关键词： 二维六角晶体   Dirac电子   外场调控   光吸收   量子输运   激子凝聚   Josephson效应   拓扑量子相变   Berry相位  

摘要： 本文综述由碳、硅、硼氮和二硫化钼等单元素或双元素构成的二维六角晶体材料中Dirac电子的研究成果与最新进展。文章从引言开始,接着介绍这些二维六角晶体材料的空间结构和基本电子性质;然后探讨外场调控下这些材料在能谱和光吸收、量子输运、激子凝聚和热Josephson效应,以及拓扑量子相变等方面所表现出来的新奇的物理现象、简要的理论处理和可能的应用前景;最后给出二维六角晶体材料相关研究的总结和展望。谨以本文献给南京大学建立物理学科100周年。

关键词： CdTe量子点   荧光纳米复合材料   细胞标记   分子印迹   蛋白质识别  

摘要： 近年来，量子点以其优越的理化性能被成功应用于肿瘤细胞标记和生化分析领域。在细胞标记方面，通常量子点具有较高的生物毒性，有必要寻找合适的表面修饰方法既可以降低量子点的生物毒性，又不会影响其荧光性能。在生化分析领域，量子点面临的一个主要问题是选择性。通过分子印迹技术制备的分子印迹材料对模板分子具有特异选择性，将量子点的荧光性质与分子印迹材料的选择性能相结合制备的荧光传感器在实际应用中具有明显优势。目前制备的荧光传感器多以量子点为荧光信号收集转化元件，存在荧光信号稳定性低、特异性识别能力差、响应时间长等缺点。这是因为有机分子或聚合物包裹在量子点表面会影响其空间排列及交互作用，降低其性能。有研究表明，通过与碳纳米管或石墨烯复合可有效提高量子点的荧光性能。碳纳米管-量子点或石墨烯-量子点复合材料在电化学传感器领域表现出优异的光电流和光催化性能，并且以碳纳米管-量子点或石墨烯-量子点复合材料为荧光信号收集和转化元件制备分子印迹材料的研究报道较少。基于此，本论文开展了以下工作： （1）以L-Cys和MPA为混合修饰剂制备水溶性L-Cys/MPA共修饰CdTe量子点，并将其作为荧光探针用于标记肿瘤细胞。鉴于L-Cys和MPA各自的优缺点，以两者为混合修饰剂修饰量子点，制备荧光性能优异的CdTe量子点。通过调节L-Cys和MPA的摩尔比，来调控CdTe量子点的生长速率和改善荧光性能。结果证实：与单一修饰剂L-Cys或MPA相比，L-Cys/MPA共修饰CdTe量子点具有较快的荧光发射峰红移速率，且其粒径分布均一、稳定性强。50L-CdTe（L-Cys与MPA摩尔比为50%）的荧光量子产率达到66.4%，75L-CdTe（L-Cys与MPA摩尔比为75%）的荧光寿命为46.8ns。MTT实验结果表明75L-CdTe量子点（λem=615nm）对细胞毒性较小，可用于细胞标记。以75L-CdTe（λem=615nm）量子点为荧光探针用于标记人宫颈癌细胞（SiHa细胞），结果表明该量子点能有效地对SiHa细胞进行荧光标记。 （2）制备荧光纳米材料CdTe/CdS核壳结构量子点、碳纳米管-量子点（MWCNTs-QDs）和氧化石墨烯-量子点（GO-QDs），分别以这三种荧光纳米材料为荧光信号元件，制备三种蛋白质分子印迹纳米复合材料。在CdTe表面修饰CdS壳层得到CdTe/CdS核壳结构量子点；利用聚乙烯亚胺PEI分别修饰碳纳米管MWCNTs和氧化石墨烯GO，得到水溶性好的PEI-MWCNTs和PEI-GO；以EDC·HCl/NHS为交联剂，将CdTe/CdS量子点通过共价键分别与PEI-MWCNTs和PEI-GO连接，得到荧光性能好的MWCNTs-QDs和GO-QDs纳米复合物。根据表面分子印迹技术原理，分别以CdTe/CdS量子点、MWCNTs-QDs和GO-QDs为荧光信号元件，通过溶胶-凝胶过程在其表面印迹模板蛋白BSA，制备三种蛋白质分子印迹纳米复合材料BMIP1，BMIP2和BMIP3。其中以MWCNTs-QDs为荧光元件构建的分子印迹复合材料BMIP2对模板蛋白表现出更灵敏的荧光响应性能，其对模板蛋白BSA的吸附平衡点为0.9mg/mL，响应时间为25min，印迹常数为4.08。一系列的吸附实验表明，与非印迹材料相比，模板分子对印迹材料具有较强的荧光猝灭能力，说明印迹材料对模板分子有良好的识别能力。

关键词： 重离子碰撞   熔合反应   非中心效应   静态形变效应   三分裂   大质量转移   TDHF方法   ImQMD模型  

摘要： 低能重离子核反应一直是核物理研究的重要课题，它是研究原子核结构以及核力的重要途径。当反应能量在库仑位垒附近时，由于Pauli不相容原理的限制，核子的平均自由程很长，平均场起主要作用。核结构效应与量子效应会对反应产生显著影响，同时，库仑排斥力与核吸引力之间会表现出强烈的竞争关系；随着反应能量的升高，核子-核子碰撞开始起作用，平均场与两体碰撞之间也会出现竞争关系；这些都使得低能区的反应机制变得非常复杂。本文从微观量子多体理论出发，主要研究了以下三部分内容： (一)利用时间相关的Hatree-Fock(TDHF)方法及密度约束的TDHF(DC-TDHF)方法研究了低能重离子熔合反应中的非中心效应以及静态形变效应。结果表明，在弹靶都是球形核的熔合反应中，核-核相互作用势(不考虑离心势)和有效质量都依赖于碰撞参数，这种依赖关系(非中心效应)随体系的增大而变强。当能量在库仑位垒附近时，非中心效应使熔合截面明显降低。当能量高出库仑位垒很多时，非中心效应对熔合截面几乎没有影响。本工作中还考虑了弹靶有一个是变形核的情况(只考虑prolate形变)，由于形变伴随着原子核单粒子能级和壳结构的改变，这属于量子效应的范畴。因此本文还讨论了这种量子效应以及非中心效应对熔合激发函数的影响。 (二)在能量高于库仑位垒较多时，平均场与核子-核子碰撞之间有着竞争关系，因此从微观角度澄清单体耗散与两体耗散的关系非常重要。以往得到的结果依赖于所采用的模型，单体耗散与两体耗散之间的关系存在很大的不确定性。本文采用ImQMD模型结合一维宏观输运方程研究了低能情况下对称体系熔合反应中的能量耗散过程。通过限制ImQMD模型中的两体碰撞，进而研究了单体耗散与两体耗散的关系。由于两体碰撞会阻碍核子转移过程，减弱单体耗散的强度。因此，一旦体系中存在着两体碰撞，体系的能量耗散过程就不能简单地分解为单体耗散与两体耗散的叠加，二者之间存在着关联。 (三)利用ImQMD模型结合GEMINI++退激发程序研究了15A MeV238U+197Au的三分裂反应。该反应的出射道以三分裂和四分裂为主，与对称的15A MeV197Au+197Au的三分裂反应存在很大的区别。后者主要以两分裂为主。单独采用ImQMD模型无法给出正确的结果，而考虑产物的退激发过程以后，可以很好地再现实验数据。动力学过程的分析表明，在较小的碰撞参数下，弹靶先要经历深部非弹性碰撞，这一过程主要伴随着大量核子从197Au向238U转移。

关键词： 量子点   库仑菱形   库仑振荡   1/f噪声   石墨烯   过渡金属二硫化物   硒化钨   硫化钨  

摘要： 量子点作为实现量子计算的一种可能方式之一,受到了很多科研工作者的关注。本文主要对二维类石墨烯层状材料上的量子点在低温环境下的输运性质展开实验研究。不同于传统的半导体材料,二维类石墨烯层状材料有着更薄的厚度、更好的柔韧性以及更容易与不同衬底相连等优势。本文主要对两类二维材料上的量子点进行了研究：一是石墨烯：二是过渡金属二硫化物。具体来说,本文的主要内容包括：1.简单介绍研究背景,包括量子计算的基本概念及其物理实现的方法。针对半导体量子点,这一可能的量子计算物理实现方法,我们介绍了表述其的基本理论一一常相互作用模型。利用这个简单的模型,可以解释诸如库仑阻塞、库仑振荡、单量子点的库仑菱形图以及双量子点的蜂窝图等很多的基本实验现象。最后我们介绍了量子点接触QPC、光子辅助隧穿PAT以及量子点中的弛豫时间和退相干时间等相关概念。2.介绍了在二维材料量子点实验中使用到的微纳加工仪器。详细的介绍了不同样品的具体加工流程,并对其中的相关步骤和注意事项作了阐述和解释。最后简要介绍了实验中使用的低温测量平台以及外围电学测量仪器。3.简要介绍了石墨烯的基本性质以及鉴别石墨烯层数的方法。在此基础上,我们制备了石墨烯刻蚀单量子点以及双量子点,并观测到了相应的库仑菱形图和蜂窝图。随后,为了研究石墨烯量子点中的相干性,我们对石墨烯器件中的噪声进行了研究。通过将石墨烯器件悬浮于衬底之上,我们可以研究石墨烯器件中噪声的来源。我们比较了悬浮和非悬浮的石墨烯器件之间归一化的噪声水平,并将我们制备的石墨烯量子器件上的噪声与传统半导体量子器件和石墨烯经典器件中的噪声水平进行了比较。得到了石墨烯纳米器件中更大的噪声主要是来自于石墨烯中的边界缺陷的影响这一结论,并给出了一个简单的模型定性的解释实验结果。4.简要介绍了过渡金属二硫化物的基本性质以及判断层数的方法。接着介绍了我们制备的硫化钨场效应晶体管的性质。背栅电极和顶部门电极电压都对器件的源漏电流有开关作用,展示出很好的开关特性。在此基础上,我们在硒化钨材料上制备得到了门控量子点,并在其上观测到了库仑菱形和库仑振荡现象。进一步我们展示了顶部门电极对量子点大小的调制作用,这一结果与我们用COMSOL软件的模拟结果一致。与此同时,我们利用相似的方法在硫化钨上制备了量子点,研究其库仑振荡的规律。我们发现无论是硫化钨量子点还是硫化钨上杂质缺陷,它们展现出的库仑峰的峰高以及半高全宽随温度变化的关系,都符合传统半导体量子点的理论。这一与之前在石墨烯上的结果不一样的发现,表明我们制备的这种“无边界态”的量子点结构中并不存在无序的束缚势,而这一无序的束缚势与石墨烯量子点中偏大的势场涨落之间有着密不可分的联系。本文的主要创新点有：1.在实验上制备了悬浮于衬底之上的石墨烯纳米条带器件并观测到了库仑阻塞以及库仑振荡的现象。并首次在其上进行了1/f噪声的测量,标定了石墨烯量子器件中的噪声水平。2.通过测量和比较悬浮和非悬浮的石墨烯纳米条带中的低频1/f噪声,探究石墨烯纳米器件中1/f噪声的来源。首次证明其并非来源于衬底,而是由边界缺陷引入的。3.在实验上首次制备了基于二维过渡金属二硫化物硒化钨材料的门控量子点,此结构避免了边界态的影响。在这种量子点中观察到了连续的库仑菱形结构,同时展示了电极电压对于量子点大小的调节作用,并与理论模拟的结果进行比较,符合预期的设计。4.在实验上首次制备了基于二维过渡金属二硫化物硫化钨材料的门控量子点,并首次详细研究了硫化钨材料上库仑振荡的性质。其中的库仑振荡与石墨烯中性质不同,呈现出规则的、不依赖于能量大小的束缚势垒,实验观察的现象与理论预期一致。

关键词： CdSe量子点   复合材料   荧光   光学薄膜  

摘要： 半导体纳米粒子也称量子点由于具有独特的量子尺寸效应、隧道效应等独特的物理、化学性质以及随之而来的光学、电学特性,而受到广大科研工作者们的广泛关注和深入研究。但其纳米级的尺寸在带来一系列的特征优势的同时,也给多领域进一步应用带来了问题,不够稳定且易遭到环境影响的特质一般只有用惰性基质保护才可以实现应用。因此,制备量子点-聚合物复合材料是当前研究的新课题。本论文的主要目的是设计并制备了CdSe量子点与特种工高分子材料聚芳醚酮的复合物薄膜,系统研究了直接分散及原位生长的不同方式来制备量子点-聚合物薄膜,研究不同方式对于最终的复合物薄膜的发光性质的影响。在第二章中,以热注入方式成功制备了一些列尺寸可控(2.2～5.1nm)的高质量荧光CdSe纳米粒子,并研究了反应温度、脂肪胺用量及反应时间对反应的影响,继而使用制备的CdSe以直接分散溶解方式进行与聚合物的复合材料的制备,制备了复合光学膜。在第三章中,以原位生长的方式,通过一步法制备CdSe半导体量子点与带有苯羧基侧链的聚芳醚酮聚合物分子的复合体系为模型,制备出了高质量的荧光光学膜(10*10cm),其荧光性质及聚合物复合带来的不寻常的稳定性,该材料在未来量子点电池、发光二极管、数字显示等多领域的广泛应用奠定了材料基础；同时该方法作为制备纳米粒子与聚合物复合材料的优秀方式,也为复合材料制备特别是高分子复合材料的制备提供了方法依据和数据支持。

关键词： 石墨烯量子点   硅量子点   钯纳米材料  

摘要： 第一章：绪论。对量子点的性质、制备方法、功能性修饰及表征做了简要概述；随后,着重对石墨烯量子点、硅量子点的制备和应用进行了叙述,并对贵金属钯纳米材料进行了描述；最后,对本论文的立体背景、研究内容以及创新点进行了概括性综述。第二章：石墨烯量子点的制备及应用。以柠檬酸和NaOH作原料,采用一步熔融法合成了石墨烯量子点。随后,使用交联剂EDS和NHS将其与1,6-己二胺结合,得到了氨基化的石墨烯量子点,通过紫外-可见光谱和荧光光谱对其进行表征。利用氨基化的石墨烯量子点对对苯二酚进行了荧光检测,线性范围为1.0×10-7～5.0×10-6mol/L,检测限为4.2×10-9mol/L。第三章：石墨烯量子点/钯纳米材料的制备及应用。本章以氨基化石墨烯量子点作为支撑材料,制备了石墨烯量子点/钯纳米复合材料,并通过红外光谱、透射电镜和电化学对其进行了表征。利用此材料对甲酸进行了电化学检测,测得氧化峰电流与甲酸浓度在一定范围内呈线性关系,其线性方程为：Ip(A)=3×10-5+0.0696 C (mol/L),线性范围为：3×10-3～10-2mol/L。第四章：采用微乳法制备了烯丙胺修饰的硅量子点。通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和红外光谱对其光学性能进行了表征,通过透射电镜对其形貌进行了表征,测得其荧光量子产率为10.06%,荧光寿命为τ1=3.1982 ns,τ2=12.4527 ns。第五章：硅量子点及硅量子点／钯纳米材料的应用。依据硅量子点的光学性质,并首次制备了硅量子点支撑钯纳米粒子材料。我们通过量子点的浓度实现了钯纳米粒子形貌和尺寸的有效控制。结果表明我们制备的钯纳米材料具有较好的分散性,在有机催化和能源转化领域具有潜在的应用价值。并利用烯丙胺修饰的硅量子点对葡萄糖进行了检测,其线性范围为1.0×10-4～6.0×10-3 mol/L。第六章,结论和展望。对本论文所做的工作和下一步计划进行了总结,对本课题的前景做了概括。

关键词： 氧化石墨烯   CdTe/CdS量子点   石墨烯-量子点复合材料   铜离子检测  

摘要： 石墨烯(Graphene)是一种由碳原子组成六角型呈峰窝状的单层片状结构的二维新材料,具有优异的光学和电学性能。基于石墨烯的纳米复合材料,包括固定在石墨烯上的量子点、金纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒等,在太阳能电池、传感器、光催化和三极管中得到广泛的应用。半导体量子点具有量子尺寸效应好、荧光量子产量高、激发谱线宽和发射谱线窄等优点,可以作为太阳能电池的有源层。量子点太阳能电池的性质取决于敏化剂加载过程中光电子在量子点网络中传输引起的固有损失,而电子在量子点薄膜中的传输过程是随机的在量子点相邻轨道之间的多次电子转移跃迁,这一过程往往由于电子重组或者被束缚而影响太阳能电池的能量转变效率。石墨烯大的比表面积以及优越的电子传输能力,成为在量子点薄膜中最佳传输电子的材料,当石墨烯与量子点复合时,激发电子可以跃迁到石墨烯上到达电极形成有效电流,减小了激发电子在量子点网络传输中的重组和被束缚,从而可以有效提高太阳能电池的能量转换效率。因此,本文制备石墨烯/量子点复合材料,不仅具有量子点优异的宽带吸收能力,还具有石墨烯优异的导电能力,以期成为一种理想的高性能太阳能电池材料。铜元素广泛地分布在自然界中,是许多生命活动过程中不可或缺的元素之一,如催化反应中的辅酶、生物合成、生物运输。生物体内铜元素的浓度水平会影响其生命活动过程,浓度过低会使这些生命活动过程无法进行,而铜元素含量过高时,则会对生命活动过程中酶的活性产生抑制作用或者神经毒性等有害作用。常见的铜离子浓度的检测方法有荧光法、电化学分析法、分光光度法和化学发光法等,其中荧光法具有选择性好、灵敏度高等优点受到广泛关注。本文基于石墨烯-量子点复合材料优异的生物相容性和光学性能,制备了氧化石墨烯-DNA-量子点荧光探针,实时对铜离子特异性识别与检测。本论文是在国家自然科学基金“实时在体NO光纤微型生物传感器的材料研究”(NO.50802069)和湖北省自然科学基金“基于石墨烯/量子点的新型光纤葡萄糖传感器研究”(NO.2014CFB831)的资助下,制备了氧化石墨烯-CdTe/CdS复合材料和氧化石墨烯-DNA-CdTe荧光探针,并将其分别应用于太阳能电池和水中铜离子检测中。本文主要研究内容与结果如下:(1)分别采用Hummers法制备氧化石墨烯,一步法合成CdTe和CdTe/CdS量子点,确定其最佳合成条件,研究氧化石墨烯猝灭量子点荧光的机理,建立量子点荧光响应与氧化石墨烯浓度之间的关系。(2)采用水热法合成氧化石墨烯-CdTe/CdS复合材料,优化其合成条件,研究复合材料的光电性能,阐明复合材料光电性能增强的机理。(3)以氧化石墨烯(GO)为载体,采用化学交联法制备GO-DNA-CdTe荧光探针,研究表明DNA热稳定性和保存稳定性都得到了明显的提高,并将其应用于铜离子浓度的检测,阐明了该荧光探针检测铜离子的机理,建立了GO-DNA-CdTe探针荧光响应与铜离子浓度之间的关系

关键词： 聚乙烯亚胺   柚子皮   蛋壳膜   量子点   染料  

摘要： 作为新型污染物之一,纳米材料的广泛使用所带来的环境风险已成为近年来研究的热点,研究如何有效去除这些污染物的新方法已成为人们关注的重点之一。生物材料因其来源广泛、绿色环保等优点在污染物去除方面备受关注。本文以生物材料为载体,制备了聚乙烯亚胺(PEI)功能化的柚子皮(GP)和蛋壳膜(ESM),主要研究了它们对水溶液中CdTe量子点(CdTe QDs)的去除作用,同时还研究了其对酸性品红(AF)染料的吸附性能。重点探究了在吸附过程中的最优条件,探讨了吸附机理。1.以农林废弃物GP为载体,通过一种简单的一步合成法将不同浓度PEI负载到GP上,成功制备了一系列富含氨基的生物吸附剂PEI-GP。通过SEM、FT-IR和XPS等表征手段证明了PEI成功修饰在了GP表面。制备得到的吸附剂被用于吸附CdTe QDs,实验过程中,研究了PEI浓度、溶液pH、吸附时间、CdTe QDs初始浓度以及离子强度和腐殖酸(HA)对吸附的影响。结果表明,未功能化的GP对CdTeQDs无吸附能力,当PEI浓度为0.8 g/L时,材料对CdTe QDs吸附性能最佳,pH为8.4时吸附达到最大,吸附动力学符合准二级动力学,吸附等温线符合Frendlich等温模型。离子强度对吸附影响较大,而HA对材料的吸附几乎无影响。以上研究结果表明PEI-GP生物吸附剂可用于CdTe QDs的吸附去除。2.选取ESM为生物基底材料,直接用PEI功能化ESM得到PEI-ESM用以吸附去除CdTe QDs。通过对PEI浓度的优化,发现当PEI浓度为2.0g/L时,制备的PEI-ESM对CdTe QDs的吸附最佳。详细研究了溶液pH、吸附时间、CdTe QDs初始浓度等条件对PEI-ESM-2.0吸附CdTe QDs的影响,获得了优化条件。结果表明,最佳pH为9.0,吸附动力学符合准二级动力学,吸附等温线符合Langmuir模型,最大吸附量达到400 mg/g,未功能化的ESM对CdTe QDs无吸附能力,这充分说明了材料的优越性。另外,选取该材料作为柱填料成功应用于实际水样中CdTe QDs的去除,结果表明,该生物材料成本低、环境友好,可应用于实际水样中CdTe QDs的去除。3.基于PEI-ESM表面所带正电荷,利用静电引力作用,将合成的PEI-ESM材料用于去除阴离子染料AF。在PEI浓度的优化过程中发现,当PEI浓度为10g/L时,制备的材料对AF的吸附能力最强,与未功能化的ESM相比,吸附效果增加了3倍。实验发现,PEI-ESM对AF的吸附符合准二级动力学,吸附等温线符合Langmuir吸附模型,其最大吸附量达到333.33 mg/g,吸附过程是一个放热熵增的自发过程,其在常温下就可以高效反应。通过该实验发现,PEI-ESM是一种高效、绿色的吸附剂,在去除酸性品红染料中有巨大的潜力。

关键词： 荧光探针   制备工艺   聚丁二炔   灵敏性能   量子点复合材料  

摘要： 随着工业的高速发展，在经济效益显著提升的同时，它所带来的环境问题也成为人们日益所关切的问题，其中以重金属的污染尤为严重。由于这些重金属具有很高的生物毒性，严重危害人类的身心健康，对它们的管理和治理显得尤为重要，尤其是铅。铅对人类机体的毒性是巨大的，直接或间接地影响生命机体的各项生命系统，如:血液系统，神经系统，免疫系统，泌尿系统等，甚至危及人类的生命，并且具有较高的致癌性。因此，对铅实施的高效快捷实时的检测是十分必要的。　　铅离子的检测传统方法主要包括原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法。但这些方法对于检测技术的要求非常苛刻，检测成本较高，不便于现场高效检测。近年来，一些铅的荧光探针凭借其高灵敏度和高选择性的优势相继被报道出来。但这些探针无法在100％的纯水溶液中完成对铅的检测，在一定程度上限制了其在实际中的应用。　　本论文是基于聚丁二炔分子设计的铅离子荧光探针。在100％的纯水溶液中，通过探针溶液在颜色和荧光上的变化就可以达到对铅离子的检测。探针溶液加入铅离子后，溶液会发生由蓝色向红色的转变，这种颜色的变化裸眼就能进行观测。并且这种蓝相向红相的转变伴随着荧光的增强。该探针对铅离子呈现非常好选择性。在不需要添加任何掩蔽剂的条件下就能对铅离子进行检测，不受其他金属离子的干扰。囊泡探针在荧光光谱仪中的检测限为0.05μM，是一个灵敏度非常高的铅离子荧光探针。产生这种检测效果的机理为:铅离子会与探针囊泡单元之间进行相互作用，即铅离子与侧链的头基1-氮杂-18-冠-6-醚进行配位结合，这种相互作用产生的应力会对烷基侧链产生扰动，这种扰动足以对聚丁二炔囊泡主链的构象产生影响，使其发生改变，从而导致了其在颜色上的变化以及在荧光上的增强。　　为了丰富该探针对铅离子的实际检测手段，设计了简单的微型芯片，在荧光显微镜下对铅离子进行量化和分析。探针的荧光强度与铅离子呈现良好的线性关系，在荧光显微镜下的检测限为1μM，并且在荧光显微镜下同样呈现出良好的选择性。　　本论文同时创新性的设计制备了聚丁二炔包覆CdTe量子点的复合粒子，其可通过荧光共振能量转移实现放大PDA刺激响应的荧光强度，提高检测灵敏性。

关键词： 金属纳米粒子点阵   量子输运   应变传感器   灵敏度系数  

摘要： 金属纳米粒子点阵中电子的传输机制不同于经典接触式的欧姆输运模式,而是以量子输运的形式进行的。在这种输运模式下,纳米粒子点阵的电导率对粒子间距的变化极其敏感。这导致了粒子间距的细微改变就会使材料整体的电导率产生较大变化。根据这一特点,弹性衬底表面制备电极并覆盖金属纳米粒子点阵,能够得到新型的应变传感器。本论文研究基于金属Cr纳米粒子点阵的应变传感器的制备与传感特性。论文采用团簇束流沉积制备Cr纳米粒子点阵,通过对沉积过程的实时电导监控,实现对纳米粒子点阵覆盖率与初始电导的精确控制。选择PET薄膜并在其上通过掩模蒸发镀膜制作叉指电极作为衬底,在其上制备可控密度的Cr纳米粒子点阵构成应变传感器。对金属Cr纳米粒子点阵的变温Ⅰ-Ⅴ曲线与电导测量表明,硅衬底上的Cr纳米粒子点阵,直至室温都能够观察到明显的库伦阻塞效应,而在PET衬底上的Cr纳米粒子点阵中,即使在低温下,也未库伦阻塞现象,可能是PET衬底较大的热胀冷缩效应导致的纳米粒子间距的变化掩盖了温度变化对量子电导的影响。但两种衬底上测量的Cr纳米粒子点阵的电导-温度曲线,都呈现不同于块状金属材料的负电阻温度系数,表明其电导都起源于量子输运。本文研究了Cr纳米粒子点阵应变传感器对不同形式应变的响应特性。在拉伸测试中,传感器的电导变化与应变呈现了良好的线性关系,在弹性范围内,传感器的灵敏度系数可达6.1,优于金属应变片。在弯曲测试中,传感器的电导变化与应变呈现指数关系,具有优异的灵敏度系数,在应变为0.16%以内,灵敏度系数可达到40以上。传感器也具有大的量程,最大应变能够达到3%,对应的灵敏度系数最高可达到近3000。在压强测试中,Cr纳米粒子点阵传感器显示了在大气压强附近进行Pa量级高精度压力测量的能力,可用于高精度大气气压监测、新一代车载导航、个人气象站等应用。本文还研究了纳米粒子覆盖率对所构成应变传感器的灵敏度系数的影响,实验表明,在覆盖率已达到渗流阈值的样品中,纳米粒子覆盖率越低,应变响应的灵敏度系数越高。