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美華裔科學(xué)家發(fā)現(xiàn)具有壓電效應(yīng)的納米帶
華聲報(bào)訊：據(jù)科學(xué)時(shí)報(bào)消息，美國(guó)亞特蘭大佐治亞理工學(xué)院華裔教授王中林和孔向陽(yáng)博士在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)刊物《納米通訊》（Na no Letters）近日的電子版上報(bào)告說，他們?cè)谑澜缟鲜状蔚玫骄哂袎弘娦?yīng)的半導(dǎo)體納米帶結(jié)構(gòu)。這種新型納米帶可以應(yīng)用于微、納米機(jī)電系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)納米尺度上機(jī)電耦合的關(guān)鍵材料。該研究論文即將以封面文章形式在《納米通訊》發(fā)表。
所謂納米帶，不同于一些流行的“納米線”及“納米棒”等術(shù)語(yǔ)。其顯著特點(diǎn)是具有特定完整的習(xí)性晶面，其任意垂直截面是矩形。由于晶體在結(jié)構(gòu)上的各向異性，不同的晶體表面具有不同的表面能，其物理屬性也有很大的差異。因此，控制晶體某些特定晶面的生長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)晶體的功能設(shè)計(jì)。
王中林等率先在納米尺度上提出了晶體表面可控生長(zhǎng)理論，利用這一理論可以控制不同晶面的生長(zhǎng)速度，從而得到特定晶體表面以及預(yù)期功能的完整納米單晶體。發(fā)現(xiàn)了納米帶在納米尺度上的自發(fā)極化現(xiàn)象，通過控制納米帶的生長(zhǎng)習(xí)性，發(fā)明了具有壓電效應(yīng)的納米帶。
他們對(duì)氧化鋅實(shí)現(xiàn)了特定晶面的可控生長(zhǎng)，得到了一系列不同晶體表面的納米帶。這一發(fā)明的關(guān)鍵在于，掌握氧化鋅晶體的表面能與生長(zhǎng)速度的關(guān)系，在工藝上突破了傳統(tǒng)晶體生長(zhǎng)理論(即高表面能晶面優(yōu)先生長(zhǎng))，實(shí)現(xiàn)了低表面能的晶面可以優(yōu)先快速生長(zhǎng)，并通過控制高表面能晶面的生長(zhǎng)速度，從而形成具有高表面能晶面的納米帶。這一研究成果無論是對(duì)宏觀尺度還是納米尺度的晶體生長(zhǎng)及其功能設(shè)計(jì)都有著非常重要的意義。
通過進(jìn)一步探索，王中林等發(fā)明了具有表面極性的氧化鋅納米帶。這種納米帶上下一對(duì)寬的表面具有正負(fù)相反的極性，并沿厚度方向能產(chǎn)生自發(fā)極化，這是一種具有壓電效應(yīng)的納米帶。特別地，當(dāng)這種納米帶的厚度小于某一臨界值，由于正負(fù)表面極性引起的能量差異，納米帶表現(xiàn)出均勻的螺旋結(jié)構(gòu)見附圖，納米帶的表面法向指向螺旋的圓心。這是世界上首次發(fā)現(xiàn)由單晶體納米帶環(huán)繞而成并具有右手性螺旋結(jié)構(gòu)的新型納米材料，與ＤＮＡ、氨基酸等生物分子螺旋的結(jié)構(gòu)相類似。
王中林指出，這種具有壓電效應(yīng)的納米帶是一種非常理想的機(jī)電耦合材料，在微/納米機(jī)電系統(tǒng)中有重要的應(yīng)用價(jià)值。利用這種納米帶的壓電效應(yīng)，可以設(shè)計(jì)研制各種納米傳感器，執(zhí)行器，以及共振耦合器，甚至納米壓電馬達(dá)。目前，他們已將這一成果申請(qǐng)了美國(guó)專利。
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