Physics of Carbon Nanotube Devices

Physics of Carbon Nanotube Devices pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Leonard, Francois
出品人:
页数:300
译者:
出版时间:2008-10
价格:1235.00
装帧:
isbn号码:9780815515739
丛书系列:
图书标签:
  • 碳纳米管
  • 纳米电子学
  • 物理学
  • 器件物理
  • 半导体
  • 材料科学
  • 纳米技术
  • 电子器件
  • 碳材料
  • 凝聚态物理
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具体描述

Possibly the most impactful material in the nanotechnology arena, carbon nanotubes have spurred a tremendous amount of scientific research and development. Their superior mechanical and chemical robustness makes them easily manipulable and allows for the assembly of various types of devices, including electronic, electromechanical, opto-electronic and sensing devices.

In the field of nanotube devices, however, concepts that describe the properties of conventional devices do not apply. Carbon nanotube devices behave much differently from those using traditional materials, and offer entirely new functionality. This book - designed for researchers, engineers and graduate students alike - bridges the experimental and theoretical aspects of carbon nanotube devices. It emphasizes and explains the underlying physics that govern their working principles, including applications in electronics, nanoelectromechanical systems, field emission, optoelectronics and sensing. Other topics include: electrical contacts, p-n junctions, transistors, ballistic transport, field emission, oscillators, rotational actuators, electron-phonon scattering, photoconductivity, and light emission. Many of the aspects discussed here differ significantly from those learned in books or traditional materials, and are essential for the future development of carbon nanotube technology.

. Bridges experimental and theoretical aspects of carbon nanotube devices, focusing on the underlying physics that govern their working principles

. Explains applications in electronics, nanoelectromechanical systems, field emission, optoelectronics and sensing.

. Other topics include: electrical contacts, p-n junctions, transistors, ballistic transport, field emission, oscillators, rotational actuators, electron-phonon scattering, photoconductivity, and light emission.

. Covers aspects that significantly differ from those learned in traditional materials, yet are essential for future advancement of carbon nanotube technology.

* Bridges experimental and theoretical aspects of carbon nanotube devices, focusing on the underlying physics that govern their working principles

* Explains applications in electronics, nanoelectromechanical systems, field emission, optoelectronics and sensing.

* Other topics include: electrical contacts, p-n junctions, transistors, ballistic transport, field emission, oscillators, rotational actuators, electron-phonon scattering, photoconductivity, and light emission

* Covers aspects that significantly differ from those learned in traditional materials, yet are essential for future advancement of carbon nanotube technology.

《先进材料科学前沿:碳基功能器件》 本书深入探讨了当今材料科学领域最令人振奋的进展之一——利用碳基材料构建高性能功能器件。我们将目光聚焦于那些能够驱动下一代电子、能源、传感和生物医学技术发展的创新材料和设计原理。 核心内容概览: 前沿碳基材料的结构与性质: 本书首先对具有革命性潜力的碳基材料进行全面介绍,包括但不限于: 石墨烯的精妙结构与非凡属性: 深入解析石墨烯的二维晶格结构,阐述其卓越的导电性、导热性、机械强度以及独特的电子传输特性。我们将探讨不同制备方法(如化学气相沉积CVD、机械剥离、氧化还原法)对石墨烯品质的影响,以及其在电子学、传感器等领域的应用潜力。 碳纳米管的维度优势与多样化形态: 详细介绍单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)的形成机制、手性对电子性质的关键影响(金属型与半导体型),以及其在高性能晶体管、场效应器件、存储器和复合材料中的应用前景。 富勒烯的笼状结构与光电特性: 审视富勒烯家族(如C60、C70)独特的球形或椭球形分子结构,以及它们在有机太阳能电池、发光二极管(OLEDs)、催化剂和药物输送系统中的应用探索。 碳纳米纤维和三维石墨烯网络的构建与性能: 关注这些具有大比表面积和优异导电性的材料,它们在超级电容器、电池电极、传感器阵列和过滤膜等方面的突出表现。 基于碳材料的功能器件设计与制造: 本书将重点阐述如何将这些先进碳材料转化为实际功能器件,涵盖: 碳基晶体管与逻辑电路: 深入分析基于半导体型碳纳米管和石墨烯的场效应晶体管(FETs)的器件结构、工作原理、迁移率极限、短沟道效应以及可靠性挑战。我们将探讨高性能逻辑门、存储单元以及未来柔性电子器件的实现路径。 碳基传感器与生物传感器: 详细介绍碳材料在化学传感器、气体传感器、应力传感器和生物传感器(如葡萄糖传感器、DNA传感器)中的应用。重点分析其高灵敏度、快速响应以及多功能集成能力,以及如何通过表面修饰和功能化来提高选择性和稳定性。 碳基能源存储与转换器件: 探讨碳材料在下一代能源技术中的关键作用,包括: 超级电容器: 分析石墨烯、碳纳米管和多孔碳材料在电极材料中的应用,实现高能量密度和功率密度。 锂离子电池与下一代电池: 考察碳材料作为负极、导电剂和锂离子电池关键组分的应用,以及其在固态电池、钠离子电池等新兴电池技术中的潜力。 燃料电池: 介绍碳基催化剂载体和电极材料在提高燃料电池效率和寿命方面的作用。 太阳能电池: 重点关注碳基材料在有机太阳能电池(OSCs)和钙钛矿太阳能电池中的应用,提升光电转换效率和器件稳定性。 碳基光电器件与显示技术: 探索碳材料在OLEDs、量子点显示器以及光探测器中的应用,以及如何利用其独特的电子和光学性质实现高效发光和信号转换。 柔性与可穿戴电子器件: 关注碳材料的优异机械性能和可加工性,使其成为制造柔性显示器、柔性传感器、可穿戴健康监测设备以及其他新兴领域的理想选择。 挑战与未来展望: 本书亦将不回避当前碳基功能器件发展所面临的挑战,例如: 可控制备与规模化生产: 探讨如何实现高质量、高纯度、低成本的碳材料批量生产。 器件集成与封装: 讨论如何将不同碳基器件有效地集成到复杂系统中,以及有效的封装技术以保证器件的稳定性和寿命。 材料性能的进一步优化: 展望通过纳米结构设计、表面功能化、掺杂改性等手段,进一步挖掘碳基材料的潜在性能。 新兴应用领域的探索: 展望碳基材料在量子计算、人工智能硬件、先进通信技术以及生物电子学交叉领域中的未来发展方向。 通过对这些关键主题的深入解析,本书旨在为材料科学家、工程师、研究人员和对先进功能器件感兴趣的学生提供一个全面、前沿的知识体系,共同推动碳基材料科学与技术的发展。

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读后感

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用户评价

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这本关于碳纳米管器件物理的著作,从我这个并非科班出身的材料学研究者角度来看,无疑是一部结构严谨、内容深刻的专业指南。初翻开来,最引人注目的是其对纳米尺度电子输运理论的深入剖析。作者似乎并未满足于仅仅罗列已有的模型,而是花费了大量篇幅来探讨量子效应在极小尺寸结构中如何重塑宏观电学特性。例如,关于碳纳米管的能带结构计算和缺陷对电荷迁移率影响的章节,其数学推导的严密性令人印象深刻,即便是对于那些熟悉半导体物理的读者,也能从中获得新的视角。书中对费米能级调控、接触电阻优化这些实际工程问题,也给予了足够的技术细节支撑,使得理论探讨与实际器件制造之间的鸿沟得以有效弥合。尤其是在讨论隧穿效应和载流子散射机制时,作者的论述逻辑清晰,层层递进,仿佛带领读者亲身经历了一次微观世界的探索之旅。总的来说,对于希望深入理解纳米电子学基础的科研人员来说,这本书提供了一个坚实且全面的理论框架。

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我是一名专注于柔性电子设备集成的工程师,对于这本专著的评价,我更侧重于其实用性和前瞻性。坦白说,初看时我对其中大量涉及量子力学的公式感到有些吃力,但很快我发现,这些看似晦涩的理论,正是理解碳纳米管场效应晶体管(CNTFETs)非理想行为的关键。书中有一部分专门讨论了在高频工作条件下,器件的寄生效应和热管理问题,这正是我日常工作中经常遇到的瓶颈。作者并未提供“即插即用”的解决方案,而是深入挖掘了这些问题的物理根源,比如长沟道效应的起因和如何通过优化栅极设计来抑制。另外,关于碳纳米管的宏观集成技术,如流体自组装和印刷电子学兼容性方面的讨论,虽然篇幅不算最大,但其对不同制造工艺局限性的客观分析,对于指导我进行下一代柔性衬底上的大规模集成试验非常有帮助。它更像是一本“诊断手册”,指导你如何从物理层面去诊断和改进你的器件性能,而不是一本简单的“操作指南”。

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作为一名刚入职的博士研究生,我急需一本能帮我快速建立起碳纳米管器件物理知识体系的参考书,而这本书在这一点上做得相当出色,尽管它的深度远远超出了我的预期。我最欣赏的是其对材料本征特性与器件性能之间关系的处理方式。它不仅仅是描述了“碳纳米管是好的导体/半导体”,而是细致区分了单壁管和多壁管的差异,以及手性(Chirality)如何决定其导电类型。书中对测量技术和表征方法的介绍也十分详尽,例如如何通过拉曼光谱来判断管径,如何通过低温霍尔效应测量来确定载流子浓度和迁移率。这些内容对我准备实验方案、理解实验数据背后的物理含义至关重要。唯一的遗憾是,关于溶液化学和功能化修饰对器件长期稳定性的影响,内容稍显不足,可能需要结合其他专注于化学界面研究的文献来补充。但即便如此,它为我的研究打下了极为扎实的物理基础。

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从一个资深物理学教授的角度来看,这本书的学术价值在于其对“范式转换”的记录与引导。它成功地将20世纪晚期凝聚态物理的精妙工具,应用到了21世纪初最热门的纳米材料体系上。全书的叙事风格非常凝练,几乎没有多余的介绍性语言,直奔核心物理机制。我特别欣赏其中对“量子尺寸效应”在碳纳米管中体现的详尽讨论,它清晰地阐述了当材料维度降至原子级别时,传统的体材料理论如何失效,以及新的边界条件如何重塑能带结构和输运规律。该书对先进器件结构,比如垂直堆叠的纳米管结构和三维集成方案的物理建模,进行了前瞻性的探讨,虽然这些技术可能尚未完全成熟,但其理论基础的完备性为未来的技术发展指明了方向。总而言之,这是一本面向严肃研究人员的经典参考书,它要求读者具备扎实的物理基础,但回报以对纳米电子器件物理学的深刻洞察力。

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我对这本专业书籍的评价,侧重于它在跨学科交流方面所起到的桥梁作用。我主要从事的是传感器和生物电子学研究,碳纳米管因其高比表面积和良好的生物相容性,在我们领域应用广泛。这本书中关于表面吸附模型和化学势变化的讨论,为我们理解碳纳米管阵列如何响应环境中的特定分子或生物标志物提供了精确的物理模型。书中用到的热力学和统计力学工具来解释阈值电压漂移(Threshold Voltage Shift)的现象,比单纯的化学吸附理论更具解释力。此外,作者在介绍纳米电子学器件时,不回避与传统硅基MOSFET的对比,这对于我们这些习惯于CMOS工艺的工程师来说,是非常及时的参照系。它帮助我们清晰地认识到,从硅的成熟体系转向基于碳纳米管的新一代器件,在物理层面上我们需要攻克的那些本质性障碍。这本书的价值在于,它用统一的物理语言解释了纳米管在电子学和传感领域的双重潜力。

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