纳米微晶技术
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纳米微晶技术范文第1篇
关键词 分裂栅薄膜闪存；纳米晶体；嵌入式闪存；尺寸缩小；电可擦除只读存储器
中图分类号TP3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）81-0230-02
0 引言
自从上个世纪80年代闪存技术发明之后，人们已经在flash技术上获益了很多，像独立的高密度的数据存储设备，被广泛应用在了计算机，照相机，U盘。当然除了这些能够看得到的，还有一些应用在嵌入式应用的，像一些分布式智能控制中，智能家电，智能电表，医疗器械，工业控制，汽车行业，便携设备中，嵌入式非易失存储器（ENVM）在很多方面正在或者将要影响和改变着我们的生活。而作为嵌入式MCU应用，每年都有相当的市场和稳定的增长率，预计到2015年全球市场份额将达到$20B。在很多的智能嵌入式应用和便携式应用中，要求我们能够实时存储或者更新数据，或者一些低端应用中，都需要我们能够提供低功耗，能够灵活配置的容量，快速编程以及擦除的性能。 飞思卡尔Kinetis L系列MCU就能为用户提供了比较灵活的应用。
1 基于纳米硅晶体存储介质的分裂栅薄膜flash
1.1 scaling的优势
我们知道，传统的浮栅结构在进入到20nm以下的工艺时，因为本身的结构和特征以及工艺有着不可克服的困难 [1]：1）尺寸缩小使得相邻bitcell的耦合效应增强，进而导致编程的时间加长。2）位于控制栅极和浮栅之间的绝缘体层必须保持在一定厚度。3）因为电子数量的减少而使可靠性恶化。因此，这些传统的浮栅结构的局限以及工艺的发展不断驱动人们寻求新的技术。而Kinetis L系列产品中，采用的正是一种以一个个纳米硅晶体存储电荷的薄膜技术的flash，它是将用于存储电荷的传统浮栅结构用一层纳米硅晶体替代。图1[2]和图2分别是电子显微镜下纳米硅晶体的水平分布图和每个SG-TFS 单元的纵切面图。因为电荷的存储是采用一个个独立的纳米晶体，因此它的尺寸可以做的很小，他使传统的浮栅结构在进一步缩小尺寸上获得了重大突破。而且因为一个个纳米晶体点是被顶层氧化层和沟道氧化层所包裹，它水平方向的电荷移动变的非常的少。另外因为每个硅纳米晶体的独立性，即便在某个地方出现污染的情况下，损失的也仅仅是附近的有限几个纳米晶体的电荷，而不像传统的浮栅，因为它的整体的导电性，即便是局部的污染也将会有大量的电荷泄露，以至于引起器件的失效。这些优势使得以一个个纳米晶体为存储电荷介质的薄膜flash能够随着工艺的进一步发展而缩小尺寸，甚至在20nm制程上依然表现了良好的特性[3]。
2.2 SG-TFS flash的读写特性
Kinetis L MCU上的SG-TFS flash是集成在90nm工艺的一个平台上。如图3所示，存储电荷的纳米硅是在控制栅下面，它的上下都生长有氧化层，选择栅以及下面的薄氧化层与低压晶体管共用。SG-TFS flash通过源极热电子注入的方式编程（programming），利用F-N隧穿效应进行擦除（erasing）。通过调整源极和控制栅的偏置电压，SG-TFS flash的编程时间可以很快（
1.3 可配置的耐用性的片上EEPROM功能
TFS Flash通过一个对用户不可见的RAM（FlexRAM），以及和flash一起可以灵活配置，来实现片上EEPROM的功能。首先，用户可以快速对接口部分EERAM（分配给EEPROM功能的FlexRAM部分）进行读写访问，然后通过内嵌的固件（Firmware）来将FlexRAM的来写进EFLASH，通过内嵌固件的支持实现对flash的大容量编程和擦写来模拟EEPROM的功能。通过对flash的灵活配置，在确保现有EEPROM容量（高达16KB）和持久性（在整个适用温度和电压范围超过一百万循环）的同时，提供客户选项和应用优化；擦除和写入仅需1.5微秒即可完成，这比传统EEPROM解决方案快了5倍。
2微控制器（MCU）的特征
这款MCU是基于32-bit ARM Cortex-M4处理器上的，在90nm工艺制程上制造的，它有着良好的低功耗设计技术（stop模式下静态电流小于
多种功耗模式：Kinetis MCU 具有多种低功耗模式设计： WAIT、 STOP、以及VLLS和LLS模式。这些不同的模式下MCU中保持工作的外设也不同，被唤醒的条件也不同，并且提供了不同的工作电流和功耗。这些灵活多变的低功耗设计，给一些功耗敏感的嵌入式应用或便携式应用提供了便利的条件。
4 结论
Kinetis L MCU是第一款以纳米硅晶体作为电荷存储的SG-TFS的flash的商业MCU产品，它具有良好的低功耗设计，灵活多变的flash配置以满足代码，数据存贮以及EEPROM的模拟，以及集成多个外设和模拟模块，这给客户多方面的应用开发提供了便利条件。
图1 SEM下的纳米硅晶体的平面分布图
图2 90NM SG-TFS Cell
图3 SG-TFS flash的Vt特性
参考文献
[1]S.J.Hong，Memory Technology Trend and Future Challenges[J].IEEE，2010.
纳米微晶技术范文第2篇
关键词 纳米点 应用
近几年，射频磁控溅射制备金属纳米颗粒复合膜是许多方法中最好方法之一，可以在可控条件下和低温环境中获得均匀的覆盖薄膜，可以将金属颗粒均匀分散到半导体衬底中，这样就比其它方法更能有效的控制金属含量，而使复合膜中的金属量达到很高的值。也可以用生长的Au/SiO2一维纳米材料作为模板，基于VLS生长机制催化生成理想的纳米点或者纳米线。这种用模板催化方式生长纳米线或者纳米点的工艺较其它方法更简单。利用模板合成纳米结构的方法给我们创造了更好的条件来控制复合纳米的性质，进而在纳米机械器件和纳米电子制备方面有重要意义。本文浅述了纳米点的可能的发展应用前景并初探了自组装生成Au纳米点工艺。
一、复合材料纳米点的发展应用前景
纳米点，也称半导体量子点（纳米微晶），是一种比较小的纳米微粒。纳米微晶的基本性质基于本身量子点的量子效应，当微粒尺寸进入到纳米级别时，将会引起宏观量子隧道效应、尺寸效应和表面效应，进而展现出许许多多不同于宏观材料的物理化学性质，在生命科学、量子器件、医药等方面具有非常好的应用前景，同时将对电子信息技术、生命科学的发展产生深远的影响。
（一）在生命科学中的应用
在生命科学领域纳米微晶的主要应用前景就是在生物科学中作荧光探针，传统的荧光探针激光光谱窄，且不连续，而纳米微晶的激光光谱宽且连续，颜色可调，而且量子点的光化学稳定性高，不易分解。同时纳米点很有可能使筛选药物成为可能。将不同光谱的纳米点与不同靶分子的药物相结合，就可以一次性检测药物分子。纳米点还可以应用在医学成像方面。因为可见光只能穿透厚度为毫米级的组织，而红外光线则可以穿透厚度为厘米级的组织，因此我们可将在红外区发光的纳米点标记到要检测组织的组分上，同时用红外光激发，通过成像的方法来检测组织内部的情况，从而达到诊断的目的。纳米点在生物芯片发展历程中也可以大显身手。例如在研究蛋白质与蛋白质相互作用的生物芯片中，尽管生物芯片上有非常非常多的蛋白质，可是由于受传统荧光探针性能的限制，通常一次只能将一种或几种标记了荧光探针的蛋白质与生物芯片相作用，从而进行检测。要研究多个蛋白质就必须重复操作，降低了效率。如果我们在芯片的应用中引入了纳米点情况则可能不同，基本可以做到“很多”对“很多”。纳米微晶还可以应用于溶液矩阵，即将不同的纳米点或纳米点微粒标记在每一种生物分子上，并置于溶液中，形成所谓溶液矩阵。进行标记了的生物分子在溶液状态下很容易保持生物分子的正常三维构象，从而具备了正常的生物功能，这是其优于平面芯片的地方。
（二）半导体纳米点的器件应用
纳米点的生长工艺及其性质成为当今纳米材料的研究热点，目前最常用的制备纳米点的方法是自组织生长方式。纳米点中较低的态密度和能级的尖锐化，导致了纳米点的结构对其中的载流子产生三维量子限制效应，从而使其光学性能和电学性能发生了变化，而纳米点在正入射情况下才能发生明显的带内跃迁。这些性质都使纳米点在各种光电器件、单电子器件以及其他器件方面具有极为广阔的应用前景。
纳米点复合材料及纳米点激光器是半导体技术领域中的一个前沿性课题。纳米点复合材料基于它的量子隧穿、尺寸效应、以及非线性光学效应等是新一代固态量子器件的基础，在未来的光电子学、新一代超大规模集成电路和纳米电子学等方面有着极其重要的应用前景。我们采用自组装方法直接生长纳米点复合材料，可将纳米点的横向尺寸缩小到几十纳米之内，接近纵向尺寸，并可获得无位借、无损伤的纳米点，现己成为纳米点复合材料制备技术的重要手段之一，缺点就是纳米点的均匀性不好控制。以纳米点结构为有源区的纳米点激光器理论上具有更高的光增益、更宽的调制带宽、更高的特征温度和更低的阂值电流密度等优点，将使激光器件的性能有一个质的飞跃，对未来半导体激光器件市场的发展方向产生巨大的影响。近几年来，日本、欧洲、美国等国家都开展了自组装纳米点材料和纳米点激光器件的研究，取得了很大进展。
当然在除了采用面发射激光器、纳米点材料研制边发射外，在其他的光电子器件上纳米点也得到了非常非常广泛的应用。
二、自组装法生长Au纳米点工艺
纳米微晶技术范文第3篇
波音公司近来展示了其最新发明：一款堪称史上最轻的金属材料，它拥有和现有材料差不多的坚硬外层，重量却只是同体积泡沫塑料的1%。它酷似海绵，结构中99.99%的空间是空气，只有0.01%的空间由金属物质填充，整体密度约等于空气。
开发出这种材料的是波音和通用等公司共同参与的HRL实验室。这款新材料被称做“微晶格”（microlattices）―一种纳米级别的栅栏式构造。“其中的关键在于制造出一个由空心管相互连接而成的晶格，空心管的壁厚仅100纳米，比头发还细1000倍。”该材料的主要研究员Tobias Schaedler说。
要理解为什么这种结构的材料如此轻巧，可以联想一下同样采用中空结构的埃菲尔铁塔。
这个高达320米的建筑，重量只有7000吨。若把它融化，以其现在的地基125平方米为底面积的话，你只会看到一个6厘米高的铁块―把这个铁块伸展开，它可就是巴黎的最高建筑。
飞机越轻，油耗越低，每家航空公司都对此心知肚明。但要它们减少载客数，没有一家会愿意，能减的只有飞机自身的重量。这个压力自然落在了飞机制造商身上。而它们对轻质材料的追求从未中断。
比如有梦幻客机之称的波音787，它50%以上的机身由复合材料制成，铝合金只占20%。相比以前的飞机，波音787的每百公里油耗比同等载客量的机型低20%。这款商业机型尚未上市就已获得677架订单，总价值高达1100亿美元。
航空业素有“一代材料一代飞机”的说法。未来若被大范围应用，微晶格材料很可能成为民用飞机领域的第三次重要进化。
波音787代表的复合材料飞机属于第二代，之前，制造飞机最主要的材料是铝合金。100多年前德国一位科学家往铝中加入了少量的铜和镁，从而发明了这种比敲击它的铁锤还硬的金属。但铝合金制造的飞机还是太重，限制了载客量和飞行距离。
之后，飞机制造商开始尝试使用由金属和纤维混杂的复合材料，它密度比合金小，因此更轻，覆在金属上的纤维经过高温烧制后完全附着在金属上，反过来增强了金属的坚固性。起初，这种复合材料只被用到次承力件如尾翼等部位，技术更成熟后，它的使用量和使用范围逐步扩大到机翼等主承力件直至机身。
空客在波音787推出后，也将自己当时正在研制的A350 XWB的复合材料比例提高到了52%。这是一场竞赛―更轻的材料不止能让燃油更节省，还意味着更多可能性。
复合材料的抗腐蚀性能提高飞机的抗裂纹扩展能力，以铝合金材料为主的普通飞机每6年就要做一次昂贵的金属腐蚀状况检查，而波音787每12年才需要检查一次。这能节省不少成本。
由于采用了整体结构的复合材料机身，波音787客舱舷窗的尺寸加大了30%，乘客可以拥有更大的视野。另外，复合材料让客舱的湿度和气压都有所提高，从之前相当于外界2400米高度的气压，改善至1800米的气压，乘客因此能更舒适。价差不大的情况下，乘坐体验能不能讨乘客喜欢就显得很重要了。
眼下的微晶格材料在这些方面也极具潜力。蜂窝结构使其能从超过50%的压缩中完全恢复，“如果你参加‘从楼上丢鸡蛋看谁的不会破’这种比赛，拿微晶格材料包裹鸡蛋，不用裹很厚就能赢。”波音的演示视频中这样介绍。
这也意味着，相比普通金属，微晶格材料更能吸收来自外界的能量，包括声音、振动等，若将它用于机舱内部的墙面、地板、行李架等非机械类部件，机舱内的噪音等级和平稳性都可能有所改善。
HRL实验室其实早在2011年就研发出了类似结构的材料，在纳米级的微观尺度设计材料的基本结构，这种研发理念模仿的正是现代建筑。但直到近期，波音才正式对外界了这项创新。
“他们可能刚刚解决了材料的制备工艺问题。”上海3D打印技术创新中心主任闵国全对《第一财经周刊》说。波音正是用3D打印技术制造出了这款材料。
一款新材料被发明后还必须解决重复制造、大规模制造和有效塑形的问题。3D打印尚未进入分子领域，但通过它，在纳米层面上设计材料的结构目前已成为可能。
4年前，HRL实验室还不能精确地掌控材料的结构设计。他们制作出那款镍基微晶格的方法是：以一种液态的感光多聚物（即一种在接触光时会改变自身性质的分子）开始，透过一种有图案的防护罩，用紫外光对其做轰炸式的光照。这种方式产生了一种三维的栅格物质。然后，研究人员给它涂上镍磷薄膜。接着，将多聚物的模板蚀刻掉，仅留下空心的镍磷支架。
更早之前，其他科研机构已经制造出了气凝胶和金属泡沫等超轻材料，质量都在每立方厘米10毫克以内。但这些材料的蜂窝结构更随机。
对于近期再次被搬上台面的微晶格材料，波音没有透露它使用了何种金属元素。不过，3D打印技术在精确设计材料结构方面肯定帮了大忙。对于如何在轻量化的目标下保持材料的坚固性，波音称，他们从人体骨骼的中空结构获得了启发，甚至对材料管道的壁厚与管道直径厚度比也做了设计，使材料的细胞结构产生了一种力学行为。
制造商们对研发的投入加上生产的难度，造成新材料上市时的价格比旧材料贵得多。但长期来看，重量大幅减轻所带来的经济效益，或许会远远超过一开始的购买成本。
在波音对外界这款超轻金属材料之前，美国航空航天局已经将其选做未来为深空探测飞船减重40%的3种备选材料之一，应用方向主要是用它替换复合材料夹层中的泡沫芯。
纳米微晶技术范文第4篇
1金属硫化合物纳米材料的合成方法
1．1模板技术
模板技术是指采用具有纳米孔洞的基质材料中的空隙作为模板，进行纳米材料的合成。孔洞的空间分布规律决定了填充于其中的目标材料的空间分布规律。模板可以分为硬模板和软模板两类。
1．1．1硬模板
硬模板是现在广泛应用的、可以严格控制形貌的方法，主要包括多孔氧化铝碳纳米管等。LiYan等报道了用多孔氧化铝模板制备CdS纳米线［2］。对于通过沸石分子筛模板法来控制纳米材料的研究已有很多。把纳米微粒放在笼子里能得到尺寸均匀具有空间周期性构型的纳米材料。Herron等［3］混合Cd（NO3）2溶液与Na－Y型沸石，经过离子交换后形成新的Cd－Y型沸石，干燥后和H2S气体反应，在分子筛八面体沸石笼中合成CdS超微粒子。目前有关新型沸石分子筛孔道内组装纳米客体构筑新型主体客体纳米复合材料研究引起了有关研究者的兴趣［4］。
1．1．2软化学法
软化学法，通常是对一些没有固定组织结构，但是在某一特定空间范围内又具有了限阀能力的有机分子体系加强应用。软化学法技术操作方便、方法简单、成本低，已成为制备、组装微晶的重要手段［5］。它的缺点是不能象硬模板那样严格控制产物的形状和尺寸，软化学控制合成的研究越来越普遍。（1）高分子聚合物法高分子聚合物具有有机预组织和自组合的结构，交联的网状结构提供了微化学反应环境和成长空间，实现了无机材料的形貌、尺寸和取向的可控性。这种基体作为微晶的复合和组装模板也已有广泛的研究［6］。高分子自组装的过程包括有机基团、无机反应物强烈键合，无机物在聚合物中分散、溶解直到在内部有序规则的微环境中诱导成核［7］。高分子对无机反应物的分散和包裹性［8］，可形成具有一定尺寸和形貌的微晶直至有序排列［8］。ZhangJ等报道了聚丙烯酞胺分子控制合成CdS纳米线［9］。（2）微乳液法微乳液法是近年逐渐发展起来的用反胶团或W／O型微乳液制备超细颗粒的方法。该方法是由表面活性剂、助表面活性剂、有机溶剂和水溶液4部分组成的宏观上均一而微观上不均匀的、透明的、各向同性的液－液均相热力学稳定体系。反应物浓度、微乳液的组成、表面活性剂等因素都有可能影响微乳液法制备超细颗粒。与其它化学法相比，制备的粒子大小可控，分散性好，不易聚结。孙玉凤等［10］以四元体（十六烷基三甲基溴化铵／水／正辛烷／正丁醇）W／O型徽乳体系为介质，制备了纳米硫化锌粉体，研究了硫化锌粉体光催化降解次甲基蓝的能力。（3）单分子膜法自组装单分子膜技术发展到今天已经非常成熟了［11］，单分子膜适合作为纳米团簇的组装模板，因为它的结构排布很规则。其中研究使用最多的是LB膜［12－14］和MD膜［15］，现已用来制备排列规则的纳米材料。（4）生物分子模板法常用的模板通常是DNA分子，它的组装是通过模板间的分子与纳米团簇结合的低聚核昔酸分子识别而实现［16］，而不是纳米团簇与模板的识别。完善的分子识别功能，使组装过程具有高度的选择性。Braun等［17］采用线状DNA分子为模板制备出直径为100nm的单晶金属纳米线。另一种常用的生物分子模板是蛋白质，Meldrum等［18］用铁蛋白为模板制出了纳米Fe2S3。
1．2水热和溶剂热合成法
1．2．1水热法
水热法是指在密封压力容器的高温高压环境中，以水作为反应介质，制备研究材料的一种方法。低温（温度在25～200℃之间）水热合成反应更加受到人们的青睐，即可得到处于非平衡状态的介稳相物质［19］，又可使反应温度较低有利于产品的大规模工业生产。在水热条件下，水既是溶剂，又是矿化的促进剂，同时还是压力传递的媒介物。与其它湿化学方法相比，主要具有以下两方面优越之处：（1）水热法避免了高温处理而可直接得到结晶良好的粉体，工艺简单，不易团聚等。研究表明，制备出的粒子形状规则且粒度分布窄、纯度高、分散性好、晶型好且可控制、生产成本低。（2）产物的形貌、晶相及纯度与水热反应条件有很大的相关性，可以通过改变反应条件来对产物的这些性质进行调控。YuW等［20］首先在铜板上镀锌晶种，然后采用简单的水热法在纳米晶锌层上通过醋酸锌和硫脲反应合成了ZnS纳米阵列。实验表明纳米晶锌不仅是水热反应的晶种，而且作为反应物提供硫离子，具有很高的活性。尤其是水热反应在95℃低温和1h短时间条件下完成的，操作简单方便。而且这样制备出的ZnS纳米棒具有形貌整齐、长径比高等特点，给未来场致发射的应用带来了很大的潜能。水热法合成ZnS的实验中［21］，TEM图像显示，表面光滑的ZnS纳米棒直径大约20nm，长径比也较高。由选区电子衍射（SAED）图可以得出，在ZnS纳米棒上聚焦电子束显示出散布的环，证明ZnS纳米棒是多晶的。TEM图像表明六边形的CuS纳米盘有2个主要的方向，一个是在平的基底上，另一个是垂直于基底［22］。
1．2．2溶剂热法
虽然水热法有许多优点，但也有其自身局限性，最明显的就是只能用于氧化物或少数硫化物的制备，这一问题的存在使得非水溶剂反应和溶剂热合成技术应运而生。溶剂热反应是水热反应的发展，它与水热反应的不同之处在于所使用的溶剂为有机溶剂而不是水。在溶剂热反应中，一种或几种前驱体溶解在非水溶剂中，在液相或超临界条件下，反应物分散在溶液中并且变的比较活泼，反应发生，产物缓慢生成。该过程相对简单而且易于控制，并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体。另外，物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制，且产物的分散性较好。在溶剂热条件下，溶剂的性质（密度、黏度、分散作用）相互影响，变化很大，且其性质与通常条件下相差很大。相应的，反应物（通常是固体）的溶解、分散及化学反应活性大大的提高或增强，这就使得反应能够在较低的温度下发生。ThongtemT等［23］在水合乙醇和甲酸作为pH稳定剂，并包含了不同分子量不同量聚乙二醇的混合溶剂中，通过CuCl2•2H2O和（NH4）2S200℃热溶液反应成功合成了六边形的CuS。
1．2．3辐射化学合成法
辐射化学合成法是电离辐射使水溶液或其它溶液生成了溶剂化电子，在这样的反应体系中不需要使用还原剂就可还原金属离子，降低其化合价，经成核生长形成产物颗粒［24］。目前主要的辐射源为γ－射线和紫外线。具有可在常温常压条件下，产物粒度大小可控，制备周期短等优点，还避免对环境造成污染。
1．2．4溶胶－凝胶法
溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料，且从合成的初始阶段就可控制在纳米尺度，但由于成本相对较高，在应用上也比较局限。陈平清等［25］采用溶胶－凝胶法成功的在ZnS荧光粉表面包覆TiO2薄膜。ZnS荧光粉表面包覆了一层厚度约5nm的TiO2薄膜，该薄膜整体连续性较好，分布较为均匀，且包覆过程对荧光粉的晶型及结晶度无影响，而包覆膜对ZnS的吸光度略有屏蔽且发光强度也有所降低。
1．2．5化学沉淀法
化学沉淀法属于液相法的一种。向废水中投加某些化学物质，使它和废水中欲去除的污染物发生直接的化学反应，生成难溶于水的沉淀物而使污染物分离除去的方法。缺点是纯度较低，且颗粒粒径较大［26］。ZhouLimei等［27］用硫酸锌、硫脲和氨水通过化学沉积法只改变硫酸锌浓度成功制备了ZnS薄膜。实验表明，氨水在整个过程中对ZnS薄膜的透射性、同质性、结晶等性能起到了非常重要的作用。
1．2．6自组装技术
自组装就是利用分子间的氢键、静电力以及疏水作用等相互作用，组装成有序的纳米结构。利用自组装技术，可以在分子水平上控制粒子的形状、尺寸、取向和结构。自组装技术简便易行，无需特殊装置。MeldrumFC等［28］通过生长单层自组装模板成功制备了PbS和ZnS晶体的图案阵列。
1．2．7电化学技术
电沉积技术越来越成为人们关注的焦点，因为电沉积纳米材料具有以下优点：①多种类纳米晶金属、合金及复合材料都适合用此方法制备；②结晶过程的过电位容易控制，计算机监控，常温常压操作、困难小、工艺灵活，易于实验室向工业现场转变；③电沉积易在大面积和复杂形状的零件上获得较好的外延生长层。因此，利用电沉积［29］技术制备纳米材料有着较好的前景。NaglaaF等［30］用脉冲电沉积的方法，以导电玻璃为基底，在不同浓度比的Na2S2O3和ZnSO4水溶液中，成功制备出了ZnS超薄膜。实验表明金属金和铟对ZnS薄膜有类似欧姆特性。通过进一步PEC图片的观察，还发现退火到300℃，可以明显改善薄膜的光电导性。BicerM等［31］采用电化学方法在阳极氧化铝薄膜微孔中合成了CdS纳米线，具有一致的直径和晶体生长方向。由于晶粒的量子效应，CdS纳米线的光吸收表明有一个明显的蓝色偏移。这种合成CdS纳米线的方法很可能也同样会适用合成其他半导体纳米线，例如PbS、ZnS等。XuXiang等［32］采用模板电沉积法，在包裹LB薄膜的金电池上，成功制备出了整齐的CdS超薄膜。
纳米微晶技术范文第5篇
【关键词】油田防垢技术 碳酸盐垢 硫酸盐垢
目前，我国大部分的油田都处于高含水期，油井结垢的问题越来越严重。结垢主要发生在油井和地面集输系统，对油层造成严重的损害，甚至导致油田管线堵塞，严重影响了工作效率，不仅增加了能耗，还降低了产量。在上个世纪80年代，我国就针对过油井结垢问题采取过许多不同的防垢方法，但效果都不太明显。随着油田的生产形式越来越复杂，油井开采对防垢的要求也相应提高，推动油井防垢技术的不断进步。
1 油田结垢产生的原因与影响因素
1.1 产生原因
在油田开采过程中，产生结垢的原因主要有以下三种：
（1）注水中含有大量的钙镁离子，在采油的过程中，由于压力、温度等因素发生变化，导致垢物质的形成。
（2）注水中不相溶的水溶液经过化学作用之后，导致垢物质的形成。
（3）采出物经过压力、温度的变化引起自身发生化学变化，导致垢物质的形成。
1.2 影响因素
垢的形成不仅受到注水中的各种微量元素离子制约，还受到了外面条件的影响，主要表现在：
（1）垢中含有的离子越多，离子之间相结合的机会就越大，导致结垢范围就大。
（2）压力与温度是影响垢形成的主要原因，各离子的溶解度随着压力与温度的变化而变化，从而导致垢的大量形成。
（3）PH值也影响着垢的形成，当溶解液的PH值较高时，垢的形成会比较多。反之，当溶解液的PH值较低时，垢的形成也就相应减少。
2 油田防垢技术
随着科学技术的不断进步，现在的高分子聚合物防垢剂已经取代过去传统的加酸方法，成为现阶段油田防垢的主流。高分子聚合物防垢剂主要具备用量少、副作用小、环保等特点。在科学技术快速发展的今天，超声波、电磁、脉冲等技术为防垢工作作出了巨大的贡献，具有操作简单、能耗低、成本低等特点，被广泛应用于油田防垢。另外，油田防垢还可以根据油田的实际情况从而改变外部条件的工艺方法来实现。针对油田水质的多样性，如果只用一种防垢技术，所取的防垢效果不会太好，只有通过多种技术的结合，共同协作，扬长避短，才能将油田防垢工作做到最好。
2.1 化学防垢法
化学防垢法就是要通过化学物质产生化学反应，从而防止形成垢物质，主要是通过添加化学物质导致无机盐垢减少实现的。防垢剂从传统的无机物发展到目前的有机物，从过去的小分子到今天的大分子。
2.1.1 有机磷酸型防垢剂
有机磷酸型防垢剂具有较好的化学稳定性与耐高温性。在注水中，不易与水产生化学反应，其结构也不会被酸碱所破坏。有机磷酸型防垢剂具有阻垢性能好、成本低、用量少等优点，是我国现阶段应用最为广泛的一种防垢剂。但是，有机磷酸型防垢剂在使用的过程中，会导致污水中含有大量的有机磷，引起菌藻的大量产生，严重影响生态环境。实践证明，有机磷酸型防垢剂具有表面活性，可以去除金属的活化作用，降低了水溶液中的金属离子，达到降低垢物质形成的作用。
2.1.2 聚合物型防垢剂
聚合物型防垢剂具有良好的阻垢性，溶限效应与协同效应良好、成本低、用量少、无公害等优点，是我国近几年油田防垢的主流方向。随着石油工业不断发展，油田地质越来越恶劣，钡、锶等元素在油田之中出现的越来越多，因此，针对钡、锶等元素的防垢剂显得越来越重要。共聚物与水融合之后就会吸附在微晶上，增大了微晶之间的斥力，防止金属盐分子进行聚结，使晶体的生长速度减缓，导致垢物质不行形成，起到防垢的效果。
2.1.3 纳米乳液防垢剂
纳米乳液防垢剂是我国油田现阶段最常用的防垢方法，它是通过挤注防垢剂溶液来达到防垢的目的。在含水量较少的地层中，水溶性挤注液容易引起油井出油慢，甚至会伤害到储层的结构。通过采用纳米乳液防垢剂就可以有效地处理好这样的问题。主要优点就在于：
（1）纳米乳液可以通过变形，避免了地层孔喉堵塞。
（2）纳米乳液可以进入任意的产油层，同时不会引起锥进现象产生。
（3）挤注工作完成后，纳米乳液不会造成出油慢等现象，采油效率提高。
2.2 物理防垢法
物理防垢法就是通过在设备内壁利用设备仪器的作用从而减少垢对的形成。是通过物理作用将无机盐排出设备内壁，防止无机盐产生沉积作用，最终减少垢的形成。物理防垢法主要包括：涂层防垢法、超声波处理、磁防垢技术等。
2.2.1 涂层防垢法
在采用过程中，管道内壁的表面能越好，就越容易形成垢物质。因此，涂层防垢法就是在管道内壁的基础上涂上一层表面能较低的涂层，减少晶核在管道内壁的吸附率，实现物理防垢的作用。
2.2.2 超声波处理
超声波处理的工作原理是：
（1）超声波通过产生声场从而使分子的活性提高，使垢物质逐渐分散，从而实现垢物质无法沉积，达到防垢的效果。
（2）超声波可以使水溶液中产生大量的气泡，当气泡破裂时，其冲击力将垢物质冲散，从而起到防垢的作用。
2.2.3 磁防垢技术
磁防垢技术是通过磁场对形成垢的物质产生影响，减少垢物质形成，从而达到防垢的效果。磁防垢技术具有操作简单、成本低、无公害等优点，现在也被国内油田广泛使用。
3 结束语
油田结垢的防治过程是曲折和漫长的，需要立足于长期的生产实践中，才能真正提高实际生产的生产效率。相对于国外发达国家的防垢技术，我们国家的防垢技术发展水平还有待提复合功能的新型防垢剂，这成为当今化学防垢剂的长期目标。物理防垢技术的优势在于、工艺方法简单方便、所需要的经济成本比较低、对环境的污染比较小，在实际生产的应用中，前景一片光明。立足于实际的应 用 技 术中，结合物理方法、化学投药法以及生物技术的全面应用，效果会更具有科学性。
参考文献
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[3] 孙志宇，蒲春生，等.强磁防垢技术研究及其在油田的现场应用[J].石油工业技术监督，2005，（12）
