納米線的案例
Energy Mater.綜述: 儲能器件中的納米線——結構、合成及應
根據納米線的形態和結構，這些納米線可分為簡單納米線、核殼納米線、分級/異質結構納米線、多孔/介孔納米線和中空納米線(圖1)。根據納米線的不同組合形式，可分為納米線陣列、納米線網和納米線束(圖2)。
總的來說，均質單組分納米線(簡單納米線)電極材料通常難以滿足高性能要求。通過構建特殊的一維納米結構，研究人員為納米線提供了更大的接觸面積和更高的穩定性。它體現了結合多種優勢設計功能性一維納米結構的重要性。核殼納米線通過不同材料的組合可提供大表面積和更穩定的結構，提供連續的電子和離子傳輸通道。在分級/異質結構納米線中，由體積變化引起的應變能量相對快速地釋放，并且在電化學循環中具有良好的可逆性。多孔/介孔納米線克服了部分電極材料的離子和電子傳導性低以及體積能量密度低的限制。中空結構納米線也稱為納米管，其中空空間可以負載其他活性材料，使其具有更好的電化學性能。納米線陣列，納米線網絡和納米線束巧妙結合納米線單體，以進一步增強其整體電化學性能。
展開 北航《先進材料》：一步制備多維取向的圖案化納米線薄膜
其中，一維納米線溶液的可控輸運及組裝是實現有序的圖案化納米線薄膜的關鍵。與無序的、散亂分布的納米線相比，多尺度分級有序的納米線往往表現出更優異的整體協同性能和特殊的物理化學性質。目前，常用的溶液法制備有序納米線薄膜的方法存在著一些局限性，如需要復雜的設備、復雜的樣品預處理過程、納米線沉積位置難以精確控制、后處理過程中納米線重新定向等問題。因此，可控制備多尺度有序的納米線結構依然是挑戰。
日常生活中，人們的頭發在潤濕后晾干的過程中往往會粘附在一起，這是由于去浸潤過程總毛細作用力下纖維陣列發生的彈性聚集現象導致的。在該過程中，纖維陣列頂端的液膜會自發的各向異性收縮，這為納米線溶液的可控輸運及組裝提供了新的契機。
近日，北京航空航天大學的劉歡研究員課題組發展了一種簡單通用的策略：利用陣列碳納米管陣列在去浸潤過程中的毛細粘彈聚集現象，實現了液膜的方向性收縮，基于此一步制備了多維取向的圖案化納米線薄膜。該方法不需要任何外部力量輔助。其原理是被納米線溶液潤濕的碳納米管陣列在去浸潤過程中，出現毛細彈性聚集現象，使納米線溶液液膜能夠在碳納米管陣列頂部各向異性收縮，迫使液膜中隨機分布的納米線向著液膜的方向旋轉、移動，最終緊密有序地排列在碳納米管陣列頂部。在碳納米管陣列聚集的同時，碳納米管紗線被牽扯出來連接兩個相鄰的碳納米管陣列聚集體，最終構筑了由上層X方向上水平有序排列的納米線，下層Z方向上垂直排列的碳納米管陣列聚集體和Y方向上連接碳納米管陣列聚集體的碳納米管紗線三部分組成的多維度有序的納米線微圖案。這種多維取向的圖案化納米線薄膜表現出良好的壓力傳感性能，靈敏度為0.32 kpa-1，有望用于構筑電子皮膚。 此外，取向的納米線可以轉移到不同的基底上，且轉移位置精確可控，可用于構建微電路。
展開 武漢理工麥立強&徐林Chem綜述：納米線–生物界面進展：從能量轉換到電生理學
為了解決這一問題，將一維納米材料與微生物結合可以增強細菌和無機電極之間的電子傳輸，從而提高電池的功率密度。
（3）在電生理學方面，心電圖和腦電圖已經被廣泛應用于心臟和腦部的醫學診斷，然而這些技術很難實現高時空分辨率的檢測。作為無機材料里最小的信號處理單元，納米線場效應晶體管（Field-Effect Transistor, FET）有望實現高時空分辨率的生物信號的檢測和高靈敏度的疾病診斷。
圖1 納米線–生物界面的示意圖
2.設計原理
納米線–生物界面的總體設計原理是使納米線與生物體形成穩定、緊密的接觸實現高效的信號和能量傳輸，可以采用表面修飾、形貌調控和陣列設計等方式對界面進行優化。本節先從簡單納米線與生物的界面討論納米材料相對于塊體材料的優勢，然后討論復雜納米結構對界面的優化。
2.1 直線納米線
納米線–生物界面要求直線型納米線具備以下條件：（1）納米線的直徑和被檢測的生物物質的尺寸相當；（2）具有高的靈敏度和信號保真度；（3）具備多尺度信號探測的能力。幾個代表性的例子包括通過納米線記錄細菌的運動和吸附，以及通過納米線器件探測病毒信號等。
圖2 納米線–生物界面舉例
2.2 復雜納米線
和簡單納米線相比，復雜納米線能進一步優化界面并提供一些新的功能。例如，樹枝狀納米線陣列能與細胞形成更穩定的接觸以及更多的接觸位點。蘑菇狀的類似于脊柱形狀的納米線能和神經元形成穩定的接觸，增強細胞與電極之間的信號傳輸，提高傳感器的信噪比。彎折形狀的納米線可以像針尖一樣進入細胞內部，探測細胞膜內信號，還可以作為微小的力學傳感器探測細胞的力學行為。
3.人工光合作用
自然界中的光合作用是綠色植物或某些細菌能夠吸收光能，把二氧化碳和水轉化成富能有機物，同時釋放出氧氣。通過這個過程，不僅可以存儲太陽能，而且可以有效地固定溫室氣體二氧化碳。
展開 半導體所等在高質量半導體-超導納米線研究方面取得系列進展
理論預言，具有強自旋軌道耦合的窄禁帶半導體InAs和InSb納米線與超導體耦合，可以實現馬約拉納零能模和拓撲量子計算。然而，由于窄禁帶半導體納米線與常規超導體之間晶格失配很大，高質量樣品的制備一直是制約半導體-超導納米線拓撲量子計算研究的關鍵難題。
中科院半導體所趙建華、潘東團隊長期致力于用于拓撲量子計算的高質量半導體-超導納米線分子束外延可控制備研究。他們首先在Si襯底上外延出了高質量純相超細單晶InAs納米線（D. Pan et al. Nano Lett. 14, 2014, 1214），之后，通過對分子束外延設備進行多次升級改造，發展了低溫原位外延技術，在純相超細InAs納米線側壁成功外延出超導金屬Al。
InAs和Al均具有高晶體質量，InAs-Al界面達到原子級平整（圖1高分辨透射電鏡圖像）。該團隊與清華大學物理系張浩課題組合作，在該InAs–Al納米線中觀察到硬超導能隙和雙電子庫侖阻塞等現象，這些都是實現拓撲量子計算的必要前提條件。該工作以“In situ epitaxy of pure phase ultra-thin InAs-Al nanowires for quantum devices”為題發表在Chin. Phys. Lett. (Express Letters)39 (2022) 058101上，半導體所潘東研究員、清華大學物理系宋化鼎和張珊博士后為共同第一作者，半導體所趙建華研究員和清華大學張浩副教授為共同通訊作者。該實驗工作首次在材料生長上（輔以輸運表征）探索了馬約拉納納米線研究中的一個新的實驗維度：更細的納米線直徑，為接下來實現單一子能帶占據（從準一維到一維）的納米線系統做了鋪墊。
展開 
Ansys Lumerical | 納米線柵偏振器仿真應用
說明
由亞波長金屬光柵（納米線柵偏振器）組成的高對比度偏振控制器件正在取代體光學元件。納米線柵偏振器提供了較好的消光比對比度、最小的吸收以解決高亮度照明，以及緊湊的形狀以便于大規模制造和集成在小型光學器件中。然而，納米線柵偏振器的設計具有一定挑戰性，特別是考慮到制造缺陷。在本應用示例中，展示了如何使用FDTD在保持高透射率的同時，在任意角度上最大化納米線柵偏振器的對比度。
綜述
本例將計算由具有線寬W和厚度H的鋁納米線柵的玻璃襯底（n=1.4）制成的納米線柵偏振器的對比度。光源照射光柵偏振器上表面，即當電場與光柵線相切時偏振器應阻擋S偏振光，如上圖所示。
分析1：對比度 VS 光柵常數
本分析將計算厚度H=140nm的50%占空比光柵和正入射光的對比度與間距的關系，光柵常數將在40nm和240nm之間變化（對應于W＝20nm到W＝120nm的線寬變化），將繪制3個不同波長（λ=450nm、λ=550nm和λ=650nm）的結果。通過對具有幾個不同周期的光柵的透射對比度進行仿真，獲得的結果與參考文獻[1]獲得的結果一致。
圖1
同時，可以將Movie Monitor添加到仿真中以查看時域場，為了使視頻更容易理解，增加仿真范圍的大小以包括器件多個周期，在本例中仿真了器件的5個周期。
展開 光學仿真干貨丨Lumerical納米線柵偏振器仿真應用
Ansys Zemax及其他軟件
咨詢與訂購方式
下面為大家介紹一下“Lumerical納米線柵偏振器仿真應用”，歡迎大家學習！
01 說明
/ Ansys Lumerical
由亞波長金屬光柵（納米線柵偏振器）組成的高對比度偏振控制器件正在取代體光學元件。納米線柵偏振器提供了較好的消光比對比度、最小的吸收以解決高亮度照明，以及緊湊的形狀以便于大規模制造和集成在小型光學器件中。然而，納米線柵偏振器的設計具有一定挑戰性，特別是考慮到制造缺陷。在本應用示例中，展示了如何使用FDTD在保持高透射率的同時，在任意角度上最大化納米線柵偏振器的對比度。
02 綜述
/ Ansys Lumerical
本例將計算由具有線寬W和厚度H的鋁納米線柵的玻璃襯底（n=1.4）制成的納米線柵偏振器的對比度。光源照射光柵偏振器上表面，即當電場與光柵線相切時偏振器應阻擋S偏振光，如上圖所示。
分析1：對比度 VS 光柵常數
本分析將計算厚度H=140nm的50%占空比光柵和正入射光的對比度與間距的關系，光柵常數將在40nm和240nm之間變化（對應于W＝20nm到W＝120nm的線寬變化），將繪制3個不同波長（λ=450nm、λ=550nm和λ=650nm）的結果。
展開 Nano Letters: 南京大學鍺硅超晶格納米線重要進展！
而在準一維的納米線溝道中，能同時疊加組分（Compositional）和形貌（Geometric）變化對能帶的調控能力，有望建立更為高效的物性調控新技術和新思路。
傳統鍺硅異質（軸向）超晶格納米線制備依賴于交替氣氛供給的VLS生長模式，由于背景環境中的組分切換遲滯（reservoir）效應，難以獲得非常“銳利”的組分調控。每個組分周期至少需要兩次生長環境切變（switching）和清洗（purging）過程，故而生長制備成本高且非常緩慢。此外，豎直生長超晶格納米線難以實現規模定位集成，這也為平面工藝應用帶來巨大困難。
南京大學電子科學與工程學院余林蔚教授課題組，首次提出并嘗試了一種全新的思路：將鍺硅納米線組分調控的切換任務，交付給在平面上滾動前進的納米金屬液滴來完成。例如，利用低熔點金屬銦作為催化顆粒，以非晶a-Si/a-Ge疊層作為前驅體，銦顆粒在平面運動中在前端吸收非晶層并在后端淀積出晶態的納米線結構。當液滴運動速度足夠高的時候，由于本身“滾動”導致的內部輸運渦旋作用，可自發地調制對底層a-Si/a-Ge疊層的吸收深度，在平面“動態跳躍”過程中，實現周期性、形貌和組分同步調制的嵌套異質鍺-硅超晶格島鏈納米線（Ge/Si hetero island-chain nanowires, hiNWs）結構。
實驗發現，其異質鍺硅納米線結構的組分、周期和直徑等關鍵參數均可通過非晶疊層設計和液滴大小控制有效調節。其中Ge成分在Ge/Si異質界面上可在幾個納米內完成75%Ge的自發轉變，不需要任何外界人工調控干預。同時，鍺硅超晶格納米線可以被精確定位在指定區域，為后續電學接觸和器件探索帶來巨大方便。此項研究為探索新型納米液滴動態物性調控手段，實現高效光電功能結構和器件應用奠定了關鍵基礎。
圖1.
展開 Mater.綜述：納米線組裝體制備柔性電子器件——最新進展和展望
基于納米線組裝體的柔性電子設備表現出優異的性能的原因主要來自四個方面: 1）有序的納米線組裝體的相互連接更加均勻充分，導電性能更加優異；2）有序的納米線組裝體具有更好的均勻性，因此其表現出來的性能不會因為測試點不同而不同，例如，具有設計的NW結構的柔性透明智能窗的均勻性遠遠高于噴涂法常規的無序的NW膜；3）基于有序納米線組裝體的柔性電子器件的性能更加容易調節和控制例如，我們知道電導率和透射率是柔性透明電極的兩個相反因素。通過操縱Ag和Te NWs的組裝，我們可以精確地調整和平衡所得柔性透明電極的透光率和電導率；4）將多種納米線有序的共組裝可以使不同納米線更好的接觸，因此可以更有效的制備柔性電子器件。
基于以上討論的概述，作者提出了對這一新興的柔性電子產品NW組裝研究領域的觀點。首先，基于納米線組裝體的柔性電子器件的批量制備需要消耗大量的納米線，，但是大規模生產NWs及其精確控制NWs的尺寸仍然是這個領域的一個重要挑戰。此外，必須關注在NW合成過程中產生的有毒廢棄產物以及高價值化學介質的回收問題。
第二，需要發展更多經濟、高效和簡單易行的納米線組裝技術。例如，通過對NW的表面進行修飾我們可以優化NW的表面性質，例如潤濕性和分散性，實現它們與其他功能材料的復合，用于具有特殊應用的柔性電子器件的制備。此外，還可以通過引入新技術如3D打印技術和仿生技術來實現新穎的納米線組長提的制備。最后，發展原位表征技術和理論模擬來獲得NW組裝機制對于理解納米線組裝過程和組裝結構的調控也是非常重的。我們相信，所有這些挑戰和機遇都可以在未來的努力中得到解決，我們可以預料在未來會出現更可靠、高效的基于NW-組裝體的柔性電子設備。
展開 037 – COMSOL納米線的光散射（僅模型文件，免費）
037 – COMSOL納米線的光散射（僅模型文件，免費）
基本介紹：
主要內容：本案例通過matlab解析和COMSOL模擬分別計算了半徑100 nm的納米線對TM光的散射截面，兩者完全吻合；
基于COMSOL頻域求解，使用的軟件版本為COMSOL 5.4 (5.4.0.225)；
計算所需的內存：4 GB；
涉及的內容：自定義方程、組件耦合-積分 等；
繪制了：散射截面隨波長的關系、電場分布；
本案例僅包含模型文件，但有一個文字版的建模過程詳解。本案例不附帶答疑指導。
包含的文件截圖：
詳細描述：
如上圖所示，用TM偏振的平面光照射一根無限長的介質納米線，納米線的半徑為100 nm，折射率為2。本案例用COMSOL模擬了400 ~ 800 nm波長范圍內的光散射截面以及電場分布，并將結果與matlab解析計算的散射截面相比較。
計算的內容和結果：
1、散射截面。左：COMSOL模擬的結果，右：用matlab解析計算出來的結果 ??
2、COMSOL模擬的400nm處的電場分布 ??
免費案例，模型文件請從附件中下載：
037-COMSOL納米線的散射（僅模型文件）.zip
文字版建模過程詳解：
1. 雙擊圖標打開COMSOL軟件，然后按照模型向導新建一個工程文件，即：模型向導→二維→電磁波，頻域→波長域→完成，如下圖
2. 在“幾何1”的設置中將長度單位改為nm，方便待會兒修改數值
3. 右擊“幾何1”，增加一個圓，將其半徑改為100nm
4.
展開 港理工-蘇大《Adv Mater》：首次證明這種合金化納米線的作用！
通過透射電子顯微鏡（TEM）(圖1b)和掃描透射電子顯微鏡（STEM）(圖1c，d)，發現Pd4Ag主要由1D納米線(平均直徑為5-6納米，長度為幾百納米)和一小部分納米粒子組成。使用像差校正的大角度環形暗場(HAADF) STEM進行仔細檢查，可以發現清晰的(111)和(200)晶格條紋(圖1e)。有趣的是，研究發現納米線表面不是原子級光滑的，而是由包括(111)、(200)、(211)和(311)晶面的混合物組成，這些晶面是根據它們的晶體取向確定的。
圖1 Pd4Ag納米線的結構表征。a)Pd4Ag納米線、純Ag和Pd納米粒子的XRD圖譜；Pd4Ag納米線的b)TEM圖像和c–d)STEM圖像；e)來自(d)中封閉區域的Pd4Ag納米線的像差校正的HAADF-STEM圖像；6)Pd4ag納米線STEM圖像和相應的EDS元素映射；Pd4Ag和純Pd的Pd 3d XPS光譜；Pd4Ag和純Ag的Ag三維XPS光譜；Pd4Ag的Pd K邊XANES和Pd參考；Pd4Ag和Ag參比物的Ag鉀邊XANES光譜。
接下來研究了合金納米線在標準氫電池中的電催化性能，并與純Pd納米粒子進行了比較。圖2a描繪了Pd4Ag在N2飽和(pH = 8.2)或CO2飽和(pH = 6.8) 0.1 M KHCO3中的典型極化曲線。根據以前的報告，一旦工作電位接近或超過-0.1 V，純Pd的計時電流(I–t)曲線開始下降。相比之下，Pd4Ag納米線的計時電流曲線即使在-0.44伏下也沒有或幾乎沒有失活的跡象(圖2b)。
圖2 Pd4Ag納米線在0.1 m KHCO3中的CO2RR性能。.
展開 [VirtualLab] 超稀疏電介質納米線柵偏振器
摘要
超解析介質納米線柵顯示出強烈的偏振依賴特性，因此可以用作寬帶反射器[J.W.Yoon等人，Opt.Express 23，28849-28856（2015）]。使用傅里葉模態法（FMM，也稱為RCWA）研究選定納米線柵的偏振、波長和角度相關特性。對電場和納米線柵之間的相互作用進行了可視化。
建模任務
納米線
光柵級次分析器
場內部分析儀
總結-組件…
參數掃描（1D）
參數掃描（2D）
光柵內部場的可視化-TE
光柵內部場的可視化-TM
和文獻比較
VirtualLab Fusion 技術
文件信息
更多閱覽
-光柵順序分析器
-抗反射蛾眼結構的嚴格分析與設計
-納米柱金屬表面構建塊的嚴格分析
展開 
超稀疏介電納米線柵偏振器
摘要
超稀疏介質納米線柵具有很強的偏振相關性，可作為寬帶反射體。[J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)]。利用傅立葉模態方法研究了所選納米線柵的偏振、波長和角相關特性。電場與納米線柵相互作用的可視化被展現出來。
建模任務
結果
?不同結構的反射率vs波長
參考結果 來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態法（FMM）仿真
?反射率vs波長&入射角
參考結果來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態法（FMM）仿真
?納米線柵中場可視化
參考結果來自J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態法仿真（動畫）
展開 超稀疏介電納米線柵偏振器
摘要
超稀疏介質納米線柵具有很強的偏振相關性，可作為寬帶反射體。[J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)]。利用傅立葉模態方法研究了所選納米線柵的偏振、波長和角相關特性。電場與納米線柵相互作用的可視化被展現出來。
建模任務
結果
?不同結構的反射率vs波長
參考結果 來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態法（FMM）仿真
?反射率vs波長&入射角
參考結果來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態法（FMM）仿真
?納米線柵中場可視化
參考結果來自J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態法仿真（動畫）
展開 [VirtualLab] 超稀疏介電納米線柵偏振器
摘要
超稀疏介質納米線柵具有很強的偏振相關性，可作為寬帶反射體。[J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)]。利用傅立葉模態方法研究了所選納米線柵的偏振、波長和角相關特性。電場與納米線柵相互作用的可視化被展現出來。
建模任務
結果
? 不同結構的反射率vs波長
參考結果 來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態法（FMM）仿真
? 反射率vs波長&入射角
參考結果來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態法（FMM）仿真
? 納米線柵中場可視化
參考結果來自J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態法仿真（動畫）
展開 VirtualLab：超稀疏介電納米線柵偏振器
摘要
超稀疏介質納米線柵具有很強的偏振相關性，可作為寬帶反射體。[J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)]。利用傅立葉模態方法研究了所選納米線柵的偏振、波長和角相關特性。電場與納米線柵相互作用的可視化被展現出來。
建模任務
結果
□ 不同結構的反射率vs波長
參考結果 來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態法（FMM）仿真
□ 反射率vs波長&入射角
參考結果來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態法（FMM）仿真
□ 納米線柵中場可視化
參考結果來自J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態法仿真（動畫）
展開 