前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇材料研究分析范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

材料研究分析范文第1篇

自70年代納米顆粒材料問世以來，80年代中期在實(shí)驗(yàn)室合成了納米塊體材料，至今已有20多年的歷史，但真正成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理研究的前沿?zé)狳c(diǎn)是在80年代中期以后。從研究的內(nèi)涵和特點(diǎn)大致可劃分為三個階段。

第一階段（1990年以前）主要是在實(shí)驗(yàn)室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體（包括薄膜），研究評估表征的方法，探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。對納米顆粒和納米塊體材料結(jié)構(gòu)的研究在80年代末期一度形成熱潮。研究的對象一般局限在單一材料和單相材料，國際上通常把這類納米材料稱納米晶或納米相材料。

第二階段（1994年前）人們關(guān)注的熱點(diǎn)是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料，通常采用納米微粒與納米微粒復(fù)合，納米微粒與常規(guī)塊體復(fù)合及發(fā)展復(fù)合材料的合成及物性的探索一度成為納米材料研究的主導(dǎo)方向。

第三階段（從1994年到現(xiàn)在）納米組裝體系、人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)的材料體系越來越受到人們的關(guān)注，正在成為納米材料研究的新的熱點(diǎn)。國際上，把這類材料稱為納米組裝材料體系或者稱為納米尺度的圖案材料。它的基本內(nèi)涵是以納米顆粒以及它們組成的納米絲和管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結(jié)構(gòu)的體系，基保包括納米陣列體系、介孔組裝體系、薄膜嵌鑲體系。納米顆粒、絲、管可以是有序或無序地排列。

如果說第一階段和第二階段的研究在某種程度上帶有一定的隨機(jī)性，那么這一階段研究的特點(diǎn)更強(qiáng)調(diào)人們的意愿設(shè)計(jì)、組裝、創(chuàng)造新的體系，更有目的地使該體系具有人們所希望的特性。著名諾貝爾獎金獲得者，美國物理學(xué)家費(fèi)曼曾預(yù)言“如果有一天人們能按照自己的意愿排列原子和分子…，那將創(chuàng)造什么樣的奇跡”。就像目前用STM操縱原子一樣，人工地把納米微粒整齊排列就是實(shí)現(xiàn)費(fèi)曼預(yù)言，創(chuàng)造新奇跡的起點(diǎn)。美國加利福尼亞大學(xué)洛倫茲伯克力國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家在《自然》雜志上，指出納米尺度的圖案材料是現(xiàn)代材料化學(xué)和物理學(xué)的重要前沿課題?？梢?，納米結(jié)構(gòu)的組裝體系很可能成為納米材料研究的前沿主導(dǎo)方向。

二、納米材料研究的特點(diǎn)

1、納米材料研究的內(nèi)涵不斷擴(kuò)大

第一階段主要集中在納米顆粒（納米晶、納米相、納米非晶等）以及由它們組成的薄膜與塊體，到第三階段納米材料研究對象又涉及到納米絲、納米管、微孔和介孔材料（包括凝膠和氣凝膠），例如氣凝膠孔隙率高于90％，孔徑大小為納米級，這就導(dǎo)致孔隙間的材料實(shí)際上是納米尺度的微?；蚪z，這種納米結(jié)構(gòu)為嵌鑲、組裝納米微粒提供一個三維空間。納米管的出現(xiàn)，豐富了納米材料研究的內(nèi)涵，為合成組裝納米材料提供了新的機(jī)遇。

2．納米材料的概念不斷拓寬

1994年以前，納米結(jié)構(gòu)材料僅僅包括納米微粒及其形成的納米塊體、納米薄膜，現(xiàn)在納米結(jié)構(gòu)的材料的含意還包括納米組裝體系，該體系除了包含納米微粒實(shí)體的組元，還包括支撐它們的具有納米尺度的空間的基體，因此，納米結(jié)構(gòu)材料內(nèi)涵變得豐富多彩。

3．納米材料的應(yīng)用成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)

經(jīng)過第一階段和第二階段研究，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)納米材料所具備的不同于常規(guī)材料的新特性，對傳統(tǒng)工業(yè)和常規(guī)產(chǎn)品會產(chǎn)生重要的影響。日本、美國和西歐都相繼把實(shí)驗(yàn)室的成果轉(zhuǎn)化為規(guī)模生產(chǎn)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國際上已有20多個納米材料公司經(jīng)營粉體生產(chǎn)線，其中陶瓷納米粉體對常規(guī)陶瓷和高技術(shù)陶瓷的改性、納米功能涂層的制備技術(shù)和涂層工藝、納米添加功能油漆涂料的研究、納米添加塑料改性以及納米材料在環(huán)保、能源、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用，磨料、釉料以及紙張和纖維填料的納米化研究也相繼展開。納米材料及其相關(guān)的產(chǎn)品從1994年開始已陸續(xù)進(jìn)入市場，所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益以20％速度增長。

三、納米材料的發(fā)展趨勢

1．加強(qiáng)控制工程的研究

在納米材料制備科學(xué)和技術(shù)研究方面一個重要的趨勢是加強(qiáng)控制工程的研究，這包括顆粒尺寸、形狀、表面、微結(jié)構(gòu)的控制。由于納米顆粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)都同時(shí)在起作用，它們對材料某一種性能的貢獻(xiàn)大小、強(qiáng)弱往往很難區(qū)分，是有利的作用，還是不利的作用更難以判斷，這不但給某一現(xiàn)象的解釋帶來困難，同時(shí)也給設(shè)計(jì)新型納米結(jié)構(gòu)帶來很大的困難。如何控制這些效應(yīng)對納米材料性能的影響，如何控制一種效應(yīng)的影響而引出另一種效應(yīng)的影響，這都是控制工程研究亟待解決的問題。國際上近一兩年來，納米材料控制工程的研究主要有以下幾個方面：一是納米顆粒的表面改性，通過納米微粒的表面做異性物質(zhì)和表面的修飾可以改變表面帶電狀態(tài)、表面結(jié)構(gòu)和粗糙度；二是通過納米微粒在多孔基體中的分布狀態(tài)（連續(xù)分布還是孤立分布）來控制量子尺寸效應(yīng)和滲流效應(yīng)；三是通過設(shè)計(jì)納米絲、管等的陣列體系（包括有序陣列和無序陣列）來獲得所需要的特性。

2．近年來引人注目的幾具新動向

（1）納米組裝體系藍(lán)綠光的研究出現(xiàn)新的苗頭。日本Nippon鋼鐵公司閃電化學(xué)陽極腐蝕方法獲得6H多孔碳化硅，發(fā)現(xiàn)了藍(lán)綠光發(fā)光強(qiáng)度比6H碳化硅晶體高100倍：多孔硅在制備過程中經(jīng)紫外輻照或氧化也發(fā)藍(lán)綠光；含有Dy和Al的SiO2氣凝膠在390nm波長光激發(fā)下發(fā)射極強(qiáng)的藍(lán)綠光，比多孔Si的最強(qiáng)紅光還高出1倍多，250nm波長光激發(fā)出極強(qiáng)的藍(lán)光。

（2）巨電導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)。美國霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家在SiO2一Au的顆粒膜上觀察到極強(qiáng)的高電導(dǎo)現(xiàn)象，當(dāng)金顆粒的體積百分比達(dá)到某臨界值時(shí)，電導(dǎo)增加了14個數(shù)量級；納米氧化鎂銦薄膜經(jīng)氫離子注入后，電導(dǎo)增加8個數(shù)量級；

材料研究分析范文第2篇

關(guān)鍵詞半導(dǎo)體材料量子線量子點(diǎn)材料光子晶體

1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時(shí)代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計(jì)思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強(qiáng)大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術(shù)正處在由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm，0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評估。18英寸重達(dá)414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實(shí)驗(yàn)室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進(jìn)一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發(fā)中。

理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運(yùn)算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計(jì)算和DNA生物計(jì)算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點(diǎn)材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導(dǎo)體材料研發(fā)的重點(diǎn)。

2.2GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點(diǎn)；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨(dú)特的優(yōu)勢。

目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發(fā)展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價(jià)格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是：

（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計(jì)本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。

（2）。提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)均勻性。

（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。

（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長技術(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。

2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進(jìn)生長技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計(jì)思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)材料。

（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。

GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應(yīng)變補(bǔ)償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達(dá)fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達(dá)500GHz，HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達(dá)到或接近達(dá)到實(shí)用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵，在實(shí)驗(yàn)室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實(shí)驗(yàn)。另外，用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極薄（～0.01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報(bào)道了單個激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質(zhì)量的新型激光器，在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。

為克服PN結(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實(shí)驗(yàn)室等的科學(xué)家，在過去的7年多的時(shí)間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進(jìn)展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達(dá)312K，連續(xù)輸出功率3mW.量子級聯(lián)激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠(yuǎn)紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調(diào)制器和無線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補(bǔ)償量子級聯(lián)激光器，使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個國家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達(dá)3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進(jìn)襯底材料設(shè)備和材料評價(jià)技術(shù)的發(fā)展。

（2）硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標(biāo)。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進(jìn)展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結(jié)構(gòu)，Ge／Si量子點(diǎn)和量子點(diǎn)超晶格材料，Si／SiC量子點(diǎn)材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報(bào)道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應(yīng)變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應(yīng)用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達(dá)200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實(shí)現(xiàn)光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯而導(dǎo)致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進(jìn)展。

2.4一維量子線、零維量子點(diǎn)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料

基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)和庫侖阻效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等的低維半導(dǎo)體材料是一種人工構(gòu)造（通過能帶工程實(shí)施）的新型半導(dǎo)體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎(chǔ)。它的發(fā)展與應(yīng)用，極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。

目前低維半導(dǎo)體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進(jìn)展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點(diǎn)激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達(dá)3.6～4W.特別應(yīng)當(dāng)指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點(diǎn)激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產(chǎn)生，提高了量子點(diǎn)激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時(shí)工作壽命超過5000小時(shí)，這是大功率激光器的一個關(guān)鍵參數(shù)，至今未見國外報(bào)道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進(jìn)展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報(bào)道了可在室溫工作的單電子開關(guān)器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機(jī)的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點(diǎn)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，單光子源和應(yīng)用于量子計(jì)算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進(jìn)行中。

與半導(dǎo)體超晶格和量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的生長制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準(zhǔn)（垂直或斜對準(zhǔn)）的物理起因和生長控制進(jìn)行了研究，取得了較大進(jìn)展。

王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程系和化學(xué)與生物化學(xué)系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導(dǎo)體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現(xiàn)出高純、結(jié)構(gòu)均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達(dá)數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運(yùn)現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學(xué)李述湯教授和瑞典隆德大學(xué)固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長制各方面也取得了重要進(jìn)展。

低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長和精細(xì)加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點(diǎn)材料生長技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學(xué)方法制備量子點(diǎn)和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(jié)構(gòu)。

2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料

寬帶隙半導(dǎo)體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點(diǎn)，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍(lán)、綠光發(fā)光二極管（LED）和紫、藍(lán)、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍(lán)綠光發(fā)光材料的研究熱點(diǎn)。目前，GaN基藍(lán)綠光發(fā)光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達(dá)140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因?yàn)樗鼈冊陂L波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進(jìn)展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)?。其他SiC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長足的進(jìn)步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價(jià)格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時(shí)，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點(diǎn)缺陷密度和進(jìn)一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。

寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍(lán)寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù)面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍(lán)光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實(shí)驗(yàn)室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機(jī)理等仍是制約這些材料實(shí)用化的關(guān)鍵問題，國內(nèi)外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質(zhì)量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進(jìn)展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進(jìn)展。

4量子比特構(gòu)建與材料

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越?。╪m尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計(jì)算機(jī)是應(yīng)用量子力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有更快的運(yùn)算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計(jì)算機(jī)理想極限。實(shí)現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計(jì)算機(jī)的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進(jìn)行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實(shí)現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計(jì)算機(jī)要工作在mK的低溫下。

這種量子計(jì)算機(jī)的最終實(shí)現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(zhì)）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲過程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計(jì)算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計(jì)算機(jī)走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。

5發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的幾點(diǎn)建議

鑒于我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術(shù)的主導(dǎo)地位

至少到本世紀(jì)中葉都不會改變，至今國內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進(jìn)口。目前國內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。建議國家集中人力和財(cái)力，首先開展8英寸硅單晶實(shí)用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時(shí)布點(diǎn)研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)試劑等也必需同時(shí)給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國家之林。

5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶材料發(fā)展建議

GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭取企業(yè)介入，建立我國自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進(jìn)水平是可能的。要達(dá)到上述目的，到“十五”末應(yīng)形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿足我國不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的建議

（1）超晶格、量子阱材料從目前我國國力和我們已有的基礎(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍(lán)光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強(qiáng)MBE和MOCVD兩個基地的建設(shè)，引進(jìn)必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍(lán)綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實(shí)用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭取在“十五”末，能滿足國內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達(dá)到本世紀(jì)初的國際水平。

寬帶隙高溫半導(dǎo)體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應(yīng)擇優(yōu)布點(diǎn)，分別做好研究與開發(fā)工作。

（2）一維和零維半導(dǎo)體材料的發(fā)展設(shè)想。基于低維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預(yù)研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術(shù)新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結(jié)構(gòu)材料生長和納米加工技術(shù)的進(jìn)步，而納米結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量又很大程度上取決于生長和制備技術(shù)的水平。因而，集中人力、物力建設(shè)我國自己的納米科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標(biāo)是，“十五”末，在半導(dǎo)體量子線、量子點(diǎn)材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個重要研究方向接近當(dāng)時(shí)的國際先進(jìn)水平；2010年在有實(shí)用化前景的量子點(diǎn)激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達(dá)到國際先進(jìn)水平，并在國際該領(lǐng)域占有一席之地。可以預(yù)料，它的實(shí)施必將極大地增強(qiáng)我國的經(jīng)濟(jì)和國防實(shí)力。

材料研究分析范文第3篇

【關(guān)鍵詞】初中思品；材料分析題

材料分析題是開放性試題中最常見的題型，所謂材料分析題是一種對已給出材料（時(shí)政熱點(diǎn)）進(jìn)行分析、理解，再運(yùn)用所學(xué)知識（理論觀點(diǎn)、原理）對材料相關(guān)問題進(jìn)行分析說明的題型。它主要考查學(xué)生在理解和掌握基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上運(yùn)用知識分析問題、解決問題的能力及考查學(xué)生的思想水平、綜合運(yùn)用能力和綜合表達(dá)能力。簡單說，材料分析題是考查學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力的題型，具有能對學(xué)生進(jìn)行綜合能力測試的優(yōu)點(diǎn)，它既能考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和掌握，又能考查其理論聯(lián)系實(shí)際、關(guān)注熱點(diǎn)、分析問題、解決問題的能力。它出題形式是：一般給出一段或幾段相關(guān)材料，多角度設(shè)問。

要準(zhǔn)確解答材料題，就必須學(xué)會對材料的研讀和對設(shè)問的把握，否則就談不上對問題的回答了。為了能使學(xué)生更好地研讀材料、把握設(shè)問，更準(zhǔn)確地解答此類題目，對此類題目進(jìn)行了一些粗淺的研究，結(jié)合農(nóng)村思品課堂教學(xué)現(xiàn)狀和在教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了一些分析材料和研讀設(shè)問的方法。

一、題型特點(diǎn)

材料分析題是中考試題中能力要求最高，最能體現(xiàn)綜合性的試題。所謂材料分析題是一種對已給出材料（時(shí)政熱點(diǎn)）進(jìn)行分析、理解，再運(yùn)用所學(xué)知識對材料相關(guān)問題進(jìn)行分析說明的題型。它主要考查學(xué)生在理解和掌握基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上運(yùn)用知識分析問題、解決問題的能力及考查學(xué)生的思想水平、綜合運(yùn)用能力和綜合表達(dá)能力。簡單說，材料分析題是考查學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力的題型，具有能對學(xué)生進(jìn)行綜合能力測試的優(yōu)點(diǎn)，它既能考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和掌握，又能考查其理論聯(lián)系實(shí)際、關(guān)注熱點(diǎn)、分析問題、解決問題的能力。這類題的基本特點(diǎn)是：材料多樣、設(shè)問靈活、知識綜合、答案開放。

二、解題方法

1.閱讀材料，找關(guān)鍵詞p句

材料分析題一般給出一段或幾段相關(guān)材料，甚至有的材料還很長，這就需要我們仔細(xì)閱讀試題材料，抓住材料中的關(guān)鍵詞，找到材料的關(guān)鍵信息，進(jìn)而從關(guān)鍵詞中找出與教材所對應(yīng)的觀點(diǎn)，答題的時(shí)候才不會跑題，而是準(zhǔn)確地回答問題。如這樣一道題目：一位家長來信：我是一位初三學(xué)生的母親，現(xiàn)在遇到一個難題，我兒子就想當(dāng)作家，上課應(yīng)付了事，成天就是“創(chuàng)作”。我對他說：“就算作家，也要先打好基礎(chǔ)，再說中國有幾個韓寒？”可他卻回答說：“你怎么知道我成不了下一個韓寒？我要抓緊時(shí)間寫作，盡快成為一名作家。”這兩次?？?，他考得一塌糊涂。關(guān)鍵問題是他寫的小說也很幼稚。結(jié)合材料，請你對這位初三學(xué)生想當(dāng)家的行為進(jìn)行評析。本題的關(guān)鍵詞有“當(dāng)作家”，與此對應(yīng)的所學(xué)觀點(diǎn)則是理想；“小說寫的很幼稚”――理想的確立要結(jié)合自身的實(shí)際情況；“盡快成為一名作家”――急于求成；“先打好基礎(chǔ)”――理想實(shí)現(xiàn)需要腳踏實(shí)地。解答此題關(guān)鍵要看到提問中是對“當(dāng)作家”的行為進(jìn)行評析，關(guān)注“當(dāng)作家”這個關(guān)鍵詞找到對應(yīng)觀點(diǎn)是理想，結(jié)合后面找出來的幾個關(guān)鍵詞，才能聯(lián)系到教材所學(xué)知識點(diǎn)：理想的作用p確立以及實(shí)現(xiàn)等，從而順利解答此題。

2.仔細(xì)審設(shè)問，比較異同

準(zhǔn)確理解題目設(shè)問，也是我們分析回答問題的前提。在現(xiàn)如今的開卷考試中有很多題目的設(shè)問之間有很多相同之處，一看之下回答貌似一樣，學(xué)生極易把答案照搬照抄。但其實(shí)仔細(xì)再審的話會發(fā)現(xiàn)他們是有不同之處的。如這樣兩個設(shè)問：問題一：請你列舉兩條黨和政府為解決我國主要矛盾而采取的措施。問題二：請你列舉兩條黨和政府為解決我國主要矛盾而采取的具體措施。對于現(xiàn)在開卷的學(xué)生來講，他們就很容易把這兩個問題的看成是一樣的，答案就會抄成一樣的。然而，事實(shí)上這兩個問題確實(shí)不一樣的?；卮疬@兩個問題都要先明白我國的主要矛盾是什么，才能找出措施。而這兩個問題問的都是措施，可以說是我們政治中的“怎么做”的問題。正因?yàn)檫@樣，很多學(xué)生才容易把兩個問題混為一樣的。第一個設(shè)問中只要回我們的做法即可，既可以是宏觀的，還可以是具體的，但是具體的措施可能有很多，你無法列舉出所有，所以它更注重宏觀措施如：“以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心”、“加強(qiáng)社會主義先進(jìn)文化建設(shè)”等，就比“農(nóng)村合作醫(yī)療”、“兩免一補(bǔ)”等更為恰當(dāng)準(zhǔn)切，盡管后者答案也是可以給分的。而第二個問題中的“具體”兩個字，則告訴我們回答這個問題是切記泛泛而談的。如回答“堅(jiān)持以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心”，回答第一個問題是可以的，但回答第二個問題則不行了，而只能是“農(nóng)村合作醫(yī)療”、“兩免一補(bǔ)”，前者答案在這里則不能給分了。

三、結(jié)語

總之，要做好材料分析題，不僅要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識即要掌握最基本的觀點(diǎn)和知識，而且解題有法，準(zhǔn)確完整地組織答案，應(yīng)扣緊材料分析，進(jìn)行“開放性”思維，多角度組織答案。只有在多練多思中積累，在探索中形成切合實(shí)際的解題技巧，才能在中考中取得好成績。

參考文獻(xiàn)：

[1]思想品德課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）.

材料研究分析范文第4篇

關(guān)鍵詞：液壓；萬能材料；試驗(yàn)機(jī)測控系統(tǒng)

中圖分類號：TH879 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 12-0000-01

一、引言

傳統(tǒng)的試驗(yàn)機(jī)只能依靠試驗(yàn)人員來進(jìn)行觀察，再基于自身的經(jīng)驗(yàn)來手工進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，依靠指針表盤所顯示的數(shù)據(jù)來進(jìn)行材料性能數(shù)據(jù)方面的計(jì)算，其操作相對較為復(fù)雜，且適應(yīng)不了當(dāng)前試驗(yàn)機(jī)的實(shí)際需求，并也逐漸被社會所淘汰。針對這些問題，文章將在Delphi語言軟件的基礎(chǔ)上，結(jié)合單片機(jī)自身所具備的自動控制技術(shù)，把這一單片機(jī)應(yīng)用在萬能材料試驗(yàn)機(jī)的控制系統(tǒng)中，分析通用材料等各種試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，并在此基礎(chǔ)上提出了一種模塊化的上位機(jī)軟件、下位機(jī)軟件以及上下位硬件設(shè)計(jì)方式，并在此基礎(chǔ)上對這種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了評價(jià)，此外還實(shí)施了不同的試驗(yàn)。

二、測控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

在本文中，這一測控系統(tǒng)硬件的核心為AVR單片機(jī)，以硬件模塊化設(shè)計(jì)作為其思想來進(jìn)行測控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，該硬件包括了六個子模塊，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

（一）單片機(jī)的最小系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中主要采用的是AVR系列的Atmega16L單片機(jī)，其中最小系統(tǒng)是由復(fù)位電路、單片機(jī)、晶振以及電源所組成，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件中，復(fù)位電路作為一種比較常見的電路，其自身設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低將直接影響系統(tǒng)整個工作的可靠性以及穩(wěn)定性。針對這一特性，為了使系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性得到保障，本文所闡述的這一系統(tǒng)，其復(fù)位電路是在單片機(jī)的低電平基礎(chǔ)上，通過10kΩ電阻來實(shí)現(xiàn)復(fù)位電路等，這種方式比較簡單，而且其可靠性也較強(qiáng)。此外，晶振電路主要采用的是陶瓷晶體和雙30pF電容，其頻率為8MHz。

（二）高精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊。這一模塊依靠壓力以及變形等各種模擬型號的采集，通過濾波放大以后，將A/D轉(zhuǎn)換器輸入到該模塊，同時(shí)將其轉(zhuǎn)換成為數(shù)據(jù)信號，將其傳遞至單片機(jī)，其中A/D轉(zhuǎn)換器采用的是型號為AD7710的轉(zhuǎn)換器，而放大器則采用的是OP07這一型號。

（三）拉線編碼器的解碼模塊。拉線編碼器主要是測試工作臺的位移，其包含兩個內(nèi)容：即即位編碼與方向解碼，編碼器所產(chǎn)生的信號再經(jīng)過光電耦合器隔離以后，就會進(jìn)入到單片機(jī)、方向編碼中，待信號被輸入至單片機(jī)后，單片機(jī)就會對其進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)數(shù)，并實(shí)施位移的計(jì)算。在本文所闡述的這一系統(tǒng)中，其電源模塊主要是對所有IC予以供電。

（四）串口通訊模塊和開關(guān)量輸出模塊。在該系統(tǒng)中，串口通訊這一模塊可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)、下位機(jī)間數(shù)據(jù)的通訊，當(dāng)下位機(jī)將信號采集后，就會將其傳送至上位機(jī)，接著由上位機(jī)來相關(guān)的命令，同時(shí)指示下位機(jī)下一步動作。而在系統(tǒng)中，其開關(guān)量這一模塊的功能主要表現(xiàn)如下：第一，控制電機(jī)的輸出方向以及其脈沖輸出；第二，利用上述這一輸出控制來過載保護(hù)系統(tǒng)。

三、軟件的設(shè)計(jì)

（一）上位機(jī)的設(shè)計(jì)。針對萬能機(jī)試驗(yàn)機(jī)自身測控軟件操作的復(fù)雜性以及對試驗(yàn)人員的水平要求高等特點(diǎn)，本文所研究的這一軟件主要分為三個部分。即試驗(yàn)?zāi)K、主程序以及設(shè)備配置模塊，其中試驗(yàn)?zāi)K和設(shè)備配置模塊都是以DLL形式來進(jìn)行封裝的，有利于新試驗(yàn)方式的擴(kuò)展。其中動態(tài)鏈接庫為一種資源庫或者函數(shù)，可編寫和語言沒有關(guān)系的各種方程，可被其他的DLL文件或者應(yīng)用程序所調(diào)用，基于該特性可得知，主程序能實(shí)現(xiàn)不同試驗(yàn)?zāi)K之間的切換，在試驗(yàn)人員在切換某預(yù)置試驗(yàn)?zāi)K時(shí)，和該試驗(yàn)?zāi)K有關(guān)的結(jié)果分析方式、控制過程以及數(shù)據(jù)記錄等均會被完全的定制，使試驗(yàn)人員可從以往繁瑣且專業(yè)的參數(shù)設(shè)置中釋放出來。

（二）下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。這一軟件為壓力控制程序、通訊程序和數(shù)據(jù)采集程序等所構(gòu)成，利用數(shù)據(jù)采集這一軟件可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與轉(zhuǎn)換器間通訊；而通訊程序則不僅可實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)數(shù)據(jù)的交互，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)命令的解析；此外壓力控制這一程序可對試驗(yàn)機(jī)實(shí)施加載控制，在這一程序中，如果采用的控制策略較為單一，就會導(dǎo)致其控制效果比較低下，如果采取的是單一且模糊控制策略，盡管能夠有效改善其動態(tài)特性，但由于在其內(nèi)部存在大量模糊的控制規(guī)則，很容易使其控制的準(zhǔn)確性以及可靠性受到影響。

四、試驗(yàn)研究

（一）多目標(biāo)持荷試驗(yàn)。實(shí)施該試驗(yàn)的目的就是為了測試這種算法在均勻加載以及目標(biāo)持荷的時(shí)候所產(chǎn)生的效果，以此來驗(yàn)證這種測試控制系統(tǒng)基本性能，通過這一試驗(yàn)得知，這種算法滿足一級精度的要求。

（二）水泥膠沙抗壓試驗(yàn)?；谏鲜鲞@一試驗(yàn)，再來實(shí)施水泥膠沙抗壓試驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中，其加速度可精確控制在試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的范圍內(nèi)，即2.4kN/s，而這也說明來該算法以及其控制器在控制精確力上的效果。

（三）金屬材料的拉伸試驗(yàn)?；谏鲜龅倪@兩種試驗(yàn)，在本文還對具備明顯的屈服材料實(shí)施了拉伸材料，在試驗(yàn)過程中，主要采取的是位移、力以及變形的三閉環(huán)控制，從其試驗(yàn)結(jié)果來看，所獲的材料力學(xué)性能和該材料理論力學(xué)性能基本處于吻合狀態(tài)，而這也在一定程度上說明了在三閉環(huán)的金屬拉伸試驗(yàn)過程中，這種自適應(yīng)PID算法具有較強(qiáng)的適用性。

五、結(jié)束語

綜上所述，本文所闡述的這一材料試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)不管是在硬件上，還是在軟件上均實(shí)現(xiàn)了操作、擴(kuò)展以及設(shè)計(jì)的方便性，不僅使工作人員在試驗(yàn)過程中的工作強(qiáng)度得到了減輕，同時(shí)在一定程度上還使這些集成材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)變得更為簡單，且數(shù)據(jù)精度和系統(tǒng)的控制精度也較高。

參考文獻(xiàn)：

[1]巫志文.基于通用硬件平臺的液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)改造[J].機(jī)床與液壓，2012，40（22）：61-64，70.

材料研究分析范文第5篇

論文摘要： 納米技術(shù)作為一種新興的科學(xué)技術(shù),隨著技術(shù)的發(fā)展,納米技術(shù)已經(jīng)被日趨應(yīng)用于生活領(lǐng)域的各個方面。本文回顧了納米技術(shù)和納米材料的發(fā)展過程并對納米材料在食品安全的應(yīng)用進(jìn)行了介紹和論述。 

 

納米技術(shù)是20世紀(jì)末興起并迅速發(fā)展的一項(xiàng)高科技技術(shù),隨著研究的深入和科學(xué)的發(fā)展,納米技術(shù)已經(jīng)日趨成熟并廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域,近年來納米技術(shù)在醫(yī)藥上的許多研究成果正逐步地應(yīng)用于食品行業(yè),在此技術(shù)上開發(fā)、生產(chǎn)了許多新型的食品以及具有更好的功效和特殊功能的保健食品,納米材料在食品安全上也發(fā)揮著越來越重要的作用。 

納米是一種幾何尺寸的度量單位,l納米為百萬分之一毫米,即十億分之一米的長度。以納米為基礎(chǔ)的納米技術(shù)在20世紀(jì)90年代初起得到迅速發(fā)展并先后興起了一系列的像納米材料學(xué)、納米電子學(xué)、納米化學(xué)、納米生物學(xué)、納米生物技術(shù)和納米藥物學(xué),納米技術(shù)就是一種多學(xué)科的交叉技術(shù),最終實(shí)現(xiàn)利用納米機(jī)構(gòu)所具有的功能制造出有特殊功能的產(chǎn)品和材料。因此,利用納米技術(shù)制造出來的材料就具有微觀性和一些普通材料所不具有的功能。 

 隨著納米技術(shù)的發(fā)展,納米食品生產(chǎn)也取得了很大的成就。目前,納米食品產(chǎn)品超過300種,一些帶有納米級別添加劑的食品和維生素已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)預(yù)測納米食品市場在2010年將達(dá)到204億美元,因此納米技術(shù)在食品上的研究有著很大的發(fā)展?jié)摿Α＜{米技術(shù)在食品上的研究和應(yīng)用主要包括納米食品加工、納米包裝材料和納米檢測技術(shù)等方面。 

所謂納米食品是指在生產(chǎn)、加工或包裝過程中采用了納米技術(shù)手段或工具的食品。納米食品不僅僅是指利用了納米技術(shù)的食品,更大程度上指里喲個納米技術(shù)對食品進(jìn)行了改造從而改變食品性能的食品。尤其是利用納米技術(shù)改造過結(jié)構(gòu)的食品在營養(yǎng)方面會有一個很大的提高,在這方面應(yīng)用最廣泛主要有鈣、硒等礦物質(zhì)制劑、維生素制劑、添加營養(yǎng)素的鈣奶與豆奶、納米茶等。 

然而納米食品也存在一些問題,首先由于對于納米食品的加工主要是球磨法這就使得在納米食品生產(chǎn)的過程中容易產(chǎn)生粉料污染,同時(shí)現(xiàn)有的納米技術(shù)也會產(chǎn)生成材料的功能性無法預(yù)測,納米結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不高等問題。納米食品還存在另外問題那就關(guān)于納米食品的安全檢測并沒有個一個同一的標(biāo)準(zhǔn)。目前,國際上尚未形成統(tǒng)一的針對納米食品的生物安全性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),大多數(shù)是短期評價(jià)方法,短期的模型很難對納米食品的生物效應(yīng)有徹底的認(rèn)識。而部分納米食品存存在一些有害成分,并且經(jīng)過納米化后,這些物質(zhì)更加很容易進(jìn)入細(xì)胞甚至細(xì)胞核內(nèi),因此副作用也就越大,而這些由于安全檢測的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一可能在檢測的時(shí)候檢測不出來,因此納米食品的安全標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步統(tǒng)一。雖然納米食品存在一系列的問題但是納米技術(shù)在食品包裝和保險(xiǎn)技術(shù)中卻得到了很好的應(yīng)用。 

首先,在已有的包裝材料中加入一定的納米微?？梢栽黾影b材料的抗菌性從而產(chǎn)生殺菌功能。目前一些冰箱的生產(chǎn)技術(shù)中已經(jīng)應(yīng)用了這種技術(shù)生產(chǎn)出了一些抗菌性的冰箱。 

其次,由于納米材料的特殊性質(zhì),加入一定的納米微粒還可以改變現(xiàn)有的包裝材料的性能,從而進(jìn)一步保證食品的安全。目前,部分學(xué)者已經(jīng)成功的將納米技術(shù)應(yīng)用玉改進(jìn)玻璃和陶瓷容器的性能,增加了其韌性。同時(shí),由于納米微粒對紫外線有吸收能力,因此在塑料包裝材料中加入一些納米微粒還可以防止塑料包裝的老化,增加使用壽命。從而為食品生產(chǎn)提供了性能更加優(yōu)越的包裝容器。 

第三,由于納米材料的力磁電熱的性質(zhì),使得納米材料有著優(yōu)越的敏感性。一些學(xué)者已經(jīng)在研究將納米材料的敏感性應(yīng)用到防偽包裝上面并取得了一定的成就。新的防偽包裝的產(chǎn)生,無疑能夠進(jìn)一步加強(qiáng)普通食品和納米食品的安全。 

第四,經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)納米技術(shù)和納米材料的一些性能能夠很好的解決食品的保鮮問題。 

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的食品保鮮包轉(zhuǎn),在起到保鮮功能的同時(shí)還能夠產(chǎn)生乙烯,而乙烯又反過來加劇了食品的腐蝕,因此可以說傳統(tǒng)的食品保鮮包轉(zhuǎn)并沒有能夠很好的起到保鮮功能。在納米技術(shù)在研究過程中,發(fā)現(xiàn)納米ag粉具有對乙烯進(jìn)行催化其氧化的作用。所以只要在現(xiàn)有的保鮮包轉(zhuǎn)材料中加入一些納米ag粉,就可以加速傳統(tǒng)保鮮包轉(zhuǎn)材料產(chǎn)生的乙烯的氧化從而抑制乙烯的產(chǎn)生,進(jìn)而產(chǎn)生更好的保鮮效果。 

綜上所述納米技術(shù)雖然還有一些不足和缺陷,但是經(jīng)過多年的研究和發(fā)展納米技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步和發(fā)展,并且已經(jīng)開始應(yīng)用于生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。納米技術(shù)和納米材料以其特殊的性能不緊能夠生產(chǎn)出性質(zhì)更加優(yōu)越的納米食品同時(shí)通過改善包裝材料還可以進(jìn)一步提高食品的安全。 

 

參考文獻(xiàn) 

[1]楊安樹,陳紅兵.納米技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用[j].食品 科技,2007(9). 

[2]張汝冰,劉宏英,李鳳生.納米材料在催化領(lǐng)域的應(yīng)用及 研究進(jìn)展[j].化工新型材料,1999(5). 

[3]何碧煙,歐光南.食品添加劑對番茄紅素穩(wěn)定性的影響 [j].集美大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2000(1). 

[4]郭景坤,馮楚德.納米陶瓷的最近進(jìn)展[j].材料研究學(xué) 報(bào),1995(5). 

[5]黃占杰.無機(jī)抗菌劑的發(fā)展與應(yīng)用[j].材料導(dǎo)報(bào),1999 (2). 

[6]張倩倩.納米粒子增強(qiáng)蛋白質(zhì)直接電子傳遞及其傳感應(yīng)用 [d].南京師范大學(xué),2007 . 

[7]張濤,江波,沐萬孟.納米技術(shù)及其在食品中的應(yīng)用研究 進(jìn)展[j].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué). 

[8]郭衛(wèi)紅,李盾,唐頌超,蘇誠偉,徐種德.納米材料及其 在聚合物改性中的應(yīng)用[j].工程塑料應(yīng)用,1998(4). 

[9]袁飛,徐寶梁,黃文勝,唐英章.納米技術(shù)在世界范圍內(nèi) 食品工業(yè)中的應(yīng)用[j].食品科技.