基于复合超构表面的宽带圆极化双功能器件设计

多功能器件的设计是推动新一代电磁系统发展的重要力量,而超构表面因其对电磁波的幅度、相位和极化等特性的灵活调控在多功能器件领域备受关注.传统的多功能超构表面是利用各向异性单元对相互正交的线极化波具有不同响应的特性,从而设计出适用于线极化的多功能器件.本文提出了一种缝隙加载的环I形复合超构表面单元,通过单元臂长和旋转角度的调整实现了对圆极化电磁波传输和几何相位的独立控制.利用上述两种相位的共同作用,打破了左旋和右旋圆极化电磁波操控中存在的固有关系,为圆极化双功能器件的设计提供了新的思路.在此基础上,利用复合超构表面分别设计了异面偏折器和定向/涡旋光束产生器,实验结果表明,本文设计的两种反射型圆极化双功能器件在9—13 GHz的宽频带范围内均能良好工作.     

气体团簇离子束两步能量修形法的平坦化效应

本文提出采用气体团簇离子束的两步能量修形法来改善4H-SiC(1000)晶片表面形貌.先用15 keV的高能Ar团簇离子进行整体修形,再用5 keV的低能团簇离子优化表面.结果表明,在相同的团簇离子剂量下,与单一15 keV的高能团簇处理相比,两步法修形后的表面具有更低的均方根粗糙度,两者分别为1.05 nm和0.78 nm.本文还以原子级平坦表面为研究对象,揭示了载能团簇引起的半球形离子损伤(弧坑)与团簇能量的关系,及两步能量修形法在弧坑修复中的优势.在原子力显微镜表征的基础上,引入了二维功率谱密度函数,以直观全面地给出材料的表面形貌特征及其随波长(频率)的分布.结果表明,经任何能量的团簇离子轰击的表面,在0.05—0.20μm波长范围内,团簇轰击都能有效地降低粗糙度,而在0.02—0.05μm范围内,则出现了粗化效应,这是由于形成了半球形离子损伤,但第二步更低能量的团簇离子处理可以削弱这种粗化效应.     

双金属/TiO2纳米管复合结构中增强的光电流

将传统半导体材料与金属微纳结构相结合,利用其表面等离激元共振效应,可有效地增强复合结构的光电转换效率,使其广泛地被用于光电化学和光电探测等领域.本文以氧化铝纳米管为模板,采用原子层沉积技术制备出高有序的TiO2纳米管,并通过电子束热蒸发技术在大孔径的纳米管薄膜中分别负载金、铝和双金属金/铝纳米颗粒,形成金属纳米颗粒/TiO2纳米管复合结构.研究结果表明,相对于纯TiO2纳米管,Au/TiO2复合纳米管在568 nm的可见光照射下,其光电流密度约有400%的提高;在365 nm紫外光照射下,Al/TiO2复合纳米管的光电流提高约50%;同时负载双金属Au和Al纳米颗粒的TiO2纳米管在整个紫外-可见光区域光电流均显著增强.     

绿色环保化学机械抛光液的研究进展

原子级加工制造是实现半导体晶圆原子尺度超光滑表面的有效途径.作为大尺寸高精密功能材料的原子级表面制造的重要加工手段之一,化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)凭借化学腐蚀和机械磨削的耦合协同作用,成为实现先进材料或器件超光滑无损伤表面平坦化加工的关键技术,在航空、航天、微电子等众多领域得到了广泛应用.然而,为了实现原子层级超滑表面的制备,CMP工艺中常采用的化学腐蚀和机械磨削方法需要使用具有强烈腐蚀性和高毒性的危险化学品,对生态系统产生了不可逆转的危害.因此,本文以绿色环保高性能抛光液作为对象,对加工原子量级表面所采用的化学添加剂进行分类总结,详尽分析在CMP过程中化学添加剂对材料表面性质调制的作用机理,为在原子级尺度下改善表面性质提供可参考的依据.最后,提出了CMP抛光液在原子级加工研究中面临的挑战,并对未来抛光液发展方向作出了展望,这对原子尺度表面精度的进一步提升具有深远的现实意义.     

面向单晶SiC原子级表面制造的等离子体辅助抛光技术

目前Si基半导体由于其自身材料特性的限制,已经越来越难以满足高速发展的现代电力电子技术对半导体器件的性能要求.SiC作为新一代半导体材料具有显著的性能优势,但由于其属于典型的难加工材料,实现SiC晶圆的高质量与高效率加工成为了推动其产业化应用进程的关键.本综述在回顾近年来SiC超精密加工技术研究进展的基础上,重点介绍了一种基于等离子体氧化改性的SiC高效超精密抛光技术,分析了该技术的材料去除机理、典型装置、改性过程及抛光效果.分析结果表明,该技术具有较高的去除效率,能够获得原子级平坦表面,并且不会产生亚表面损伤.同时针对表面改性辅助抛光技术加工SiC表面过程中出现的台阶现象,探讨了该台阶结构的产生机理及调控策略.最后对等离子体辅助抛光技术的发展与挑战进行了展望.     

表面增强拉曼光谱对西地那非类药物的快速检测

采用表面增强拉曼光谱(SERS)技术并结合简单的前处理流程,对保健品样品中11种西地那非类药物进行了非定向快速筛查研究.结果表明,11种西地那非类药物可根据结构分为5类,类别之间SERS谱图差异显著;类别内SERS谱图具有共性特征,特征峰相对强度差异明显.实际样品的检测中,西地那非类药物的最低检出浓度约为0.05 mg/kg;前处理和测试的总时长约为3~5 min,且与检测目标物和样品无关.本方法高灵敏度、快速和非定向检测的设计理念为快速检测保健品中违禁添加药物提供了新思路和新方法.     

硝化甘油在α-Al_2O_3(0001)和γ-Al_2O_3(110)表面吸附的理论计算

选取硝化甘油(NG)和氧化铝(Al_2O_3)分别作为推进剂中的含能增塑剂和燃料表面的模型,研究了含硝酸酯类增塑剂与推进剂中燃烧剂表面的微观作用机理.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法和全电子双数值基组研究了NG在α-Al_2O_3(0001)和γ-Al_2O_3(110)表面的吸附作用.计算结果表明,NG可以在α-Al_2O_3(0001)和γ-Al_2O_3(110)表面发生强烈化学吸附;吸附导致相应的O—NO_2键被明显拉长并断裂,无能垒自发产生NO_2自由基,该解离过程放出大量的热,吸附能高达约175.7 kJ/mol;NG在完全羟基化的α-Al_2O_3(0001)和γ-Al_2O_3(110)表面上的吸附明显减弱,从强烈的化学吸附转变成以氢键作用为主的物理吸附,吸附能只有约50.0 kJ/mol;而在部分羟基化的α-Al_2O_3(0001)和γ-Al_2O_3(110)表面上可以同时发生物理吸附和化学吸附,且两种机制并不存在明显的协同或催化作用.     

PDMS-Au复合基底上多环芳烃分子的表面增强拉曼光谱

利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对有机物的富集功能,通过在金纳米粒子单层膜(Au MLF)表面旋涂薄层PDMS膜制备PDMS-Au MLF复合表面增强拉曼光谱(SERS)基底.研究了SERS增强性能与旋涂液浓度及稀释溶剂间的关系,考察了复合基底增强活性的均匀性.研究发现,采用叔丁醇为稀释溶剂,浓度为2%(质量分数)的旋涂液时所得复合基底表面多环芳烃(PAHs)的SERS信号强度最高,且此基底SERS信号强度偏差小于10%.分别以PDMS-Au MLF复合材料和Au MLF作为基底,对比研究了对萘、蒽、菲和芘4种多环芳烃的SERS检测能力.结果表明,PDMS-Au MLF复合基底对以上4种有机物的检出限分别为10~(-6),10~(-7),10~(-8)及10~(-7)mol/L,相比于单一Au MLF基底,其检测限至少降低了1个数量级,这主要源自于PDMS对PAHs的富集作用,且此类复合基底可用于多种多环芳烃混合物的特征识别.     

Y修饰CuO/ZrO_2催化剂高效催化水煤气变换反应制氢

采用水热法制备了具有不同Y掺杂量的单分散ZrO_2纳米粒子(n(Y)/n(Y+Zr)=0-5%),并以其为载体采用沉积-沉淀法制得CuO/ZrO_2催化剂;考察了富氢气氛下上述催化剂的水煤气变换反应(WGS)催化性能。结果表明,掺杂Y后催化剂的活性明显提高,其中,载体掺杂2%Y的催化剂具有最佳的催化活性,在270℃时的CO转化率高达91.4%,明显高于研究较多的CuO/ZnO和CuO/CeO_2催化剂。X射线粉末衍射、N_2物理吸附-脱附、N_2O滴定、扫描电镜和CO程序升温还原等表征结果表明,Y~(3+)掺入了ZrO_2的晶格并对催化剂的结构和还原性能产生直接影响。Y助剂的引入一方面促进了CuO在ZrO_2表面的分散,提高了催化剂表面活性Cu-[O]-Zr物种的含量;另一方面,改善了催化剂的颗粒单分散性和织构性能。载体掺杂2%Y助剂的样品具有较高的Cu-[O]-Zr物种含量、较佳的颗粒单分散性和织构性能,且其表面的Cu-[O]-Zr物种和活性羟基具有较佳的还原性能,因而表现出较高的催化活性     

改性Y型分子筛对硫醇硫醚的吸附脱除研究

通过液相离子交换法制备了Cu(I)Y、Ni Y、Ce Y分子筛,以XRD、低温N2吸附-脱附、NH3-TPD、吡啶红外Py-FTIR等方法对其进行物性表征。利用固定床技术、WK-2D微库伦仪及硫化学发光检测GC-SCD色谱评价了改性分子筛对于硫含量300μg/g模拟油(含硫化合物二丙硫醚、环己硫醇和1-庚硫醇与壬烷配制)及HDS汽油的吸附脱硫性能。结果表明,吸附剂对模拟油和HDS燃料油品中硫醇硫醚具有吸附效果,且改性后的分子筛在吸附脱硫过程中,强的B酸对于吸附脱硫有负作用,会使油品中硫醇硫醚发生催化反应,聚合的大分子硫化物遮盖及阻塞吸附活性位点,从而使吸附剂不能够完全地吸附硫化物,造成吸附硫容较小,而弱L酸无催化活性对吸附脱硫有正面影响。