低維與奈米尺度系統
奈米結構
/ NAN-oh-STRUK-cher /
一奈米是十億分之一米——大約相當於你的指甲在一秒鐘裡長出的那麼一點,或者粗略地說,幾個原子並排起來的寬度。奈米結構,就是任何被有意塑造在這個幾乎無法想像的微小尺度上的材料,其中至少有一個方向的尺寸,只能用區區幾奈米來量度。
更確切地說,奈米結構是材料的某種特徵——一顆顆粒、一層薄膜、一根線、一個孔、一組凸起的圖案——它在至少一個方向上的尺寸,大致落在一到一百奈米之間。在這個尺度上,結構處在一片特殊的中間地帶:大得已不是單個分子,卻又小到足以讓量子效應和表面原子的高佔比開始變得重要。這些特徵可以從一塊更大的料上雕出,可以一個原子一個原子地生長,也可以被誘導著自行組裝。
奈米結構之所以重要,是因為把物質塑造得如此精細,讓我們能解鎖那些使低維物理變得有用的尺寸依賴效應和量子效應,從防曬霜裡的色料,到手機裡的電晶體,無不如此。誠實的提醒是:「奈米」二字被大力營銷過,並非每個標著奈米的產品都含有真正的新物理;真正的科學在於特徵小到足以讓表面與量子效應真正接管,而不僅僅在於它小。
許多防曬霜裡的氧化鋅,被磨成了幾十奈米寬的奈米顆粒。在這種尺寸下,這粉末不再在皮膚上留下厚厚一層白糊,卻依然能同樣好地擋住紫外線——這是在奈米尺度上做文章帶來的一個實在好處。
奈米尺寸的氧化鋅塗在皮膚上幾乎看不見,卻照樣能擋紫外線。
「奈米結構」描述的是一種尺度,而非某一樣具體東西:量子點、量子線、量子井、薄膜和奈米顆粒,全都是奈米結構——這個詞是按尺寸把它們歸到一起,而不是按形狀或成分。
又稱
另見