约12h的培育。完成培育后立即除去晶面上的缓冲溶液，用电热吹风烘干后对晶面上的膜层进行表征。
原子力显微镜设置为轻敲模式（Tappingmode），振幅约75nm，驱动频率约192kHz，接近探针悬臂在空气中的共振频率。液滴形状分析仪进行静态接触角测试前将样品置于真空干燥箱内脱气30min。透射电镜/选区衍射（TEM/SAED）实验前将样品撕薄（
3结果与讨论
3.1胶原蛋白单体在云母基质上的自组装
胶原蛋白是构成所有多细胞生物结缔组织的主要组成成分的蛋白质的总称。作为最重要的细胞外基质（ECM）蛋白，胶原蛋白单体能自组装成胶原纤维来构架并支撑所有无脊椎与脊椎动物的组织器官[14]。I型胶原蛋白最常见，其单体原胶原（Tropocollagen）为绳状的超螺旋分子，长约300nm，直径约1.5nm。尽管原胶原单股螺旋的周期为85.5，但超螺旋结构沿轴向的残基与电荷分布周期约为8.6。在末端端肽（Telopeptide）的引导下，原胶原单体会互相错开平行排列自组装成细长的原纤维（Protofibril）。在生物矿化过程中，羟基磷灰石会首先在原纤维的特定位点结晶，并逐渐生长成带状小块，最后形成高度有序的交错结构。
本实验分别使用不同pH值的Na2HPO4/NaH2PO4和K2HPO4/KH2PO4缓冲溶液配制I型鼠尾胶原蛋白单体溶液，并用同种缓冲溶液来培育胶蛋白自组装。在pH6.8～8.0的范围内，钠盐溶液中的胶原蛋白单体均能在云母晶体表面自组装成取向单一的蛋白纤维纳米线阵列。图1显示的是用不同浓度的胶原蛋白单体在云母晶体（001）晶面上自组装形成的纳米线阵列的AFM图。缓冲溶液均为Na2HPO4/NaH2PO4（pH=7.5），其中图1A的胶原蛋白单体浓度为5μg/mL，图1B的胶原蛋白单体浓度为10μg/mL。很显然，阵列中的纳米线随胶原蛋白单体浓度增大而变得更加致密，单条纳米线更长，且纳米线之间的交联逐渐显著。但是测量结果表明，由不同浓度的胶原蛋白单体溶液培育出的单条纳米线的宽度与高度较为稳定，宽度约为60nm，高度约为1.5nm。当使用钾盐缓冲溶液时，未在云母晶体表面上观测到任何自组装现象发生。
3.2胶原蛋白纳米纤维阵列的特性
分别对新撕开的和已有胶原蛋白纳米线膜层覆盖的云母（001）晶面样品进行了静态水滴接触角的基线圆法测试。为减小测量误差，对同一样品取3个点进行测量后取平均值。测量结果表明（见电子版文后支持信息：图S1），云母晶面接触角为25.8°，而有蛋白纳米线覆盖（10μg/mL）的晶面接触角仅为9.5°。上述结果表明，胶原蛋白纳米线膜层显著增强了云母晶面的亲水性，有利于使用该材料生产细胞培养器皿。
采用“反相生物矿化”技术制备出的胶原蛋白纳米线阵列与通过热壁外延生长技术生成的对六联苯（pSexiphenyl）纳米线阵列[10，11]极为相似：（1）纳米线受云母基质表面电荷分布影响，取向单一，且纳米线阵列结构长程有序；（2）纳米线密度由云母晶体表面吸附（沉积）的单体分子的数量决定。
3.3胶原蛋白纳米线阵列的取向机理
云母基片上的胶原蛋白纳米线阵列的形成可能受培养溶液的流动方向规导[16]或受溶液水分挥发过程中的致干效应的影响[17]，但是更倾向于接受“反相生物矿化”原理下的准外延生长现象[18，19]。根据外延生长理论，有两个因素决定外延晶体的结构：（1）界面上的结合力（包括化学键、静电力与范德华力）；（2）界面上的晶格匹配[7]。在真空环境下，有机分子在无机晶体表面的外延生长受控于较弱的静电力与范德华力，在对基质加热时，有机分子可在基质表面漂移；尽管有机分子与无机基质的晶格可能不匹配，但基质表面的电荷分布仍能对有机分子的取向起规范作用。因而，在热壁外延生长实验中，取向较为规范的有机分子单体在基质晶面上漂移时，碰撞结合形成晶种，并生长成更大的二维晶体，甚至形成有特定取向的纳米线阵列。由于纳米线的形成是单体分子在二维晶面上侧向结合所致，因此单体浓度在一定范围内，纳米线有恒定高度和宽度。尽管本实验中培养胶原蛋白的液相环境可能更为复杂，〖JP2但是，在界面上水分子与吸附在云母晶面上的单层胶原蛋白单体之间最重要的作用力，即熵力（Entropyforce），也倾向于推动蛋白单体在云母晶面上漂移，从而有助于自组装生成{米线阵列。同时，缓冲溶液中的离子成分对纳米线阵列的形成至关重要，使用钾盐缓冲溶液的样品则观测不到胶原蛋白纳米线。这可能是特定的离子会影响基质与蛋白〖JP单体在界面的结合，或对胶原蛋白的成纤有较强的抑制所致[18]。
目前，尚未有详实和精准的晶体结构表征实验来确证胶原蛋白纳米线阵列的外延生长机理，本研究首先对覆盖纳米纤维的云母基片进行了TEM的选区衍射（SAED）实验。通过对衍射光斑的标定与坐标分析，纳米线的取向大致与云母＼[001＼]晶轴成60°夹角（见电子版文后支持信息：图S2），这与文献＼[18＼]报道Laue衍射实验结果一致。此外，在云母晶面热壁外延生长的对六联苯纳米线阵列也和云母＼[001＼]晶轴大致成60°夹角（通过＼[12〖TX-1〖TX-＼]psp//＼[3〖TX-40＼]mica推导出PSP纳米线//＼[1〖TX-10＼]mica）[10，11]，表明这两种截然不同的生长环境下纳米线生长机理的相似性。
本实验中所用的基质云母（Mica，2M1muscovite）组成大致为{KAl2（AlSi3O10）（OH）2}，属于单斜晶系（a=5.2906，b=9.0080，c=20.0470，β=95.757°），晶胞是互成120°的双层结构[23]。云母片可以层层撕开而露出与前一层原子排列成120°的崭新晶面。如图2A所示，在每个单层里，中心的Al与O以八面体结构组合并被表面的Si/O层包夹。（001）晶面的Si/O以四面体结构连接形成六边形的O2
Symbolm@@空洞，容纳层间的K+。在溶液中，晶体表面的K+可被其它离子或带电基团取代。由于Si/O四面体结构的变形导致一部分氧离子凹陷下去0.22，使得氧离子空洞呈不规则六边形，并在整个晶面上形成如图2B所示沿＼[1〖TX-10＼]方向，与＼[001＼]晶轴成60°的带负电狭长凹槽，这也是（001）晶面上电荷分布的二次对称轴。此对称轴使得唯有沿＼[1〖TX-10＼]方向或垂直于＼[1〖TX-10＼]方向的电荷分布是唯一的。根据此对称性以及观测到胶原蛋白纳米线阵列取向的单一性，可以推断纳米线的取向或者平行于该狭长氧负离子凹槽，或者垂直于该方向。
对镀金处理的样品表面（镀金厚度约5nm）进行的EBSD实验也许可以进一步确定纳米线的取向。图3为某特定样品选区SEM图像及该区背散射电子衍射花纹图。基于对该区多点衍射花纹进行标定和坐标分析，纳米线的取向却大致与云母＼[001＼]晶轴成0°。这与纳米线取向沿云母＼[1〖TX-10＼]方向并不矛盾：可能是制样过程中对云母晶面造成破坏，使下层扭转120°的晶面露出所致（图3C）。如果垂直于＼[1〖TX-10＼]方向，纳米纤维则不可能与云母＼[001＼]晶轴平行。基于理论推导和实验结果，以及在云母晶面上通过热壁外延生长的对六联苯纳米线的取向（PSP纳米线//＼[1〖TX-10＼]mica）[10，11]，之前研究报道胶原蛋白在云母晶面沿＼[110＼]方向生长的结果需进一步验证[18]。
4Y论
利用“反相生物矿化”原理，开发出一种可与热壁外延生长技术效果媲美，但实验操作更简便的生物大分子纳米线阵列的制备方法，无需超净室或真空环境，所有操作均在室温下进行，不需对基质晶体进行加热。此方法生成的蛋白纳米纤维阵列结构可控，为生产细胞培养器皿、制备高特异性的生物探针，以及合成新型有机微纳光电材料与器件提供了一种可行技术。
References
1WardMD.ACSNano，2016，10（7）：6424-6428
2YUWeiHua，SHENGJuanJuan.ChineseJ.Anal.Chem.，1986，14（3）：239-239
俞薇华，盛娟娟.分析化学，1986，14（3）：239-239
3SUNPeng，WANGChao，YUANGuang，LIJunJie，GUChangZhi.ChineseJ.Lumin.，2016，37（7）：793-797
孙鹏，王超，元光，李俊杰，顾长志.发光学报，2016，37（7）：793-797
4ZHANGQuanLin，SULongXing，WUTianZhun，WANGYuChao，ZHUYuan，CHENMingMing，GUIXuChun，TANGZiKang.ChineseJ.Lumin.，2015，36（10）：1171-1177
张权林，苏龙兴，吴天准，王玉超，祝渊，陈明明，桂许春，汤子康.发光学报，2015，36（10）：1171-1177
5LimSH，KoYH，RodriguezC，GongSH，ChoYH.Light：Sci.Appl.，2016，5（2）：e16030
6NelsonH.J.Cryst.Growth，1974，27：1-5
7TersoffJ，TrompRM.Phys.Rev.Lett.，1993，70（18）：2782-2785
8ShekhahO，WangH，ParadinasM，OcalC，SchüpbachB，TerfortA，ZacherD，FischerRA，WollC.Nat.Mater.，2009，8（6）：481-484
9JesseS，BorisevichAY，FowlkesJD，LupiniAR，RackPD，UnocicRR，SumpterBG，KalininSV，BelianinovA，OvchinnikovaOS.ACSNano，2016，10（6）：5600-5618
10PlankH，ReselR，PurgerS，KeckesJ，ThierryA，LotzB，AndreevA，SariciftciNS，SitterH.Phys.Rev.B，2001，64（23）：235423
11PlankH，ReselR，AndreevA，SariciftciNS，SitterH.J.Cryst.Growth，2002，237239（3）：2076-2081
12ZencC，CerulloG，LanzaniG，GraupnerW，MeghdadiF.Phys.Rev.B，1999，59（22）：14336-14341
13AndreevA，QuochiF，CordellaF，MuraA，BongiovanniG，SitterH，HlawacekG，TeichertC，SariciftciNS.J.Appl.Phys.，2006，99（3）：034305
14PuleoDA，BiziosR.BiologicalInteractionsonMaterialsSurfaces：UnderstandingandControllingProtein，Cell，andTissueResponses，SpringerScience，Springer，2009，pp.200-218
15IhliJ，ClarkJN，CtAS，KimYY，SchenkAS，KulakAN，ComynTP，ChammasO，HarderRJ，DuffyDM，RobinsonIK，MeldrumFC.Nat.Commun.，2016，7：13141
16JiangF，HorberH，HowardJ，MullerDJ.J.Struct.Biol.，2004，148：268-278
17BozecL，HortonM.Biophys.J.，2005，88（6）：4223-4231
18SunM，StetcoA，MerschrodEF.Langmuir，2008，24（10）：5418-5421
19LeowWW，HwangW.Langmuir，2011，27（17）：10907-10913
20XiaoG，ZhouJF，HuangX，LiaoXP，ShiB.RSCAdv.，2014，4（8）：4010-4019
21GhosalK，ThomasS，KalarikkalN，GnanamaniA.J.Polym.Res.，2014，21（5）：410
22LiPP，ChenX，YangWS.Langmuir，2013，29（27）：8629-8635
23GuvenNZ.ZeitschriftfürKristallographieGrystallineMater.，1971，134：196-212
AbstractCollagenfibrilsandhydroxyapatitemightrecognizeeachotheratthemesoscalebymultiplecooperativeinteractionsduetotheirintrinsicallyrepetitivestructuredsurfaces，andthuseffectivelydirectingthebiomineralization，abiologicalprocessinvolvingregulatingthegrowthofbones，teethandotherorgans.Inthiswork，wedevelopedasimpletechniquetopreparenanowirearraysofbiologicalmacromoleculesbyreverselyusingthebiomineralizationmechanism，withresultssimilartothehotwallepitaxy，amolecularbeamdepositiontechniqueundervacuum.Withthistechnique，wesuccessfullycultured5-10μg/mLrattailtypeIcollagenmonomersolutionsintocollagennanowirearraysonthemica（001）latticeplanealongoneuniquedirectionacrossthewholecleavagesurface.Theatomicforcemicroscopeexperimentsindicatedthatthenanowiresinthearraysbecamemorecrowdedwithhighermonomerconcentration，buttheirwidthandheightremainedunchanged，about60.0nmand1.5nm，respectively.Thecollagennanowirecoatingenhancedthehydrophilicityofthemicasurface，reducingthecontactanglefrom25.8°to9.5°.Basedonthecharacterizationresultsofelectronbackscatteringdiffractionandtransmissionelectronmicroscope，thecollagennanowiresweremostlikelytobeorientedalongthemica＼[1〖TX-10＼]direction，whichvalidatedthequasiepitaxialgrowthmechanisminmoredetails.
KeywordsCollagen；Epitaxialgrowth；Biomineralization；Nanowire；Electrondiffraction
纳米微晶技术范文篇2
关键词：立体显示；体三维立体显示；变焦纳米液晶透镜
中图分类号：TN873文献标识码：A
ThreeDimensionalVolumetricAutostereoscopicDisplay
BasedonVarifocalNano-liquid-crystalLens
SONGShi-jun,WANGQiong-hua,LIDa-hai,ZHAORen-liang,ZHANGChao
（SchoolofElectronicsandInformationEngineering,
SichuanUniversity,Chengdu610065,China）
Abstract:Three-dimensional(3D)autostereoscopicdisplayisafrontiertechnology.Wehaveproposeda3Dautostereoscopicdisplaysystembasedonelectricallycontrollableliquid-crystal(LC)varifocallens.Thevarifocallensoperatesathigh-speedof50Hzforflicker-freedisplay.Gradientrefractiveindexnano-polymerdispersionLC(GRINPDLC)lensisfabricatedbyultravioletexposurethroughphotomask.Wedevelopedahigh-speed2Ddisplay,e.g.CathodeRayTube(CRT)tohandleallthedepth-sampledimages.Sucha3Ddisplaysystemisanovelvolumetricautostereoscopicdisplayscheme.Aprototypeofthedisplayisunderway.
Keywords:autostereoscopicdisplay；volumetric3Ddisplay；varifocalnano-liquid-crystallens
1引言
信息显示是当今电子信息时展的重要技术之一。目前通常的显示几乎都是二维（2D）平面的。所谓三维（threedimensional,3D）立体显示是指能显示图象深度（第三维）效果，就像我们看真实世界一样，是立体的。3D显示分为佩戴眼镜的3D显示和不戴眼镜的自动3D显示（也叫真3D显示）两大类。前者除了因戴眼镜使观看者不方便外，还会令人疲劳和头晕，不便长期观看，更不利于一些人群，如儿童观看。后者是3D显示的前沿技术，将沿着三个方向发展，即电子全息术、方向多路显示和体显示。真3D显示不会造成观众的视疲劳,特别是体3D显示能提供满足人体对立体深度的所有暗示，类似于人们对自然物体的立体感。3D显示有着广泛的用途。显示真实的三维世界是人类的梦想，也是从事显示技术研究的科技人员和显示器制造商苦苦追求的目标。3D显示技术成为当今一个引人注目的前沿科技领域。日本、韩国、欧美等国家开发了相关的各种技术和产品。我国在该领域的研究还相当薄弱。
纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术。纳米聚合物分散液晶（PDLC）具有可见光透明、响应时间快的特点，在显示和通讯领域有着特殊的应用，成为液晶领域的研究热点。
本文结合3D显示技术前沿和纳米新技术，并在2D显示器和液晶透镜研究的基础上提出采用变焦纳米液晶透镜的体3D立体显示方案。
2变焦纳米液晶透镜的体3D立体显示器的原理与结构
采用变焦纳米液晶透镜的体3D立体显示器由快速2D显示屏和变焦纳米液晶透镜组成，如图1所示。其原理是：用带有变焦透镜的摄像机连续拍摄景物不同景深的2D图像，然后人眼通过同样的变焦透镜来观看按同样时序带有景深信息的该2D图像，3D立体图像就重建于一个空间内。如果景深变化频率在人眼视觉暂留范围内（如50Hz），人眼就能见到连续的3D立体图像了。
为了满足景深变化的需要，该立体显示器的2D显示屏必须具有响应速度快的特点，比普通电视图像的响应速度快数10倍。常规2D电视机和计算机显示屏，如CRT（阴极射线管）和LCD（液晶显示）的响应速度还远达不到，因而必须研制快速2D显示屏。若采用CRT，需要研制快速响应荧光粉等，技术相对简单；若采用LCD，则更具挑战性，因为如今的液晶电视技术是在突破了液晶的响应速度的基础上发展起来的，在快速响应液晶方面，已采用了许多新技术，要满足该立体显示器快于普通液晶电视数十倍的响应速度，需要更新的技术突破。
该系统中的变焦透镜需满足可见光范围透过率高、响应速快、驱动电压低、适当的调焦范围，以及与2D显示屏的同步性好等要求。为此，拟采用电动变焦纳米PDLC（聚合物分散液晶）。因为纳米PDLC的颗粒远小于可见光波长，其透明性相当好。而且纳米级液晶小颗粒具有响应速度快的特点，约100ns，大大满足景深调制50Hz的需要。由于电动调焦，容易实现与2D显示屏的同步。
我们将采用独特的材料和方法来制作纳米PDLC。将聚合物单体、向列相液晶、光引发剂、交联剂和协引发剂组按比例(重量比)称量好，在暗室中均匀混合加热到各向同性态后，注入到由氧化铟锡(ITO)导电玻璃制作的样品盒内，配制的样品尽可能马上进行曝光。对于常规的PDLC，2～5μm大小的液晶微滴分散在聚合物中。采用独特的配方，如采用快速聚合速度的聚合物单体NOA81或NOA65，聚合物单体在相分离之前就产生聚合物网络，可使PDLC中液晶微滴尺寸降到100～200nm，使它成为一种纳米PDLC；另外，液晶的浓度比常规的PDLC要小，如35%左右（常规40%～80%），以保证获得纳米PDLC。
该方案的电动变焦纳米PDLC透镜采用一个叫做梯度折射率纳米（GRIN）PDLC变焦透镜。这个GRINPDLC是均匀紫外光通过具有一定图案的光刻掩模板对液晶/单体进行曝光，从而获得纳米颗粒的梯度尺寸分布而得到透镜特性的，其原理如图2所示[9]。因为弱的紫外光曝光区就形成较大的液晶颗粒，这些较大的液晶颗粒就会具有比小颗粒更低的阈值电压。当均匀电场施加在这个液晶盒上时，由于存在不同的阈值电压，液晶颗粒将具有不同的分子取向，从而导致具有梯度分布的折射率。通过改变光掩膜板的图案，就能实现透镜和微镜阵列。图案掩膜制作PDLC透镜的方法具有制作简单、工作电压低、响应速度快等优点。
纳米PDLC具有透明性好，响应速度快的优点，但缺点是工作电压高，为此我们采取措施降低驱动电压。液晶和聚合物材料的介电和粘度性质、液晶微滴的尺寸、器件厚度决定了PDLC的驱动电压。特别是驱动电压与液晶微滴尺寸成反比，对纳米PDLC驱动电压的影响更是非常突出。而且，由于纳米PDLC液晶微滴很小，被聚合物基体紧紧包裹，它们与聚合物的表面相互作用，即表面锚定能很大，需要更高的电压才可以使液晶分子运动。由于小尺寸液晶微滴是PDLC的一个固有特点，因此降低驱动电压只能通过提高聚合物的导电率或者降低液晶表面锚定能来实现。据此，一方面我们研究了在配方中添加表面活性剂对纳米PDLC驱动电压的影响；另一方面我们开发新的PDLC制作工艺，以降低工作电压。例如，在紫外光诱导液晶/单体相位分离时，施加较强的电压。
3结论
基于电动变焦GRINPDLC透镜的3D显示器是一个全新的体3D显示方案。该系统能提供满足人体对立体深度的所有暗示，类似于人们对自然物体的立体感，不会造成视疲劳。而且，由于在2D显示器上实现3D显示，3D显示将与现存的2D显示兼容，就像彩色显示与黑白显示是兼容一样。该体3D显示器的实验工作正在进行中，一旦研制成功，将具有可观的应用前景。
参考文献：
[1]TakashiKawai.3Ddisplayandapplications[aJ].Displays,2002,23:48-56.
[2]王琼华，成建波，杨刚，三维立体显示技术综述[R],2004中国平板显示学术会议,2004,215-217.
[3]TakanoriOkoshi.ThreeDimensionalImagingTechniques[M].NewYork:AcademicPress,1976.
[4]ElizabethDowning,etal.Three-color,solidstate,three-dimensionaldisplay[J].Science,1996,273:1185-1189.
[5]ShiorSuyama,etal.Three-dimensionaldisplaysystemwithdual-frequencyliquid-crystalvarifocallens[J].Jpn.J.Appl.Phys.,2000,39:480-484.
[6]姜太平等.真三维立体显示技术[J],中国图像图形学报，2003,8A版(4).
[7]QiHong,ThomasX.Wu,RuiboLu,andShin-TsonWu.Reduced-aberrationtunable-focusliquidcrystallensesfor3Ddisplays[J].SIDSymposiumDigest,2007,496-498.
纳米微晶技术范文篇3
据美国媒体报道,电脑有了新型晶体管,同时计算机晶体管技术又向微观世界跃进了一步。科学家发明了一种可用来模仿人类大脑神经元结构的新型晶体管(NOMFET),最终目的是研制出可像人类那样能思考的计算机系统。此种新型晶体管是目前首个可模仿大脑细胞(或称神经元)之间实行交互作用的关键过程的电子设备。
越做越小的晶体管
法国电子学、微电子学及纳米技术研究所研究人员多米尼克•维尧姆说,科学家的目标是研制出纳米级别电路,以制造出能模拟人类大脑神经元的新型电脑。它能胜任传统电脑所不能的工作,如图像的处理及识别等。
突触晶体管模仿的是神经元之间的细微桥梁突触――它是大脑的关键组成部分。神经元产生一小股电脉冲,并将神经传递素这种化学物质释放到突触内。神经传递素在突触之间活动,从而引发相连神经元之间的交互反应。电脉冲的频率决定了神经元所发出的化学信号的强弱。大多数情况下,对神经元的不断刺激会引发强烈的反应,但对某些神经元不断刺激反而会抑制它们的反应。神经元具有的这种适应性被称为短期神经可塑性。
以前的仿大脑神经网络需要7个晶体管才能模拟出这种短期神经可塑性。新型晶体管产生以后,模拟短期神经可塑性则只需一个晶体管就行。晶体管越小适应性越好,这很重要,因为能降低人工突触的造价及制造难度,同时也就能大大提高人工突触的数量。
维尧姆的小组研制出的新型晶体管能模拟具有短期神经可塑性的人类神经元,从而产生或强或弱的电流输出,相对传统的晶体管无疑更具可塑性。
推动计算机晶体管技术前进的还有著名材料科学家弗朗西斯•罗斯。IBM的这位研究员正培育一大堆蘑菇形状的硅纳米线,此线有望成为制造新型电子产品的基础材料。纳米线是一种有前途发展的材料。它也是材料科学转型的范例之一,科学家正在努力制造出比目前的晶体管体积更小、速度更快、能力更强的新一代电子开关器件。
晶体管
到底能做多小
晶体管是由电源控制的一种开关装置。这个开关装置处于接通状态时,代表着1;它关闭时,代表着0。这种0和1是计算机最基本的语言。50多年来,在摩尔定律的引领下,晶体管变得越来越小、越来越便宜。
困扰研究人员的问题是现在晶体管小型化已达到物理极限。现代的晶体管以数十亿的数量级别被应用于制造微型处理器和存储器芯片。这些晶体管构建在一个硅片的表面上,采用的制造工艺首先要把材料精密地堆起来,然后精确地蚀刻出各种不同的绝缘材料、导体材料及半导体材料。这种工艺的精确度非常高,已接近具备排列单个原子的能力。
如今,一个高端的英特尔CPU由十几亿个晶体管构成,每个晶体管每秒钟可接通或断开约3000亿次,且排列得非常紧密。现在芯片生产工艺还在不断进步,比如微型处理器芯片采用的晶体管最小尺寸正在由45纳米升级到32纳米。然而,这种技术升级方式很难持续下去。几年来很多计算机科学家警示,日益增加的技术难题要解决。不过,科学家仍在不断努力。
IBM公司首席芯片设计师布拉德•麦克雷迪说:“研究人员和业务主管称晶体管尺寸微缩技术可继续一段时间。英特尔公司也认为,通过把更加先进的照相平版印刷技术与新型材料相结合,改变晶体管的设计,可使晶体管尺寸最小压缩到5纳米。今后10年可有效推进芯片产业发展。”
英特尔公司副总裁、电子原件研究负责人迈克尔•梅伯里说:“硅材料晶体管的使用期很可能比我们预想的更长”。
