准自由支撑铝薄膜中有序表面结构的自组织生长

利用真空热蒸发方法在液体基底表面成功制备出具有自由支撑边界条件的金属铝薄膜系统，研究了薄膜中自发形成的自边界向内部区域逐渐生长而呈带状分布的有序表面结构.该有序结构的形成与薄膜厚度、沉积速率和真空环境中的生长时间等实验参数密切相关，其形成过程可用一个三阶段生长模型来描述.实验证明此类有序结构是在薄膜内应力作用下，铝原子及原子团簇在液体表面自由扩散凝聚所致.进一步的理论研究表明：基于特征的边界条件和固液相互作用，该自由支撑铝薄膜系统中包含了丰富的正弦形内应力分布，各种具有不同振幅和频率的正弦形内应力的合成可形成矩形状畴块和带状有序结构. 关键词： 液体基底 铝薄膜 自组织生长 有序结构     

硅油基底表面铁薄膜的生长机理及表面有序结构

利用直流溅射方法在液体基底(硅油)表面成功制备出金属铁薄膜系统，研究了其生长机理及特征的表面有序结构.实验发现铁薄膜的生长过程与液相基底表面非磁性金属薄膜的情况类似，基本服从二阶段生长模型.连续铁薄膜中可观测到尺寸巨大的圆盘形有序结构，其生长演化与溅射功率、沉积时间和真空环境中的生长时间等实验条件密切相关.实验证明，此类有序结构是在薄膜内应力作用下，铁原子及原子团簇在液体表面自由扩散迁移，并最终在硅油基底表面某些区域成核凝聚所致.在较大溅射功率和沉积时间条件下，圆盘外部区域的铁薄膜中形成周期分布的波纹褶皱，其波长约为10 μm，波峰基本与圆盘的边界平行.进一步研究表明：在沉积过程中，由于沉积铁原子的局域能量作用，导致硅油的表面层结构发生改变而形成一聚合物层；在随后的冷却过程中，聚合物层的强烈收缩使铁薄膜处于很大的压应力场中，促使薄膜起皱形成波纹结构. 关键词： 液体基底 铁薄膜 生长机理 有序结构     

沉积在液相基底表面磁性薄膜的形成机理和特性研究

采用气相沉积方法在硅油基底表面成功制备了一种具有近似自由支撑的新型铁薄膜系统，并研究了其生长机制、内应力分布以及低温磁特性．实验发现，此类铁薄膜的生长机制与沉积在液相基底表面非磁性薄膜的情况类似，即服从二阶段生长模型．在固定基底温度的条件下，当沉积速率较小时，可制得近似透明的连续铁薄膜，薄膜中呈现明显的特征尺寸达10^2μm数量级的带状准周期有序结构，它是由铁薄膜样品中内应力释放时所引起的薄膜板块间相互挤压而逐渐形成的．当沉积速率较大时，制得的连续铁薄膜呈金属色．实验发现，在临界温度Tc=10—15K附近，具有金属色的铁薄膜样品的矫顽力Hc有一明显的极大值峰．研究表明，这一奇异的矫顽力特性与液相基底表面铁薄膜中的原子团簇尺寸分布、无序的薄膜表面磁各向异性以及团簇间的磁性相互作用等因素有关．     

介孔SiO2薄膜孔结构的慢正电子技术表征

通过蒸发诱导自组装技术制备了具有不同有序结构的介孔SiO₂薄膜,并采用同步辐射X射线反射率以及慢正电子束流技术对其进行表征.实验结果表明,随着旋涂速率的增加,介孔结构由三维立方向二维六角结构转变,同时平均孔隙率随转速增加而减小.利用各向同性无机孔收缩模型和Fourier变换红外光谱,探讨了薄膜结构和正电子湮没参数的内在联系. 关键词： 同步辐射 X射线反射率 Doppler展宽 正电子素飞行时间谱     

金纳米粒子自组装薄膜的光谱学研究

采用柠檬酸钠还原氯金酸制备了金胶体，通过静电自组装制备了金纳米粒子薄膜，利用紫外-可见光吸收光谱等对金纳米粒子薄膜进行了光谱学研究，紫外-可见光吸收光谱表明所制备的金溶胶为单分散体系，根据自组装薄膜的X-射线衍射谱，由谢乐公式估算金纳米粒子的粒径约为21nm；X-射线光电子能谱显示氯金酸的还原反应比较完全，金主要以Au^0的价态存在，金胶体粒子通过静电吸引机制组装到PDDA改性的衬底表面；紫外-可见光吸收光谱和表面增强拉曼光谱显示，由于粒子间的电磁耦合，自组装金纳米粒子薄膜表现出协同等离子体共振吸收行为和表面增强拉曼散射效应。     

一种自支撑金纳米薄膜的制备、结构和氮吸附特性

以一种新的硅微米/纳米结构复合体系——硅纳米孔柱阵列作为还原性衬底，采用浸渍技术制备出一种自支撑的金纳米薄膜，并对其表面形貌和结构进行了表征.实验表明，金纳米薄膜的制备过程是一个自终止过程.当硅纳米孔柱阵列被耗尽后，浸渍溶液中Au³⁺的还原反应将自行终止；同时，所形成的金纳米薄膜自动与衬底脱离并成为一种自支撑薄膜.薄膜的形成机理被归因于硅纳米孔柱阵列所具有的高的表面活性和还原性.用能量弥散x射线谱对薄膜表面化学成分分析的结果表明，如此制备的金纳米薄膜具有很强的氮吸附和氮储存能力.这一特性有可能在气体传感器、空气分离和氮纯化以及氮化合物的膜合成器等技术领域得到应用. 关键词： 自支撑金纳米薄膜 硅纳米孔柱阵列 浸渍技术     

硅油基底上受限金属薄膜自组装褶皱的原子力显微镜研究

利用喷雾装置在清洁载玻片上喷洒出各种尺寸(微米到毫米量级)的硅油滴,采用直流磁控溅射方法在硅油滴上沉积金属铬薄膜,研究了薄膜中由热应力引起的自组装褶皱.实验发现硅油滴上的铬薄膜受到油滴边缘的约束而具有受限的边界条件,其对褶皱的形貌具有很好的调控作用:褶皱呈垂直于边界的辐射状条纹;越靠近约束边界,褶皱的波长和振幅越小.褶皱的形貌特征还与薄膜厚度和硅油滴尺寸密切相关.随着膜厚的增加,褶皱在约束边界处首先形成,并逐渐扩展到油滴中心区域;相同尺寸油滴中心处的褶皱波长基本不变,而振幅随膜厚先增大随后减小.薄膜厚度相同时,随着油滴尺寸的增加,褶皱的波长和振幅都相应增加.进一步的研究表明:在沉积过程中,高能粒子的轰击和溅射源的热辐射导致硅油表面层的结构发生改变而形成聚合物层,在此基础上对褶皱的形貌特征和振幅演化给出合理的解释.     

楔形金薄膜系统中的反常跳跃电导和隧道效应

采用真空蒸镀方法，利用液体衬底在沉积过程中的线性扩散过程，在玻璃表面制备出斜率仅为10^-5的楔形金薄膜逾渗系统，并用四引线方法测量了从该薄膜系统中得到的均匀无序金薄膜的导电特性.实验结果表明：和通常的平整薄膜逾渗系统相比，该薄膜系统呈现更为强烈的跳跃电导和隧道效应. 关键词： 带状薄膜 跳跃电导 隧道效应     

复合外场中磁光薄膜(BiTm)3(FeGa)5O12缺陷周围磁畴壁的形貌特征

用自组装系记录了外场分别为均速率增加的直流磁场，低频交变磁场和它们同时存在时，磁光薄膜（BiTm)3(FeGa)5O12一种缺陷周围磁畴壁的形貌特征。分析表明：三种不同取向磁畴壁的交界处往往是磁光薄膜的缺陷所在处；在低频交变场下，该缺陷区域出现无畴条块或区域，在直流场中无此现象。在低频交变场以及复合外场下该缺陷周围磁畴壁形成椭圆形图案。     

长链烷烃和醇在石墨表面吸附的扫描隧道显微镜研究

用扫描隧道显微镜（STM）研究了室温下十八醇（1-C18H37OH）和十四烷（C14H30）在石墨表面的吸附行为.十八醇在石墨表面自组装形成条状结构.实验发现了十八醇分子在石墨表面的两种不同的密排方式，它们形成并列的不同宽度的条状结构.还发现，由于溶剂（正十四烷C14H30）的完全蒸发，留下的十八醇分子在石墨表面吸附的自组装结构与固液界面中十八醇分子在石墨表面的吸附形成的结构在分子方向、表面分子晶体的晶格常数及条状结构宽度等方面有很大的不同.此外，实验中也发现溶剂十四烷在某种情况下也能在石墨表面吸附形成可供STM观察的有较长时间稳定性的条状周期结构.实验观察到的十四烷在石墨表面形成的晶体结构与固液界面中观察到的有序结构的晶体结构常数和分子排列方向也是不同的.根据STM图像，提出了十八醇和十四烷在石墨表面吸附的结构模型. 关键词： 十四烷 十八醇 石墨 扫描隧道显微镜     

Formation mechanism of ordered stress-relief patterns in a free sustained Cu film system

A nearly free sustained copper （Cu） film system has been successfully fabricated by thermal evaporation deposition of Cu atoms on silicone oil surfaces, and a characteristic ordered pattern has been systematically studied. The ordered pattern, namely, band, is composed of a large number of parallel key-formed domains with different width w but nearly uniform length L; its characteristic values of w and L are very susceptible to the growth period, deposition rate and nominal film thickness. The formation mechanism of the ordered patterns is well explained in terms of the relaxation of the internal stress in the films, which is related to the nearly zero adhesion of the solid-liquid interface. By using a two-time deposition method, it is confirmed that the ordered patterns really form in the vacuum chamber.     

Edge Effects on Growth of Ordered Stress Relief Patterns in Free Sustained Aluminum Films

An unusual form of ordered stress relief patterns is observed in a nearly free sustained aluminum film system deposited on liquid substrates by the therm~l evaporation method. The edge effects on the growth of the ordered patterns are systematically studied. It is found that the patterns initiate from the film edges, preexisting ordered patterns, or other imperfections of the film. When the patterns extend in the film regions, they decay gradually and finally disappear. If they develop along the boundaries, however, the sizes are almost unchanged over several millimeters. The stress relief patterns look like rectangular waves in appearance, which are proven to evolve from sinusoidal to triangular waves gradually. The morphological evolution can be well explained by the general theory of buckling of plates.     

The effect of oxalic and sulfuric ions on the photoluminescence of anodic aluminum oxide formed in a mixture of sulfuric and oxalic acid

Anodic aluminum oxide (AAO) films with highly ordered pore arrays were prepared in sulfuric, oxalic acids and their mixture solutions, respectively. The photoluminescence (PL) measurements show that AAO films formed in the mixture electrolytes have PL bands in the wavelength range of 300–450 nm, which mainly arise from the oxalic impurities incorporated into AAO films. However, the sulfuric ions have a strong effect on the PL bands. With the increase of the concentration of sulfuric ions in the mixture electrolyte, the blueshift of the PL bands occurs from 410 to 345 nm. The reasons of the results are being discussed.     

Spectral features of impurity luminescence in uniaxial polymer films and nematic glasses

A study is conducted of the static shift and the splitting of the photoluminescence and electroluminescence polarized bands of uniaxial impurity molecules, embedded into uniaxial polymer films with axial or in-plane orientation of the impurity subsystem or into the vitreous phase of a nematic liquid crystal. Dependences of the band shift and the splitting on the type of alignment of impurity molecules, the polarization of transition moments in absorption and emission, and the host-impurity anisotropic interactions of different ranks are established. For both types of host matrices, characteristic features of orientational statistics of impurity molecules at a high degree of orientation ordering are studied. These features are revealed in a qualitative difference between the dependences of positions and splittings of polarized impurity fluorescence bands on the order parameter of the impurity molecules axially ordered in stretched polymer films and relevant dependences in nematic glasses. Specific features of the polarized impurity-related photoluminescence and electroluminescence in the matrices under study, observed experimentally, are interpreted.     

直流反应磁控溅射在氮化的蓝宝石衬底上制备AlN薄膜

通过直流磁控反应溅射装置,在蓝宝石(0001)衬底和氮化的蓝宝石(0001)衬底上成功制备了氮化铝(AIN)薄膜。利用X射线衍射仪、原子力学显微镜和双光束扫描分光计,研究了蓝宝石氮化对AIN薄膜结构、应力、晶粒尺寸、形貌和光学性质的影响。X射线衍射研究表明:制备的AIN薄膜具有较强的(0002)择优取向,蓝宝石衬底的氮化不仅能够改善AIN结晶质量,而且还可以减少薄膜的残余应力。但是,原子力学显微镜结果表明:在蓝宝石衬底上制备的AIN薄膜的晶粒大小分布比在氮化的蓝宝石衬底上制备的AIN薄膜的晶粒大小分布更加均匀。我们认为,蓝宝石衬底在氮化的过程中形成的AIN具有过多的位错和缺陷,正是这些位错和缺陷造成了在氮化的蓝宝石衬底上制备的AIN薄膜的晶粒大小分布的不均匀性。吸收光谱显示:蓝宝石衬底的氮化并没有对AIN薄膜的光学性质产生明显的改善。     

变温拉曼光谱研究电化学合成聚吡咯膜

在含有四氟化硼四丁基铵的乙氰溶液中电化学氧化吡咯制得聚吡咯膜,并在-195到150℃温度范围内研究了该聚合物膜的变温拉曼光谱。在升温过程中,与氧化态相关的拉曼光谱谱带渐渐消失,这主要是由于空气中氧气和水分子的作用。在冷冻过程中,聚合物链从无规线团状态转变成棒状构象,从而增加了导电高分子的共轭链长。由于拉曼的共振效应,在冷冻过程中与氧化态链段相关的谱带得到了增强。     

Development of band patterns in surface films: A simple theory

Semiconductor technology often employs thin films deposited on crystal surfaces, and in some cases these films can self-organize into band, ring or spiral patterns during annealing. A simple theory is proposed which predicts the stability or instability of such films and, in the case of instability, the band spacing, which depends upon bulk, surface and interfacial free energies. This information could be of use in self-assembly techniques. In some cases, bands condense into particle arrays upon further annealing, and a theoretical model is developed to predict the subsequent evolution of circular band patterns by diffusion, which causes the regular disappearance of alternate bands.     

二氧化硅胶体球自组装光子晶体的研究

光子晶体由于具有光子带隙和光子局域等一系列优异的光学特性而受到了人们广泛的关注。由于采用胶体颗粒自组装法制备光子晶体制备工艺简单,所需要的费用也较低,因此已成为制备可见光至红外波段三维光子晶体的一种简便有效的方法。采用垂直沉积法制得了三维光子晶体薄膜,并用扫描电子显微镜和紫外-可见光-近红外分光光度计对其显微结构和光学特性进行了详细的研究。结果表明,自组装薄膜在三维方向上都具有有序结构,其密排面平行于载波片的表面。制备的光子晶体薄膜具有明显的光子带隙特性,带隙中心波长为956nm。研究了带隙中心波长同入射线与密排面法线夹角之间的变化关系,其结果与理论值吻合得很好。