模板法自组装银团簇阵列的制备和性质研究

利用自组装的嵌段聚合物有序图案为模板来制备有序金属颗粒纳米阵列是人们关注的热点之一.本文概述了最近利用团簇束流沉积系统将银团簇淀积在聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯(SBS)三嵌段聚合物自组装形成的有序图案上,制备了有序的银纳米颗粒阵列材料,如线形银团簇颗粒阵列和二维银团簇颗粒阵列.利用自编的径向分布函数计算程序对线形银团簇颗粒阵列进行了定量分析,进一步定标了这种线形阵列的有序度,发现在同一线形阵列内有小部分银团簇是近接排列的,大部分团簇颗粒是等间距排列的.同时探讨了这些有序阵列形成的机制.并讨论了利用紫外-可见分光光度计和拉曼谱仪研究这些有序阵列所得到的相关性质.     

银团簇纳米颗粒的制备及其光吸收谱性质

 采用自悬浮定向流技术制备银团簇纳米颗粒，理论分析了银团簇的成核机理与影响因素，实验研究了制备条件和工艺。结果表明：惰性气体的冷却效率、气体流速和压强、金属熔球的温度和大小是控制颗粒尺寸大小及分布的关键条件，制备粒径小于10 nm的团簇颗粒须采用氦气为载流气体；团簇颗粒流速越大，颗粒粒径越小，尺寸分布越窄，但颗粒生成数量越少。性能表征说明：制备的颗粒呈较规则的球形，为面心立方结构，分散均匀，表面纯净无氧化，粒径分布窄。理论与实验研究了银团簇纳米颗粒的光学吸收谱性质，证明表面等离子共振吸收峰与颗粒的尺寸有很强的相关性，随着颗粒尺寸的减小，由于量子尺寸效应，吸收峰将发生宽化和蓝移。     

一种用于LSPR传感器的准正方型银纳米颗粒阵列制备

首先控制聚苯乙烯纳米球(PS球)乳液在基片上的干燥温度,采用自组装方法,使用单一粒径的PS球制备出单层的PS球亚稳态正方排列结构模板。然后,在模板上通过磁控溅射法沉积一层银膜。利用纳米球光刻技术,去掉PS球模板得到二维正方点阵排列的准正方形银纳米颗粒阵列结构。     

磁性液体中非磁性小球与磁性纳米颗粒的相互作用及磁组装

利用磁性液体与聚苯乙烯小球溶液混合得到的复合磁性液体, 研究了聚苯乙烯小球和磁性纳米颗粒在外加磁场作用下的动力学过程. 实验结果表明, 当外加磁场的方向平行于样品平面时, 聚苯乙烯小球在沿着磁场的方向上表现出相互吸引而形成链状结构, 其动力学过程可分为聚苯乙烯小球被反磁化产生相互吸引而形成短链的快过程以及短链间相互吸引形成长链的慢过程; 当外加磁场的方向垂直于样品平面时, 相邻聚苯乙烯小球表现出排斥的相互作用而形成短程有序的二维结构, 当磁场强度增加到一定的阈值时, 聚苯乙烯小球和磁性纳米颗粒形成的团簇会产生相互吸引而组装成复合式的花瓣结构. 关键词： 磁性液体 磁组装 非磁性颗粒     

铬过渡层对纳米球刻蚀法制备二维银纳米结构的影响

研究了铬过渡层对纳米球刻蚀法制备二维银纳米点阵结构的影响。首先利用自组装的方法在玻璃基底上制备出单层排列的聚苯乙烯纳米球阵列,然后使用物理气相沉积的方法在二维聚苯乙烯纳米球阵列上沉积一层铬层作过渡层和银层,最后将玻璃基底在乙醇溶液中超声移除聚苯乙烯纳米球,得到二维的银纳米点阵。实验发现,随着铬过渡层厚度的增加,制得的二维银纳米点阵阵列趋于完整,单个的银纳米颗粒由椭圆状转变为三角形形状。实验中测量了所得到的二维银纳米结构的吸收光谱。     

C36团簇自组装的分子动力学研究

提出了利用C36团簇在气相条件下自组装制备新纳米团簇的设想，并利用分子动力学方法模 拟了包括真实氦气氛作用的碳团簇生长过程，发现环境气体温度是影响最后所生成的团簇结 构的关键因素：C36团簇在1000?K到2000?K的温度范围内，自组装形成保持C36线径特征的 蚕茧状新纳米团簇；在高于2000?K的温度下，最后形成的团簇趋于球状. 关键词： 分子动力学模拟 纳米碳团簇     

完全有序的全同金属纳米点阵列的生长与研究

利用分子束外延在半导体Si(111）衬底上第一次成功地制备了尺寸相同、空间分布均匀的金属纳米团簇阵列，文章作者提出的这种“幻数稳定团簇 模板”的方法并不局限于制备某一种金属团簇阵列，且生长出的金属纳米点阵列非常稳定，用扫描隧道显微镜（STM）原位分析结合第一性原理计算，确定了金属纳米点的原子结构以及这些结构的形成机理。     

Al纳米颗粒表面等离激元对ZnO光致发光增强的研究

基于聚苯乙烯球自组装法,在P型氮化镓(P-GaN)衬底上制备了有序致密的掩模板;采用热蒸发法在该模板上沉积金属Al薄膜,通过甲苯溶液去除聚苯乙烯球,得到了金属Al纳米颗粒阵列;采用原子层沉积法,在Al纳米颗粒阵列表面依次沉积氧化铝(Al_2O_3)和氧化锌(ZnO).通过测试Al纳米颗粒阵列的消光谱以及ZnO薄膜的光致发光谱,研究了Al纳米颗粒表面等离激元与ZnO薄膜激子之间的耦合效应.实验结果表明:引入Al纳米颗粒后,在约380 nm位置附近的ZnO近带边发光峰积分强度增强了1.91倍.对Al纳米颗粒表面等离激元增强ZnO光致发光的机理进行探讨.     

模板技术制备一维纳米纤维及其阵列

以阳极多孔氧化铝膜为模板 ,制备了一系列一维结构材料及其阵列体系 ,材料的结构和阵列方式可调 .主要包括两方面内容 :通过功能单体的自由基聚合 ,制备了核壳结构的双重凝胶纳米纤维PDMA/PNH4AA及其阵列 ,控制氧化铝膜表面的润湿性 ,双重凝胶纳米纤维的核壳结构可以发生相反转 ,通过银离子与PNH4AA相的选择性复合 ,制备了柔性银纳米纤维或管 ;结合嵌段共聚物的自组装和无机物的溶胶 /凝胶过程 ,制备了一维有序介孔二氧化硅及其阵列体系 ,改变嵌段共聚物的浓度 ,可以控制二氧化硅的介观结构 .此材料易于进行异质复合 ,因而便于制备功能性一维复合材料及其阵列体系     

毛细微模塑法制作聚合物微球的有序结构

用毛细微模塑法在玻璃基片上组装了聚苯乙烯微球紧密的有序阵列 .扫描电镜观察了组装后的微球排列 .结果表明 ,在毛细通道的出口端 ,聚苯乙烯的微球堆积得紧密有序 .毛细通道的尺寸 ,环境温度和聚合物微球乳液的浓度是毛细微模塑法的主要影响因素 .     

模板技术制备-维纳米纤维及其阵列

以阳极多孔氧化铝膜为模板，制备了一系列一维结构材料及其阵列体系，材料的结构和阵列方式可调．主要包括两方面内容：通过功能单体的自由基聚合，制备了核壳结构的双重凝胶纳米纤维PDMA／PNH4AA及其阵列，控制氧化铝膜表面的润湿性，双重凝胶纳米纤维的核壳结构可以发生相反转，通过银离子与PNH4AA相的选择性复合，制备了柔性银纳米纤维或管；结合嵌段共聚物的自组装和无机物的溶胶／凝胶过程，制备了一维有序介孔二氧化硅及其阵列体系，改变嵌段共聚物的浓度，可以控制二氧化硅的介观结构．此材料易于进行异质复合，因而便于制备功能性一维复合材料及其阵列体系．     

基于直接胶体晶体刻蚀技术的高度有序纳米硅阵列的尺寸及形貌控制

以自组装单层胶体小球阵列为掩模，采用直接胶体晶体刻蚀技术在硅表面制备二维有序尺寸可控的纳米结构.在样品制备过程中，首先通过自组装法在硅表面制备了直径200nm的单层聚苯乙烯(PS)胶体小球的二维有序阵列；然后对样品直接进行反应离子刻蚀(RIE)，以氧气为气源，利用氧等离子体对聚苯乙烯小球和对硅的选择性刻蚀作用，通过改变刻蚀时间，制备出不同尺寸的PS胶体小球的有序单层阵列；接着以此二维PS胶体单层膜为掩模，以四氟化碳为气源对样品进行刻蚀；最后去除胶体球后得到二维有序的硅柱阵列.SEM和AFM的测量结果表明：改变氧等离子体对胶体球的刻蚀时间和四氟化碳对硅的刻蚀时间，可以控制硅柱的尺寸以及形貌，而硅柱阵列的周期取决于原始胶体球的直径. 关键词： 胶体晶体刻蚀 纳米硅柱阵列     

纳米球刻蚀法制备的二维有序的CdS纳米阵列及其光学性质的研究

采用纳米球刻蚀(nanosphere lithography)技术,以自组装的聚苯乙烯纳米小球(polystyrene,PS小球)的单层膜为掩模,制备出二维有序的CdS纳米阵列.利用扫描电子显微镜(SEM)对样品结构进行了表征,用紫外—可见分光光度计对样品光学性质进行了分析.结果表明：制备的二维CdS纳米阵列是高度有序的,且与作为掩模的纳米小球的原始尺寸及排布结构一致;禁带宽度为2.60eV,相对于体材料的2.42eV,向短波长蓝移了0.18eV,表现出CdS材料在纳米结构点阵中的量子尺寸效应;CdS纳米 关键词： 纳米球刻蚀 二维CdS纳米有序阵列     

有序金纳米颗粒阵列的制备及光吸收特性研究

采用纳米球刻蚀技术中漂移法在玻璃基片上制备较大 面积不同直径的聚苯乙烯小球掩模板, 采用磁控溅射技术在掩模板上沉积不同厚度的金薄膜, 去除聚苯乙烯小球后, 通过扫描电子显微镜观察到周期排列的三角状金纳米颗粒点阵. 通过紫外-可见分光光度计测试所制备样品的光吸收特性, 发现表面等离子体共振峰随粒径增大发生红移, 随金纳米颗粒高度增加发生蓝移. 基于Mie理论, 利用Matlab软件编程对不同粒径的金阵列光吸收特性进行理论模拟, 并与实验结果进行对比. 关键词： 纳米球刻蚀 金纳米颗粒阵列 表面等离子体共振     

金纳米粒子的图案化组装及表面增强拉曼光谱研究

利用聚苯乙烯纳米粒子有序组装结构为模板,进行了金纳米粒子的图案化组装。金纳米粒子在聚苯乙烯纳米粒子底部自组装聚集,形成规则的“面包圈”结构。表面增强拉曼光谱表明,相对于随机分布的金纳米粒子而言,金纳米粒子组装结构具有聚焦电磁场作用,从而使吸附的对巯基苯甲酸的拉曼散射得以进一步增强。     

二维氧化锌纳米阵列的制备及光学吸收特性研究

采用漂移法,在玻璃衬底上制备出粒径分别为117,350和500 nm单层、大面积的聚苯乙烯胶体球掩膜板,在已制得的掩膜板上用射频磁控溅射的方法沉积一层氧化锌薄膜,最后用有机溶液四氢呋喃(THF)浸泡去除聚苯乙烯胶体球,获得不同粒径的二维氧化锌纳米团簇。通过扫描电子显微镜和能量色散X射线光谱仪对样品的形貌及成份进行表征,表明所制得样品为有序分布的蜂窝网状氧化锌纳米阵列。在室温下,通过吸收光谱仪测试样品在300～800 nm波长范围内的吸收光谱,结果表明对于具有不同尺寸晶粒的氧化锌纳米团簇样品,随着所采用的聚苯乙烯胶体球粒径的增大,即氧化锌纳米团簇粒径的增加,光吸收峰出现了宽化和红移;随着溅射时间的延长,即氧化锌薄膜膜厚的增加,光吸收率提高。此外,对氧化锌纳米团簇阵列的光吸收特性进行了基于离散偶极子近似的理论计算从而获得任意形状和尺寸粒子的吸收。目前,文献报道中用此理论计算各种形状的纳米金、银等金属的结果与实验结果相符,但是应用离散偶极子的近似理论计算氧化锌纳米颗粒的报道很少。应用此理论计算三角棱台形状的氧化锌光学吸收特性,根据氧化锌薄膜介电常数和膜厚的变化进行光吸收特性的模拟,并解释了实验结果。     

气体团簇离子束装置的设计及其在表面平坦化、自组装纳米结构中的应用

根据超声膨胀原理,n(10-10^4)个气体原子可以绝热冷却后凝聚在一起形成团簇,经过离化后,形成带一个电荷量的团簇离子,比如Arn^+.当团簇离子与固体材料相互作用时,由于平均每个原子携带的能量(~eV)较低,仅作用于材料浅表面区域,因此,气体团簇离子束是材料表面改性的优良选择.本文介绍了一台由武汉大学加速器实验室自主研制的气体团簇离子束装置,包括整体构造、工作原理及实验应用.中性团簇束由金属锥形喷嘴(F=65-135μm,q=14°)形成,平均尺寸为3000 atoms/cluster,经离化后,其离子束流达到了50μA.Ar团簇离子因其反应活性较低,本文运用Ar团簇离子(平均尺寸为1000 atoms/cluster)进行了平坦化和自组装纳米结构的研究.单晶硅片经Ar团簇离子束处理后,均方根粗糙度由初始的1.92 nm降低到0.5 nm,同时观察到了束流的清洁效应.利用Ar团簇离子束的倾斜(30°-60°)轰击,在宽大平坦的单晶ZnO基片上形成了纳米波纹,而在ZnO纳米棒表面则形成了有序的纳米台阶,同时,利用二维功率谱密度函数分析了纳米结构在基片上的表面形貌和特征分布,并计算了纳米波纹的尺寸和数量.     

氧化钨二维微米球腔阵列对聚苯胺电致变色的影响

采用气/液界面自组装方法制备规整排列的聚苯乙烯微球二维单层结构,以此为模板,采用电化学沉积法在电极表面构筑了有序的氧化钨微球腔阵列,进一步在氧化钨球腔内电化学沉积聚苯胺,采用吸收光谱研究了电极表面球腔阵列结构对聚苯胺电致变色行为的影响.     

等离子体气相凝聚技术制备银纳米团簇及粒径尺寸控制

采用等离子体气相凝聚技术制备了银纳米团簇颗粒,开展了实验条件及工艺参数对团簇平均粒径和粒径分布的影响。利用四极质谱分析仪在线测量了银纳米团簇的粒径尺寸与分布,并与透射电子显微镜(TEM)离线测量值进行比对。研究结果表明:保持其他参数不变时,增大结露区长度或溅射电流,银纳米团簇的平均粒径尺寸将增大;增加氩气流量,银团簇粒子平均粒径也相应增大,但当氩气流量增至60mL/min以上时,其平均粒径反而会减小。而氦气的加入会使平均粒径尺寸减小。在各工艺参数中,溅射电流和氩气流量是影响银纳米团簇平均粒径的主要因素。通过调节工艺条件,获得了平均粒径尺寸为2,4和6nm的银纳米团簇,四极质谱仪监测的粒径分布与TEM离线表征结果总体一致。     

超亲水性SiO2-TiO2纳米颗粒阵列结构的制备与性能研究

用分子自组装的方法在玻璃衬底上分别制备了TiO₂纳米颗粒层和SiO₂-TiO₂复合纳米颗粒阵列结构. 其中,SiO₂ 纳米颗粒层用旋涂法制备,得到密排阵列结构,而TiO₂纳米颗粒层则用浸渍提拉法制备. 文章分析了TiO₂纳米颗粒层和SiO₂-TiO₂复合纳米颗粒阵列结构的理论粗糙度,并通过扫描电子显微镜研究了它们的微观结构,用接触角 关键词： 自清洁 表面粗糙度 光催化 分子自组装