采用溶胶凝胶协同自组装方法制备SiO2反蛋白石结构薄膜及其光学性质研究

研究了溶胶凝胶协同自组装制备大面积高质量SiO₂反蛋白石结构薄膜的方法. 向单分散的聚苯乙烯(PS)胶体溶液中添加SiO₂前驱物溶液,用垂直自组装法一步得到微球空隙中均匀填充有凝胶的 复合PS胶体晶体薄膜,在空气中烧结去除PS后得到SiO₂反蛋白石结构薄膜.通过对添加前驱物溶液比例、 自组装温度以及烧结温度等参数的研究,用不同粒径的PS微球制备了不同孔径的高质量SiO₂反蛋白石结构薄膜. 用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪对制备得到的薄膜样品进行显微形貌和成分表征,并测试了其透射光谱. 结果表明:溶胶凝胶协同自组装法制备的SiO₂反蛋白石结构薄膜大面积高度有序,孔径可以控制且选择范围宽; 薄膜的透射光谱带隙明显,带隙中心波长与理论计算结果相符.     

柔性PMMA反蛋白石结构薄膜的制备及表征

以粒径为270 nm的SiO_2微球胶体晶体作为模板,向其中填充过量单体MMA,热聚合后形成SiO_2/PMMA复合结构光子晶体,将此光子晶体浸泡入浓度为20%的HF溶液中,刻蚀半小时后得到脱离ITO玻璃基板的柔性PMMA反蛋白石结构薄膜.该薄膜为周期有序的三维多孔结构,孔径大小均一,约为210 nm,外观蓝紫色与测试得到的带隙位置相对应.分析其微观形貌可知,对模板的过量填充产生了一层附着于胶体晶体上表面的PMMA致密层,致密层与其下层PMMA反蛋白石结构骨架在热聚合过程中由于体积收缩产生一定的应力差,使反结构薄膜自发从原基板脱离,从而获得柔性反蛋白石结构光子晶体.该薄膜可用于柔性光子晶体器件的制备.     

二维超导薄膜中拓扑缺陷数目与冷却速度关系研究

基于含时Ginzburg-Landau（TDGL）方程建立二维超导薄膜经历快速冷却后的拓扑缺陷数目与冷却速度的关系模型.采用差分法对此模型进行了数值模拟,计算出不同冷却速度下拓扑缺陷数目随着时间的变化关系.计算结果发现,在不同冷却速度下,缺陷数目随着时间的变化可以分为两个阶段：第一阶段缺陷数目较多,拓扑缺陷数目随时间急...     

SiO2纳米微球表面结构在可见光波段的减反特性

研究了不同尺寸SiO2胶体微球形成纳米结构薄膜的光学传输特性和光子带隙。通过在玻璃基底上自组装透光的SiO2胶体微球形成胶体晶体薄膜, 依据布拉格定律,分析微球尺寸对胶体晶体光子带隙的影响。为实现可见光波段的全方位减反射,提出通过改变胶体粒径将胶体晶体带隙位置移动至紫外波段,理论计算得出当粒径为112 nm,占空比为0.45时能实现可见光波段0.5%的平均反射率。实验结果表明,玻璃基底在400~800 nm间的平均反射率从4.3%降低至0.7%,最小反射率达0.3%。通过控制微球粒径移动光子带隙位置,优化晶体结构参数实现了可见光波段的减反射,有效提高了光学组件对可见光的利用率。     

中红外完全带隙Si反蛋白石光子晶体的制备与光学性能研究

通过溶剂蒸发对流自组装法制备SiO2胶体晶体,采用低压化学气相沉积法填充Si,制备得到Si反蛋白石(opal)三维光子晶体.采用扫描电子显微镜对Si反opal的显微形貌进行表征,采用平面波展开法理论模拟Si反opal的光子带隙,采用傅里叶变换红外光谱仪测试其光学性能.研究结果表明:Si在SiO2微球空隙内填充致密均匀,显微红外光谱测试的光子带隙反射峰位置及带宽与理论计算基本符合.变角度反射光谱测试表明,Si反opal沿不同角度入射时在中心波长3319nm处均存在明显的反射峰,证明其具有完全光子带隙,带隙位于中红外大气窗口区域.     

二维光栅与周期性缝隙阵列组合薄膜结构的杂散光抑制

传统方格型二维光栅与周期性缝隙阵列的组合薄膜结构具有雷达和光学波段双带通的电磁特性. 但由于其杂散光能量集中分布而严重制约它在高精度探测以及成像领域中的应用. 本文提出了一种全新的组合薄膜结构, 即由满足一定约束条件的圆孔型二维光栅和十字缝隙阵列构成. 基于Fraunhofer衍射理论建立组合薄膜结构标量衍射模型, 通过对比两种组合薄膜结构的衍射光分布, 理论分析与实验测试均表明: 圆孔型光栅与十字缝隙阵列组合薄膜结构不仅能够提高其光学透过率, 而且还使其杂散光分布均匀, 降低了其杂散光总比率, 从而有效抑制杂散光, 进一步增强了二维光栅与周期性缝隙阵列组合薄膜结构在实际光学系统中的可靠性. 关键词： 二维光栅 组合薄膜结构 衍射光强 杂散光     

激光能量对反钙钛矿GaCMn_3薄膜结构与物性的影响

本文采用脉冲激光沉积方法在LaAlO3(001)单晶衬底上制备了反钙钛矿GaCMn3薄膜,通过控制制备过程中脉冲激光的能量,研究了不同激光能量条件对GaCMn3薄膜结构与物理性能的影响.分别利用X射线衍射仪、原子力显微镜、超导量子干涉仪和物理性能测试系统,对所制备的薄膜的晶体结构、表面形貌和磁性、电输运性质进行了研究.结果表明,制备的样品均为具有多个晶面取向的反钙钛矿薄膜,且薄膜结构和物性明显随制备激光能量的变化而变化.当激光能量为450mJ时,制备的薄膜多晶面取向性最弱,结晶性和表面形貌最优良.实验所得的薄膜均表现出顺磁-铁磁-反铁磁相转变,然而转变过程比块材较平缓,同时薄膜的电阻率并未表现出块材中的突变特征,我们推测该现象很可能是由衬底的应力及衬底的晶格膨胀对薄膜反常晶格变化的抑制作用造成的.     

微观相场法模拟Ni75Al5.3V19.7中L12和D022结构反位缺陷的演化

运用微观相场法研究Ni75Al5.3V19.7合金沉淀过程中L12结构和D022结构反位缺陷发现:在沉淀初期,L12结构反位缺陷AlNi,Vni,NiA1,D022结构反位缺陷Vni,AlNi,Ni,AlV的浓度均从初始高度反位状态随沉淀过程的进行逐渐减小并趋于一平衡值;沉淀中后期,L12结构和D022结构长大,反位缺陷浓度始终保持平衡,平衡时L12结构的α格点反位缺陷AlNi,Vni,D022结构的α格点反位缺陷VNI,AlNI的浓度均在10-2数量级,Ll2结构和D022结构的β格点的反位缺陷NiA1,NiV,的浓度在10-1数量级,NiAl,NiV反位缺陷分别是这两种结构的主要反位缺陷类型;第三组元在有序相中有择优占位倾向,V原子优先占据L12:结构的β格点,Al原子优先占据D022结构的α格点.     

微观相场法模拟Ni75Al5.3V19.7 中L12和D022结构反位缺陷的演化

运用微观相场法研究Ni₇₅Al_5.3V_19.7合金沉淀过程中L1₂结构和D0₂₂结构反位缺陷发现：在沉淀初期,L1₂结构反位缺陷Al_Ni,V_Ni,Ni_Al,D0₂₂结构反位缺陷V_Ni,Al_Ni关键词： 微观相场 反位缺陷 L1₂结构')" href="#">L1₂结构 D0₂₂结构')" href="#">D0₂₂结构     

Preparation of colloidal crystal template for inverse opal hydrogels

Colloidal crystal template for inverse opal hydrogel is constructed by vertical deposition method using monodispersed silica nanospheres. By adjusting the concentration of monodispersed silica nanospheres, it is found that well-structured silica template with more than 20 layers is formed when the concentration of the silica is 3.5 wt%. To enhance its strength, the prepared template is put in an oven at 500 °C for 2 h. The surface of the template is divided into many blocks by cracks formed in the process of heat treatment. The number of blocks varies with the rising time of the temperature from 25 to 500 °C. Under the same magnification, blocks formed with the rising time of 150 min can be nearly 4 times more than the blocks with a rising time of 300 min or 500 min, which means the slow rising velocity of the temperature can lead to a better colloidal crystal template with fewer blocks.     

溶胶凝胶法制备圆柱形大孔二氧化硅反蛋白石结构晶体

利用溶胶凝胶法在不同直径的毛细管表面制备了圆柱形二氧化硅反蛋白石多孔结构.利用扫描电子显微镜表征了其形貌,发现胶体晶体的类(111)面结构整体为圆柱形,平行于毛细管表面.透射光谱结果表明,二氧化硅多孔结构在[111]方向具有典型的光子带隙效应,与布拉格理论相符合,有望应用到光通讯和传感领域.     

二氧化硅人工蛋白石晶体（opal)的制备及其结构性质的研究

运用胶体化学法合成了尺寸可控的二氧化硅（SiO2）亚微米溶胶小球.透射电子显微镜（TEM）结果显示样品平均尺寸可从200nm变化至600nm，单分散性较高、平均标准偏差小于5％.通过自然沉积法，由溶胶SiO2小球自组织晶化制备了人工蛋白石晶体（opal晶体）结构.样品的剖面扫描电子显微镜（SEM）检测表明，样品为面心立方（fcc）结构.分析表明，较高的单分散性和缓慢的沉积过程是SiO2溶胶小球自组织晶化成三维有序结构的关键因素.反射谱中峰位在1320nm处的反射峰的出现，意味着样品在宏观尺度上的有序排列， 关键词： 亚微米二氧化硅溶胶小球 人工蛋白石晶体 方向带隙     

Fabrication of 3D inverse opal structured photonic crystal by using wedge-shaped cell method

A simple and low cost fabrication method for three dimensional inverse opal structured photonic crystal by using wedge-shaped cell (WSC) was suggested and demonstrated. The key idea of our method in the infiltration process was that the opal template was attached on the upper plate of the WSC, by which we could prevent the surface sedimentation of suspension. The micro shape and the transmission spectrum of the fabricated inverse opal structured photonic crystal were measured and discussed.     

低温等离子体增强化学气相沉积法制备Ge反opal三维光子晶体及其光学性能

通过溶剂蒸发对流自组装法制备SiO2三维有序胶体晶体模板,采用等离子体增强化学气相沉积法在200℃低温条件下填充高折射率材料Ge,获得了Ge反opal三维光子晶体.实现了低于GeH4热分解温度的低温填充.通过扫描电镜、X射线衍射仪和傅里叶变换显微红外光谱仪对Ge反opal的形貌、成分和光学性能进行了表征.结果表明:沉积得到无定型态Ge,退火后形成多晶Ge,Ge在SiO2微球空隙内填充致密均匀.Ge反opal的反射光谱有明显的光学反射峰,表现出光子带隙效应,其带隙中心波长为1650nm和2640nm,测试的光学性能与理论计算基本符合.采用SU-8光刻胶薄膜也进行了Ge沉积,证实了SU-8模板可以耐受这一沉积温度.低温沉积降低了Ge的填充温度,可以直接采用不耐高温的高分子材料作为初始模板,单次复型制备得到多种构型的完全带隙三维光子晶体.     

纳米铜薄膜塑性变形中空位型缺陷形核与演化的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法模拟了纳米单晶铜薄膜在单向拉伸载荷作用下的塑性变形过程, 重点分析了空位型缺陷的形核过程和演化机理. 在模拟过程中, 采用镶嵌原子势描述原子间的相互作用. 模拟结果表明纳米铜薄膜中塑性变形起源于位错的表面形核, 而空位型缺陷的形核及演化都与晶体内部的位错运动密切相关. 空位型缺陷通常从位错割阶及层错交截处开始形核, 以单空位、层错四面体和不规则空位团等形式存在. 关键词： 纳米薄膜 塑性变形 空位 层错四面体     

用阴极发光显微术研究YAG:Nd~(3+)晶体中的缺陷

采用扫描电子显微镜中的阴极发光显微术获得了YAG:Nd~(3+)激光晶体中不同缺陷所形成的显微发光图象。据此进一步分析了这些缺陷的形成机制及其对材料性能的影响。     

Measurement and analysis of the surface roughness of Ag film used in plasmonic lithography

The silver(Ag)/photoresist(PR)/Ag structure, widely used in plasmonic photolithography, is fabricated on silicon substrate. The surface roughness of the top Ag film is measured and analyzed systematically. In particular, combined with template stripping technology, the lower side of the top Ag film is imaged by an atomic force microscope. The topographies show that the lower side surface is rougher than the initial surface of the subjacent PR film, which is mainly attributable to the deformation caused by particle collisions during the deposition of the Ag film. Additionally, further measurements show that the Ag film deposited on the PR exhibits a flatter upper side morphology than that directly deposited on the silicon substrate. This is explained by the different growth modes of Ag films on different substrates. This work will be beneficial to morphology analysis and performance evaluation for the films in optical and plasmonic devices.