纳米天线的超常特性及应用

第一篇：纳米天线的超常特性及应用

纳米天线的超常特性

都世民

最近笔者发现有多则科技报道与纳米光学天线有关。为此从百度文库、道客巴巴文库、光明网、科学网、腾讯网、国家纳米研究中心网、中科院纳米研究中心网等，查询纳米光学天线有关资料，分析整理后，对有关问题进行一些讨论。

近日，武汉大学电子信息学院，用一种新穎的反射式金納米天线阵列，成功应用於激光全息領域。这是一種在襯底表面加工出超薄金属微納結构材料，与光波相互作用，呈現出一些超常特性。武汉大学郑国兴与伯明翰大学教授張霜开展合作，在实验中不仅捕捉到令人滿意的爱因斯坦激光全息图像，而且实現了高达80%的实測衍射效率。這一成果超越了传統材料的激光全息水平，而且工艺流程大大简化——仅需一步光刻工艺。

另据报道，苏格兰大学物理学联盟高校的科学家，在实验室内成功降低了光的速度，即便光子回到自由的空间中，仍然以较低的速度运行。在自由空间中光速接近每秒30万公里，当光通过诸如冰体、玻璃等材料时，光速会出现降低，但只要它再次返回自由空间中，其速度就会回归正常。

美国伊利诺斯大学厄本那—香槟分校一个研究小组基曼尼·图森特,用已制作好的纳米阵列结构，在电子扫描显微镜下，调整阵列，实现对等离子光学性质进一步重组。因此人们能在制作好之后，决定所需的纳米结构，实现对光波的控制。

这种纳米天线阵列为柱-领结纳米天线（p-BNA）阵列模板，每根直径约250纳米，用金制作成领结状柱块，“领结”下垫有500纳米高的玻璃柱。用扫描电子显微镜（SEM）发出的电子束，可以让单根或多根p-BNA子阵列，以60纳米/秒的速度变形。在电子束的激发下，等离子推动纳米天线阵列，使其出现明显变形，这在金粒子之间形成纳牛（10的负9次方牛）量级的受力差异。

2015-03-05，中国科学技术大学设计了一类尺寸为50纳米，且具有内凹型结构的金属钯纳米材料，通过降低结构对称性和增大颗粒尺寸，使其能够在可见光宽谱范围内吸光，吸光后的光热效应足以为有机加氢反应提供热源。纳米结构的尖端棱角处具有超强的聚光能力从而产生局部高温。

内外科技专家上述研究进展，这些成果很受关注。无论是军用或民用上，这些成果的转化都可能产生颠覆性影响。其应用前景十分广阔。当然这些领域的研究是相互交叉的，有一个较长时期的融合过程。将会在哪些方面出现巨大变化，还需试目以待。这是笔者关注的原因之一。另外，笔者从事天线技术五十年，专业上爱好和兴趣也是一个原因。

纳米光学天线的基本关注点

[size=14.0000pt]1.纳米光学天线最小尺寸

纳米光学天线与传统天线比较，首先在维度上是最小尺寸。1985年，wessel教授基于金属小颗粒能有类似于传统天线接收入射电磁波的属性，最早提出光学天线的概念。随后，Pohl教授对这种类似性进行系统的讨论，通过比较近场光学探针与传统天线的相似性，得出传统天线理论可以应用于近场光学。由于光学偶极子天线谐振长度远远小于入射光半波长，这与传统天线理论相悖，Novotny教授用有效波长的概念解决了该问题。

2010年03月17日新华网报道：日本广岛大学的研究小组日前开发出纳米级超小型天线.天线宽75至125纳米、长500纳米，相当于把普通电视天线缩小到百万分之一。构成天线的5根“枝杈”是用金制作的，固定在透明的氧化硅板中。这种天线能够收发波长为400至800纳米的电磁波。纳米光学天线是自赫兹发明天线以来，所有天线中最小天线，它的工作频段进入光频段，即THz。然而纳米天线进入光频段，出现一些超常特性。2.纳米光学天线的超常特性

天线是接收和辐射电磁能的工具，具有非常广泛的应用，在光学波段可以利用光学天线在纳米尺度对光波进行调控。基于表面等离子体共振的纳米光学天线的一个独特性质是约束场。一个很小金属颗粒受光激后，经常被看作一个偶极子天线，纳米粒子可以通过外场的激发，而成为光源,并拥有其独特的光学性能。纳米天线对特定波长的辐射，具有强吸收和强散射的特性，该特性与粒子的大小、形状、介质环境等因素紧密相关。

当表面等离子体谐振时，纳米金属粒子的极化作用明显增强，诱发的偶极子也极大地增强，这也导致电磁场大大增强。这种性能常常被用来增强某些光学过程的弱辐射截面,如拉曼散射、荧光现象或者提高非线性光学响应。这种性能与微波线天线受外场激励后，在谐振状态，产生的感应电流在平行极化时，会使天线辐射场明显增强，这两者有相类似的现象。A.频谱调控：

据科学时报2010年1月27日报道：中国科学技术大学科研人员发现：无线电通信天线尖端尺寸减少到纳米量级，并非常接近另一金属表面而形成一个纳米腔室时，就可以调控局域等离激元谐振模式，来对腔内荧光体的发光特性进行有效控制，在光频区实现新奇的电光效应：电致热荧光、上转换发光和“彩色”频谱调控。这些发现及其隐含的物理机制，揭示了局域的纳腔等离激元场，可以作为一种近场相干光源，在光电耦合与转化过程中，起着至关重要的调控与放大作用，为纳米光电集成提供了新的思路。B.实现高增益单波束辐射：

单向纳米天线可以为任何无方向性的光发射器（如微激光器、纳激光器或等离子激光器（Spasers），甚至量子点）引入方向性。立方体天线通过精确控制光束宽度与方向，实现光会聚。特殊结构的纳米天线能够改变与其相耦合的点光源的方向性，甚至可实现高增益单波束辐射。调天线单元间距可实现对光束指向的微调。

C.利用非对称光学缝隙纳米天线，可以调控光的耦合和辐射方向。

D.圆偏振光的调控: 利用L形光学缝隙纳米天线，通过调节天线尺寸来改变两个相互正交的线偏振的不同模式的相位，可以获得90度的相位差和近似相等的强度，从而实现圆偏振光。

E.增强自发光辐射： 用由金制成的外部天线，来增强铟镓砷磷(InGaAsP)制成的纳米棒的自发光辐射，可增加115倍。

F.产生开关效应: 由北京大学物理学院、美国Rice大学、国家纳米科学中心、北京大学前沿交叉学院共同合作完成的“导电衬底金属九聚体纳米天线结构Fano共振开关效应”.G.改变纳米天线尺寸与波长的关系: 使用不规则碎片形状，可改变纳米天线尺寸至非常小，或增大至人类头发的宽度.H.改善天线的性能: 使用3D打印技术制成的半球立体天线,其性能比普通的单极天线高一个数量级，同时也能大大减小纳米天线尺寸，不足波长的十二分之一.I.创建负折射现象来控制光的偏振: 2011年12月26日 ,科技日报报道：(http://www.xiexiebang.com)实验证明，纤细的等离子体纳米天线阵列能采用新奇的方式对光进行精确地操控，改变光的相位，形成负折射现象.通过改变光的相位，能显著改变光的传播方式，同一种光波通过折射率不同的物质时，相位就会发生变化。创建负折射现象，也可以控制光的偏振。有别于经典的折射和反射定律。普渡大学的科研团队制造出了这种纳米天线阵列，光波波介于1微米(百万分之一米)到1.9微米之间的近红外光附近，大大改变了光波的相位和传播方向。J.控制和引导吸收光的能量: 据美国物理学家组织网2011年7月10日报道，加拿大科学家从植物的光合作用装置——捕光天线中获取灵感，研制出了新型纳米捕光“天线”，它能控制和引导吸光能量。这是整合在DNA（脱氧核糖核酸）和半导体研究两方面的先进成果，发明了这种方法，让某些类型的纳米粒子相互依附在一起，自我组装成最新的纳米天线复合物，并将这种由量子点自我组装而成的材料命名为“人造分子”。令人吃惊的是，这种天线能自我组装而成，用筛选出来的特定DNA序列包裹不同类型的纳米粒子，将其整合在一起。随后按照自然规律，自我组装成拥有特定属性的类似于分子的纳米粒子复合物。这种新型纳米天线能增加吸收光的能量，还可以将此光能量释放到该复合物内特定的位置上。新复合物也能捕捉太阳光中所包含的各种波长的光。这是一种新型能量产生器，这对探索小宇宙内能量形成机制有很好的启发。

K.调控光的速度: 苏格兰大学物理学联盟高校的科学家，在实验室内成功降低光的速度，即便光子回到自由的空间中，仍然以较低的速度运行。

L.重组光的性质：纳米纹理表面就像一种预编程序，入射光与表面相互作用后，光的性质就会发生改变。用已制作好的纳米阵列结构，在电子扫描显微镜下对阵列进行调整，实现对等离子光学性质进一步重组。因此能在制作好之后，而不是之前，决定所需的纳米结构来改变光的性质。

[size=15.0000pt]3.纳米光学天线形状与结构

纳米光学天线结构种类繁多，常见结构:分别是纳米棒、蝴蝶结形、纳米粒子对、八木-宇田天线、纳米粒子阵列。对称振子纳米光学天线，由两片金属薄膜和馈电间隙构成。共振时天线长度约为入射光波长的一半。振子臂形状除了长方形外，也可以为梯形，蝴蝶结形、圆盘形、三角形等。金属纳米颗粒的不同结构或组合决定了其等离子体共振峰值的位置，也就是结构决定其工作波长。不同结构的纳米天线具有不同的光学性能，这也提供了对基于纳米光学天线的光学元件的调控方法。.新近科技报道表明，纳米光学天线还有下列形状：

A.澳大利亚spacedaily网站2015年2月25日报道：澳大利亚科学家发明200纳米绝缘材料组成的立方体形状的纳米天线.性能优于先前的由导体和半导体材料组成的球形天线。B.纳米光学L形缝隙天线,可以辐射出圆偏振光。

C.不规则碎片形，也就是说它们由重复样板组成，复制最小属性的形状，以打造相似却更大的结构。使用这一不规则碎片形法，意味着研究人员研发的纳米天线可缩小至非常小的尺寸，或扩大至人类头发的宽度.D 3D立体半球天线

美国伊利诺伊大学电子和计算机工程系以及材料科学和工程系的两位教授联手，造出了一种突破性的“3D天线”。使用纳米级的“银墨水”，用类似打印机的原理，在一颗半球体表面上“打印”出了依附在弧形表面上的立体天线。这种3D立体天线的性能比普通的单极天线高一个数量级，同时尺寸也能大大缩小，不足波长的十二分之一。通过计算机设计多种天线形状，可以实现在各种基板，包括塑料薄膜、纸质、陶瓷等表面，实现“一键”打印天线，该技术非常便捷，可以实现诸如办公室打印文档一样快速打印制造天线。

E.V型结构纳米天线：普渡大学的科研团队制造出了纳米天线阵列,这种纳米天线是蚀刻在一层硅上方的金做成的V型结构，它们是一种“超材料”(一般都是所谓的等离子体结构)，宽40纳米。科学家们也已证明，他们能让光通过一个宽度仅为光波波长五十分之一的超薄“等离子体纳米天线层”。

F.人造分子式纳米天线：让某些类型的纳米粒子相互依附在一起，自我组装成最新的纳米天线复合物，将这种由量子点自我组装而成的材料命名为“人造分子”。

G.Bow-tie金属天线，通过利用双光子荧光增强作用，得到了天线间隙处场增强大约在1000量级。Bow-tie天线间隙处的场高度增强，应用于双光子聚合，得到30 nm的分辨率。H.单极纳米天线：在SNOM针尖上，制备单极光学天线，探测单分子荧光，得到了～25nm的光学分辨率。

I.金子塔形的纳米天线：荷兰阿姆斯特丹FOM研究所和飞利浦研究所的研究人员，设计了一种新型小金子塔形的纳米天线,而不是通常所采用的直柱形。这种形状能够增强光的电场与磁场之间的干涉，使场增强或改变光束的方向。[size=15.0000pt]4.纳米光学天线的材料

按材料的不同，光学天线可分为介质光学天线和金属光学天线。其中，介质光学天线可以作为近场光学探针对样本表面的隐逝场进行散射，实现局域场与传播场的相互转换。金属(金、银、铜、铝等)光学天线，一般由金属纳米结构组成，利用金属纳米结构与光的作用，实现传播场与局域场的相互转换和电磁场局域增强。

A.对称振子纳米光学天线，由两片金属薄膜和馈电间隙构成。两片金属薄膜材料多为金、银，也可用碳纳米管制成。

B.3D立体半球天线.使用纳米级的“银墨水”，用类似打印机的原理，在一颗半球体表面上“打印”出了依附在弧形表面上的立体天线。

C.纳米捕光“天线”.让某些类型的纳米粒子相互依附在一起，自我组装成最新的纳米天线复合物，这种由量子点自我组装而成的材料命名为“人造分子”。

D.创建负折射现象，控制光的偏振。有别于经典的折射和反射定律.制造出了纳米天线阵列并大大改变了光波波长介于1微米(百万分之一米)到1.9微米之间的近红外线附近光波的相位和传播方向。

E.使用由金制成的外部天线，并使用铟镓砷磷(InGaAsP)制成纳米棒光学天线。

F.用一种新穎的反射式金納米天线阵列，在襯底表面加工出超薄金属微納結构材料，与光波相互作用，呈現出一些超常特性。

G.使用绝缘材料组成的立方体形状的纳米天线。H.使用由导体和半导体材料组成的球形天线。

I.使用微型半导体量子级联(QC)激光器,在QC激光器上安装纳米天线，实现了纳米级的精度对激光点聚焦，从而可以使QC激光器执行亚微米级的扫描。使分辨率提高到可见光波长的百分之一。使体积更小，有更好的信噪比。

J.石墨烯制作的纳米天线: 佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的研究人员，通过计算机模拟，用石墨烯制作的纳米天线,可以用于纳米机器的网络中。除了能够在纳米机器之间通信外，石墨烯天线还能用于移动手机和网络连接的笔记本上，使它们得到更远的通信距离。石墨烯使用非常少的能源就能够运行。由于石墨烯的蜂窝结构，所以它的表面产生表面波的范围也最广。这种天线的特性是，在大小相同的情况下，辐射频率比普通材料天线的辐射频率还要低。

在 0.1 到 10 太赫兹之间波段,石墨烯纳米天线将无线网络中的数据速率提高超过两个数量级。

K.稀土掺杂上转换纳米发光材料具有高光化学稳定性、几乎无毒性、窄线宽、长荧光寿命、可调谐荧光发射波长等优势，是目前普遍看好且有望成为替代传统下转换荧光探针的新一代荧光生物标记材料。

L.用具有内凹型结构的金属钯纳米材料，制作的纳米天线.这种独特设计的金属钯纳米材料，具有高催化活性和太阳能利用价值，在光驱动有机加氢反应中，展现出优异的催化性能.

第二篇：纳米固体材料的特性及应用

纳米固体材料的特性及应用

摘要

本文阐述了纳米固体材料的概念及历史，说明了纳米固体材料的结构和由它引起的特性，介绍了纳米固体材料的各种应用。

关 键 词：纳米固体材料

特性

应用

纳米材料是目前材料科学研究的一个热点, 是21 世纪最有前途的领域。由于纳米材料具有特异的光、电、磁、热、声、力、化学等性能, 广泛应用于宇航、国防工业、磁记录材料、计算机工程、环境保护、化工、医药、建材、生物工程和核工业等领域, 其市场前景相当广阔。

目前我国从事纳米材料生产的企业有100 多家, 并建立了几个纳米材料研究基地, 有关科研部门和生产企业还对纳米复合塑料、纳米涂料、纳米橡胶和纤维的改性以及纳米材料在能源和环保等方面的应用进行了深入的研究和开发, 并取得一定的成果。近年来一些重大的研究成果不断问世, 如成功合成世界最长的碳纳米管, 制成性能优良的纳米扫描显微镜, 合成出高质量的储氢碳纳米材料等, 具有国际领先水平。我国已能生产铁、镍、锌、银、铜、铝、钴等金属纳米粉和氧化物粉末以及陶瓷粉末等30 多种, 有些产品已达国际先进水平。中国科学院化学研究所工程塑料国家重点实验室用天然粘土矿物蒙脱土作为分散相, 成功开发以聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、聚氨酯等为基材的一系列纳米材料, 并实现了部分纳米塑料的工业化生产。

纳米材料一般分为：纳米微粒、纳米薄膜（多层膜和颗粒膜）、纳米固体。

其中纳米固体材料是一类有广阔应用前景的新型材料,它是由纳米量级的超细微粒压制烧结而成的人工凝聚态固体。这种材料具有新型的固态结构,其性质与处于晶态或非晶态的同种材料大不一样,因此将它称为纳米固体材料。1963年，日本名古屋大学教授田良二首先用蒸发冷凝法获得了表面清洁的纳米粒子。1984年，由德国H.格莱特教授领导的小组首先研制成第一批人工金属固体（Cu、Pa、Ag和Fe）。同年美国阿贡实验室研制成TiO2纳米固体。20世纪80年代末，合金、半导体和陶瓷离子晶体等人工纳米固体相继问世。纳米固体材料具有全新的“类气态”结构，性能十分奇特。如纳米固体铁的断裂应力比常规铁材料一下子提高了近12倍；纳米固体铜又比一般铜材料的热扩散增强了近一倍。更为奇怪的是，普通状态下呈脆性的陶瓷，在纳米固体材料中却能被弯曲，其塑性形变竟然高达100%……来自太空的陨石和海底的锰结核中，都有超细微粒成分。人和动物的牙齿之所以特别坚硬，也与构成它们的物质是纳米尺度的超细微粒密切相关……

纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5纳米颗粒所构成的固体每立方厘米将含1019个晶界，原子的扩散系数要比大块材料高1014～1016倍，从而使得纳米材料具有高韧性。由于纳米粒子特有的结构，纳米粒子或纳米固体表现出一系列奇异而独特的性质，例如：①颗粒为6纳米的铁晶体，其断裂强度比普通多晶铁提高约12倍。普通陶瓷在常温下很脆，而纳米陶瓷不仅强度高，而且具有良好的韧性。②纳米金属的比热容比是普通金属的2倍，热膨胀率提高1～2倍。纳米晶体熔化时具有所谓准熔化相的中间相变过程。纳米铜晶体的自扩散率是普通点阵扩散的106～1019倍，这与纳米固体中存在较大空隙有关。③金属是电的良导体，纳米态下可能变为绝缘体。无极性的氮化硅是典型的共价键结构和绝缘体，在纳米态下不再是共价键结构，而且具有很强的极性，其高频交流电导急剧增大。一些典型的铁电体（见电介质物理学）在纳米态下变为顺电体。④铁磁性物质在纳米态下矫顽力几乎增大1000倍，但当尺寸减小到5纳米时，磁有序向磁无序转变，铁磁性消失变为顺磁性（见磁介质）。磁性金属的磁化率和饱和磁化强度均有很大改变。⑤纳米固体在较宽的波长范围内显示出对光的均匀吸收，几十纳米厚的薄膜相当于几十微米厚的普通材料的吸收效果。普通金属对光的反射率很高，而纳米金属微粒的反射率显著下降，通常低于1％。因等离子共振频率随粒子尺寸而变，当粒子尺寸改变时，对微波的吸收峰将发生频移。

固体的许多性能，在很大程度上取决于原子近邻间的状况。纳米固体的结构和原子排列的特殊性必将使其与结构相关的性能发生相当大的变化。纳米晶体物质的性能与通常的大晶粒多晶物质作比较，其差异是远远大于由晶态到非晶态的结构变化所引起性质的变化。

不同的化学组分在原子尺度的合金，是被限制在相图上所允许的范围内，即严格限制于一些在固态或熔融态中能互溶的化学成分之间。而大多数化学组分却是不互溶的……但是对于纳米固体，二元甚至多元的复合材料，可以通过把不同化学成分的超细微粒压制成多晶固体来获得，而不必考虑组成部分是否互溶。这样获得的纳米相复合材料，还不是在原子尺度上的合金，而是在纳米微粒尺度上的合金。但是如果微粒的尺寸达到有限几个原子间隙的大小时，两类合金的差异就大为缩小了。

由较大颗粒制备的常规材料中，相邻颗粒界面上的固态反应，由于参与反应的物质的颗粒和层厚较大，界面附近的原子与体内原子数量量比很小。所以，只能引起固体局部结构性质的改变。而纳米固体中存在的浓度极大且具有高度无序结构的界面，使得内部原子输运出现异常现象，导致自扩散系数的剧烈增大。加之纳米尺度的层厚及粒度使反应的距离变短，使相邻微粒之间的固态反应在较低的温度下就能进行。这将足以使纳米固体材料的界面组元中实现原子的混合，形成各种不同的亚稳相，实现材料的整体转变。这样，人们就有可能按预定的目的来改造和设计材料的性能。除了自扩散外，纳米固体中的量子隧道效应还使电子输运反常，某些合金的电导率可下降百倍以上，而其电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。

纳米固体在较宽的频谱范围内，显示出对电磁波均匀的吸收性能……“隐身飞机”需在其外壳包上某种吸波材料（又称隐身材料）。而几十纳米的纳米固体薄膜的吸收效果，与比它厚1000倍的现有吸波材料相同。

纳米陶瓷TiO2在常温下具有很好的韧性和延展性能。由于其高纯度的边界及小尺寸的晶粒，可在较低温度下烧结，并大大改善其性能。室温下的纳米陶瓷TiO2在压实中已结合得很好。当烧结温度高于500℃时就迅速增稠，而晶粒尺度却仅有微小增加。所以它能在比大晶粒样品低600℃的温度下达到类似于普通陶瓷的硬度……在冷加工成形后，可使之转变到常规陶瓷。若采用表面退火的办法，就能制成一种表面保持常规陶瓷的硬度和稳定性，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷……

利用纳米粒子的高度活性可制备活性极高的催化剂，应用较多的是半导体光催化剂, 特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒, 可近似地看成是一个短路的微型电池, 用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时, 半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下, 电子与空穴分离,分别迁移到粒子表面的不同位置, 与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。

纳米铝粉是一种纳米金属催化剂, 因粒径小, 烃类与催化剂的混合接触充分, 传质效果好。无锡威孚吉大应用开发研究所, 投入资金约500 万元, 进行纳米铝粉应用于改进三元催化剂的研究和开发。同时公司还将纳米技术应用于汽车尾气净化, 应用前景较乐观。武汉塑料工业集团股份有限公司以中科院化学所工程塑料国家重点实验室为技术依托, 建设两条纳米材料生产线, 制造高性能聚合物/ 粘土纳米复合材料。该材料具有高强度、耐热、高阻隔及自熄灭性等优点, 在汽车、电子、建材、包装等领域有较大的应用潜力。另外, 江苏五菱常泰纳米材料股份有限责任公司也进行纳米材料及其产品的研究、制造及营销。江苏和陕西等地也分别建成纳米氧化锌生产线。

在火箭固体燃料中掺入铝的纳米微粒，可提高燃烧效率若干倍。利用铁磁纳米材料具有很高矫顽力的特点，可制成磁性信用卡、磁性钥匙，以及高性能录像带等。利用纳米材料等离子共振频率的可调性可制成隐形飞机的涂料。纳米材料的表面积大，对外界环境（物理的和化学的）十分敏感，在制造传感器方面是有前途的材料，目前已开发出测量温度、热辐射和检测各种特定气体的传感器。在生物和医学中也有重要应用。

Nano solid material properties and applications

Tiansainan Chemistry engineering of Beijing Institute of Petrochemical Technology Beijing 1026174；化092

090040 This paper expounds the concept and nano solid materials history, explained the structure of solid materials and nanotechnology caused by its characteristics, this paper introduces the application of nano solid materials.参考文献

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物理, Physics, 1991年 05期

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第三篇：浅论纳米材料的特性及应用

浅论纳米材料的特性及应用

人类 论文关键词：纳米尺寸；性能

论文摘要：纳米尺寸开辟科学新领域，介绍纳米材料的神奇特性及在生活中的应用。

对物质世界的研究，曾小到原子、分子，大到宇宙空间。从无限小和无限大两个物质尺寸去认识物质，使人们了解到世界是物质的。物质是由原子或分子构成的，原子、分子是保持物质化学、物理理特性的最小微粒。这为人类认识世界、改造世界推进科学的向前发展提供了坚实的理论基础，也产生了一个个的科学原理和定理，推动了人类生产和生活的不断向前发展。

随着科学研究的进一步发展，人们发现当物质达到纳米尺度以后，大约在这个范围空间。物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观物质的特殊性能的物质构成的材料，即为纳米材料。

过去，人们只注意原子、分子，或者宇宙空间，常常忽略他们的中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，它的性能并引用纳米概念的是日本科学家。他们发现：一个导电，米尺度以后，它就失去原来的性质，度，大约是在1效应，量子隧道效应等及由这些效应所引起的诸多奇特性能。学特性，这些特性在光、电、磁、催化等方面具有非常重大应用价值。

近年来，已在医药、1医学方面的应用：

目前，国际医学行业面临新的决策，从动植物中提取必要的物质，的想法，随着健康科学的发展，高药效，发展药物定向治疗，必须凭借纳米技术。数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，覆蛋白质表面携带药物，纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由的滚动，因此可以用检查和治疗身体各部位的病变。利用纳米系统检查和给药，受人们的欢迎。

2在涂料方面的应用；

纳米材料由于其表面和结构的特殊性，的涂层技术，再给涂料中添加纳米材料，传统涂层功能改性从而获得传统涂层没有的功能，耐腐蚀、变色等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射，耐大气侵害和抗降解等，在卫生用品上应用可起到杀菌保结作用。在建材产品如玻璃中加入适宜的纳米材料，可达到减少光的透射和热估递效果，产生隔热，阻燃等效果。由于氧化物纳米微粒的颜色不同，黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。色的效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面色彩多样化。

3在化工方面的应用；只是以前没有认识到这个尺度的范围的性能。表现出既不导电，也不导热。纳米这个范围空间，就会产生特殊的表面效应，体积效应，量子尺寸生物、环境保护和化工等方面得到了应用，那就是用纳米尺度发展制药业。然后在纳米尺度组合，人们对药物的要求越来越高。可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织，注射到人体血管中，避免身体健康部位受损，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，纳米材料的颜色不仅限粒径而变，第一个真正认识到导热的铜、材料在尺寸上达到纳米尺拥有一系列的新颖的物理和化 并显示出它的独特魅力。纳米生物医学就是最大限度发挥药效，这恰恰是我国中医控制药物释放减少副作用，提纳米粒子可使药物在人体内方便传输。用称为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包通过磁场导航输送到病变部位，可以大大减小药物的毒副作用，如；有超硬、耐磨，抗氧化、这样可以通过复合控制涂料的颜色，而具有随角度变Tio2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能 ～100纳米 尤其是因而深借助于传统使得阻燃、克服碳1银导体做成纳～100然后释放药物。

具有一般材料难以获得的优异性能。耐热、化工业影响到人类生活的方方面面，如果在化工业中采用纳米技术，将更显示出独特畦力。在橡胶塑料等化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米Sio2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3和SiO2,加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。最近又开发了食品包装的TiO2.纳米TiO2能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有利污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。

4其他生活方面的应用：

纳米技术正在悄悄地渗透到老百姓衣、食、住、行各个领域。化纤布料制成的衣服虽然艳丽，但因摩擦容易产生静电，因而在生产时加入少量金属纳米微粒，就可以摆脱烦人的静电现象。不久前，关于保温被、保温衣的电视宣传，提到应用了纳米技术。纳米材料可使衣物防静电、变色、贮光，具有很好的保暖效果。冰箱、洗衣机等一些电器时间长了容易产生细菌，而采用了纳米材料，新设计的冰箱、洗衣机既可以抗菌，又可以除味杀菌。紫外线对人体的害处极大，有的纳米微粒却可以吸收紫外线对人体有害的部分，市场上的许多化妆品正是因为加入了纳米微粒而具备了防紫外线的功能。传统的涂料耐洗刷性差，时间不长墙壁就会变的班驳陆离，纳米技术应用之后，涂料的技术指标大大提高，外墙涂料的耐洗刷性提高很多，以前的电视、音响等家电外表一般都是黑色的，被称为黑色家电，这是因为家电外表材料中必须加入碳黑进行静电屏蔽。如今可以通过控制纳米微粒的种类，进而可控制涂料的颜色，使黑色家电变成彩色家电。

其实，纳米技术最早只是合成，限于纳米微粒，后来有了其他形貌，大概3-40年。第二阶段是复合，核壳结构，薄膜，分形等，都是这个阶段，大概在90年代到2000年。第三阶段是功能化，现在的文章也很注重应用了，没有应用前景的是发不了高档次的，当然，功能化还是有点复合的味道的，因为这是一个不可分割的过程。我么现在所处的时段就是功能化。

在我的观点看来，至于纳米材料的前景，很大程度上要看这一二十年了，如果没有不可代替的应用必要，那么其前景将暗淡，会想超导材料一样，热了几十年，现在限于停滞，国外基本上不大规模搞了。

任何一项技术的进展都是十分缓慢的，既然我们生存的一个宏观世界，纳米世界的物质的安全性也要考虑的，所以很多应用还只是实验室阶段，这就限制了应用，但是这是发展的必要。

总之，在未来生活中，纳米技术将带给我们无限的舒心与时尚，使人类的生存的条件更加优越。

第四篇：广播电视发射天线技术及应用

广播电视发射天线技术及应用

摘 要近年来，随着科学信息技术的发展，在广播电视行业中广播电视技术得到了广泛的应用，并在具体的实践活动中推动了我国广播电视行业的迅猛发展。就其基本构成来看，广播电视发射天线技术是极为重要的因素和环节，以有效实现广播电视信号在接收环节的优化和提升，并且为广电工程在天线参数设置和具体的设计环节提供科学、合理的依据，使其在广播电视行业中得到推广和应用。

关键词 广播电视技术；发射天线技术；应用

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）165-0098-01

在具体的生活实践中，无线电视和广播是人们进行信息资源获取的常用途径。而这个进行信息获取的过程通常涉及到信号的接收问题，但通常无线信号的接收一般是通过电视天线来完成的，就我国的当前实际来看，广播电视发射天线技术在具体的应用中所采取的是一种全新科学设计的发射装置，同传统性的发射天线相较而言，在科学技术的推动和升级改造下，能够在具体的应用中实现高质量、低消耗、少问题的建设目的。在这样的设备应用中，标志着广播发射技术也随着信息技术的发展迈入数字化的建设时代，使得广播电视发射天线技术成为全新型的传播技术。广播电视发射天线工作原理

广播与电视机构的发射端以电磁波的形式进行信号发射之后，接收端通过接收装置对相关信号进行系统性的处理和转换，再通过不同的接收设备来接收不同的、清晰优秀的图像和声音。这样的过程就是广播电视的具体工作过程[1]。在一个完整的工作过程创设中，进行信号电磁波的发射是天线的主要功能，通过先进化设备的支持，在相对简单的处理过程中实现对信号的转换和传播。由此可见，天线的工作原理体现在将接收环节的短信号波转换为电磁波的形式并通过介质的支持实现有效的传播。广播电视发射技术

2.1 广播发射技术

就我国当前的基本应用来看，立体声调频是在调频广播机构的发射端所较常使用的发射装置，在具体应用中，其发射装置具有多样性的发射功能。通过有效的立体声实现相应的调频管理，并且能够在单声道立体的调频应用中实现对多种节目的管理，使得在具体的应用中能够使有广播机构发射端发射的信号更加稳定，并且在具体的应用中功率更高且应用噪音更小[2]。

2.2 电视发射技术

电视发射端进行系统性的装置应用中最为频繁的是电视发射机，此外，还包含着具体应用中的检测调节设备和控制设备等。其基本的工作原理是电视发电机在整体性的处于低电平的状态下，将电视装置设备调制到中频状态，并通过变频器的应用将大功率的射频信号波进行挑选，并将这些信号通过馈线的传输作用发送至电视接收天线，由天线的作用之后进行一定程度的接收和转换，最后以电磁波的方式传输到信号传播的制定规划区域，然后在区域内的接收装置设置，有效的通过音频和图像的方式通过电视媒体的介质得以呈现。广播电视发射天线技术的应用

随着人们生活水平的不断提高，在日常的生活应用中，电视和广播已经是我们进行信息获取的有效渠道，所以，在不断的发展进步中，人们对于具体应用环节的广播电视发射技术也有了更高的要求，以满足人们对于信息获取的要求。

3.1 应用现状分析

在相关部门在对广播电视行业内的调查数据显示，在我国当前社会发展中的大中型城市应用中，在具体的生活建设中，广播电视发射天线技术得到了广泛且大量的应用，并在社会经济和科学技术以及行业的发展建设中朝着小城市的方向发展和蔓延，并不断的推广和应用。于广播电视技术的发展而言，科学技术的发展推广和具体应用使得其在应用范围中的建设不断的拓展和增强，并且在全新技术的发展和应用下，实现了传统发展技术和信号传输方式的变革和推广，并对相关的接收信号进行合理的优化处理，以确保整体运行中信号的接收质量和传输画面的质量高效性[3]。

在基本的应用发展中，在整体运行和发展环境推动下，技术革命和材料革命的有效开展使得广播电视发射天线技术的应用和推广得到了更加有效的支持和管理，使得在具体信号传输中的频道传输更加的广泛，进而也确保了整体通讯容量的拓展性，并且在基本的传输建设过程中，使得信号间的信号干扰不断减少，这也就确保了信号传输过程中的抗干扰能力，保证最后传输的整体质量。

3.2 缝隙天线

在具体应用表现方面，缝隙天线有广泛的应用，在基本的应用中，缝隙天线是通过导体体面的分裂而形成，所以，在一般情况下又称为开槽天线。就具体的表现来看，矩形状是缝隙天线最常见的表现状态和形式，其长度一般为整体波长的1/2。跨接形式是缝隙天线的有效传播方式，能够在窄边馈电的方式下实现信号的合理有效传播，在微波波段的通信雷达和电子对抗以及导航设备，甚至是高速运行的飞行器设计方面实现有效的应用。另外，因为缝隙天线在基本构造方面相对简单化，所以在对一些口径场的具体分布的控制也相对方便快捷，使其在实际生活中得到广泛的应用。

3.3 蝙蝠翼天线

通常而言，蝙蝠翼天线又称为正交振子天线，是具体应用中相当普遍的形式，主要通过两个正交对称却又无差别的半波进行振子对的构成和组合，同理而言，可以实现对电流的激励控制。蝙蝠翼天线在具体的平面处理工作中，通过圆极化同法线的整体方向相一致，而线极化在一般情况下则处于辐射场之外。在具体的应用中，处于水平对称状态的振子会因为对称面的面积偏大，能够保证整体过程中同步频道状态下信号的优良匹配性。这样的基本工作运行原理确保了电波在通过电视的介质传播时对电视的屏幕画面不会出现重影的现象，进而使得广播和电视信号在接收过程和具体展现时的效果更加的理想和有效[4]。

在具体的应用中，蝙蝠翼体现在整体表现上有驻波系数较小而同频带宽较大的特点，所以，在具体的应用中，没有实现具体介质的绝缘子保护，也能有效确保振子和整体天线之间信号传输和应用的可靠性和稳定性。所以，在现今社会发展和人们对于广播电视的需求而言，蝙蝠翼的应用在不断的推广和完善。结论

在社会经济和科学技术的发展和推动下，广播电视发射天线技术在网络化和信息化的推广变革下实现了具体发展中的机遇建设，并在新技术和新材料的更新换代下推动着广播电视发射天线技术的更新和前进，实现行业内的整体完善和提升，以及各个层面的进步。近年来，随着社会经济的发展和推动，人们对于广播电视的质量要求也在不断提升和强化，使得具体应用技术也在更新和完善，以确保信号在通过介质的传播之后确保播放环节的稳定性和质量性，以更好地满足人们对于具体生活实际的服务有效性，确保服务质量的合理有效性。

参考文献

[1]孙春茂.浅析广播电视发射天线技术及应用[J].科技风，2013（10）：127.[2]聂丽芬.广播电视发射天线技术及其应用研究[J].企业技术开发，2014（33）：55-56.[3]苗斌.广播电视发射天线技术及应用[J].西部广播电视，2015（8）：224-225.[4]席鹤鹏.广播电视发射天线技术与其应用[J].西部广播电视，2015（13）：243-244.

第五篇：天线测量-时域应用

三． 天线的增益和方向图测量

在天线外场测试中，地面或周围环境的反射要对增益和方向图的测量结果带来或大或小的误差。

1． 测量误差分析

图3 天线测试示意图

如图3，两相距D米，高度为H米的收发天线架设在反射系数为r的地面上。因天线的方向性，假设发射天线辐射到O点的场强是最大值的倍，接收天线接收到O点反射波场强是其最大值的倍。接收天线的接收场强由直射波场强E1和反射波场强E2构成。

两波的路程差为:(7)

假设直射波的场强E1归一化为1，则

(8)

合成波的场强E为:(9)

A．增益的测试误差分析

天线的增益测量一般采用比较法，因为被测天线往往与标准天线的形状不一样，即使这两种天线架设在同一位置，相位中心也不一定重合，假设被测天线比标准天线距发射天线近L米，则两波的路程差变为:

(10)

合成波的场强为:

(11)

引起的增益误差为：

(12)

B．方向图测试误差分析

同样的道理，天线在旋转过程中，有时相位中心没在转轴上，假设相位中心距转轴的距离为L，转动的起始角在收发天线的连线上。

则两波的路程差为:(13)

合成波的场强为:(14)

图4 合成波随天线间距变化关系 图5 合成波随被测天线旋转变化关系

图4中取k1=0.4 k2=0.5 r=0.9 H=3 f=1GHz； 图5中取k1=0.8 k2=0.9 r=0.9 H=3 D=10 L=0.2 f=1GHz。如果只有直射波，归一化场强为1；可看出反射波带来±0.4倍（±2dB）左右的误差。误差可以通过减小地面反射系数，增加天线架设高度和提高发射天线的增益来减小，但很多时候不容易做到，最彻底的方法是采用时域技术去掉反射。

2． 时域应用方法

反射给我们的方向图测试结果造成误差，我们现在用安立公司的矢量网络分析仪MS4623B加时域功能OPTION2把它滤掉，其具体的方法是：

A．根据天线的架设情况计算出反射波与直射波的路程差和时延大小。比如：当D=10m,H=3m时，反射波与直射波的路程差为1.66m，时延为5.53E-9秒。

B．首先在频域内测量，根据实际选择对应的频率测量范围。

在DOMAIN菜单下选择FREQUENCY SET UP中的RANGE SET UP，用CENTER、SPAN设置。

C．VNA通过傅立叶反变换计算到时域。

按键APPL，DOMAIN将DISPLAY中TIME/DISTANCE选择为TIME，再选择TIME BAND。

D． 在时域中设置“门”，选择需要通过或需要去除的响应。

通过GATE SETUP设置CENTER 和SPAN，去除延时的反射波。

E． 设置好后，让测试系统每转动一个角度，扫描记录一次数据。

同时测得一个频带内多频点方向图数组。

除了扣除一些指定的多余信号响应外，我们也可以运用ANTI-GATING功能只保留指定信号以外的的响应，其操作方法和GATE基本相同，只需要在GATE中的SPAN选择负值即可，这样就保留主要信号的响应而把其余一些信号响应均去除掉。

四． 总结

随着现代电子测试技术的进步，许多以前无法测试或者无法精确测试的难题现在逐步的得到解决，上面的仪器功能和测试方法就是个例，矢网的时域功能对天线测试是非常实用的功能，把它介绍出来，供大家参考使用。

参考资料:

1.《天线测量》林昌禄著 MS462X矢网指南(Anritsu)

3.Time Domain for Vector Network Analyzers Application Note(Anritsu)