5.3.6 干法刻蚀和湿法刻蚀加工技术（top-down方式） 154

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纳米材料 156



第6章 碳纳米管和石墨烯

6.1 碳纳米管的结构 158

6.1.1 *小的管状物质 158

6.1.2 单层石墨片、富勒烯、碳纳米环和碳纳米螺旋管 160

6.1.3 从单层石墨片卷成碳纳米管 162

6.1.4 单层和多层碳纳米管 164

6.2 碳纳米管的制作 166

6.2.1 电弧法制作碳纳米管 166

6.2.2 化学气相沉积等制作碳纳米管 168

6.3 碳纳米管的性质 170

6.3.1 碳纳米管优异的特性 170

6.3.2 需要解决的特异性问题——以碳纳米管三极管为例 172

6.4 碳纳米管的应用 174

6.4.1 试探性应用（1）——可能的应用领域 174

6.4.2 试探性应用（2）——场发射显示器（FED） 176

6.4.3 试探性应用（3）——碳纳米管电子枪 178

6.4.4 试探性应用（4）——使用碳纳米管的显示器 180

6.5 石墨烯的结构和制作方法 182

6.5.1 何谓石墨烯 182

6.5.2 石墨烯的制作方法——“自上而下”的方式 184

6.5.3 石墨烯的制作方法——“自下而上”的方式 186

6.6 石墨烯的应用 188

6.6.1 试探性应用（1）——产品的潜在用途 188

6.6.2 试探性应用（2）——柔性显示 190

6.6.3 试探性应用（3）——石墨烯超级电容器和锂电池 192

6.6.4 试探性应用（4）——石墨烯量子点光源 194

6.6.5 试探性应用（5）——石墨烯3D 打印 196

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碳纳米管天梯 198



第7章 纳米材料的应用

7.1 在微电子及IC芯片制作中的应用 202

7.1.1 利用纳米技术改变半导体的特性 202

7.1.2 MOS FET器件进一步微细化 204

7.1.3 纳米技术引入集成电路制程 206

7.1.4 光刻胶的光化学反应 208

7.1.5 藉由STM探针预激活进行自组织化 210

7.1.6 在晶圆表面制作纳米结构 212

7.1.7 单个离子注入法 214

7.2 纳米生物自组装和纳米医疗 216

7.2.1 自然界是纳米技术的宝库 216

7.2.2 纳米技术为生物医学产业插上腾飞的翅膀 218

7.2.3 生物体中发挥重要作用的分子机械 220

7.2.4 在金刚石表面制作生物分子 222

7.2.5 未来有可能利用生物纳米技术制作鸡蛋和雏鸡 224

7.2.6 藉由分子集合改变结构和性质 226

7.2.7 作为药物输送载体的高分子纳米胶态粒子 228

7.2.8 利用高分子纳米胶态粒子实现DDS 230

7.3 在新材料和新能源领域的应用 232

7.3.1 原子和分子尺度的自组装 232

7.3.2 介孔多孔体纳米材料设计 234

7.3.3 纳米间隙的活用 236

7.3.4 对分子进行分离的色谱管 238

7.3.5 燃料电池提供清洁能源 240

7.3.6 储氢合金——利用氢能的关键 242

7.4 纳米技术用于量子计算机 244

7.4.1 电子通道中也有“行车线”——基于电子波动性的新现象 245
7.4.2 纳米技术在量子计算机中的应用 246

7.4.3 功能更强的量子计算机 248

7.4.4 量子通信确保信息安全 250

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以纳米技术为基础的量子计算机 252



参考文献 253



作者简介 254

名师讲科技前沿系列图解粉体和纳米材料/名师讲科技前沿系列 作者简介

田民波，清华大学，材料学院，教授，博士生导师，长期从事材料学的教学预可研工作，在电子材料、封装技术、磁性材料、粉体材料等领域取得了原创性成就。已经和现承担的课题有：(1)国家 科学基金重大项目“高密度封装的应用基础研究”，(2)国际合作项目“零收缩率LTCC研究”，(3)“十五”军工预研项目“新型叠层LCCC-3D MCM封装技术研究”，(4)“863”项目“银掺合型聚合物导体材料的研究和开发”，(5)“985”面上项目“低温共烧陶瓷多层基板及高密度封装研究”，(6)横向课题“环保及高频型复合材料基板及塑封料研究”，(7)横向课题“应用于微电子封装的硅微粉研究”，(8)横向课题“应用于微电子封装的各向异性导电胶、导电膜研究”。获专利3项：(1)中国实用新型专利：电机用永磁转子；(2)中国实用新型专利：永磁无刷直流电动机；(3)中国发明专利：一种制备零收缩率低温共烧陶瓷多层基板的工艺。

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