纳米GaSb-SiO2镶嵌复合薄膜的制备及光学性质

用射频磁控溅射技术制备出纳米GaSb颗粒镶嵌在SiO₂ 介质中的复合薄膜 .透射电子显微镜观察表明 ,纳米GaSb颗粒均匀地镶嵌在SiO₂ 介质中 .X射线衍射显示出GaSb ( 1 1 1 ) ,GaSb ( 2 2 0 )和GaSb ( 31 1 )典型的面心立方闪锌矿结构特征 .复合薄膜的室温光吸收谱表明 ,吸收边发生了较大的蓝移 ,并且 ,蓝移量随纳米GaSb的颗粒尺寸减小而增大 .复合薄膜的室温Raman光谱表明 :薄膜的Raman散射峰较块体材料的有较大的红移和宽化 .用量子限域理论和张应力效应对这些现象作了解释 .     

镶嵌在氧化硅薄膜中纳米硅的Raman散射研究

系统研究了a- SiO_x 的Raman散射谱及其退火行为 ,并通过退火技术使Si从SiO_x 网络中分凝出来 ,形成纳米硅和SiO₂ 的镶嵌结构 .并利用Raman散射技术研究了这种复合薄膜中纳米硅的声子态 .发现在 1 0 0～ 6 0 0cm,sup>-1的波数范围内 ,纳米硅的Raman谱可用 5条Lorentz线得到很好地拟合 ,并对这 5条线的来源作了确认 ;观测到了在 6 0 0～ 1 1 0 0cm^-1范围内纳米硅的双声子散射 .研究结果表明 ,镶嵌在SiO₂ 介质中的纳米硅具有非晶硅相和纳米硅晶相共存的特点 ,两者均对Raman散射有贡献 .不仅观测到了声子限制效应使一级光学声子频率随纳米硅晶粒尺寸减小而红移这一现象 ,而且还发现 (与体硅相比 )声子限制效应对二级Raman散射具有增强效应 ,并对二级散射模的频率也会产生影响 .     

纳米硅光学特性的研究 *

结合微区Raman谱 ,研究了镶嵌在SiO₂ 基质中纳米硅的吸收谱和光致发光谱 .观测到了吸收边随纳米硅尺寸的减小而蓝移的现象 .并发现在1.9～3.0 eV的能量范围内 ,纳米硅的吸收系数与能量的关系为一指数关系 ,这可能是间接带隙的特征 .在0.95～1.6eV之间存在次带吸收 ,这归因于包括非晶相在内的纳米硅表面态和缺陷态 .通过发光谱与吸收谱的比较 ,认为声子可能参与了发光过程 .     

氢化非晶硅氧薄膜微结构

以Raman散射、X射线电子能谱和红外吸收光谱细致研究了PECVD法250℃衬底温度下制备的氢化非晶硅氧(a-SiO_x∶∶H)薄膜的微结构及键构型. 研究表明, 在0.52≤x≤1.58的氧含量范围内，a-SiO_x∶∶H薄膜成分和结构不是均一的，依赖于局域键构型氧化程度的不同，大致存在着5种在一定程度上相互分离的结构组分，即Si, Si₂O(∶H), SiO(∶H), Si₂O₃(∶H)和SiO₂. 其中的Si相以非氢化的非晶硅(a-Si)颗粒形式存在，随氧含量x的增加其尺度持续减小但始终存在. 提出一种多壳层模型来描述a-SiO_x∶H薄膜的结构，认为a-SiO_x∶H薄膜中a-Si颗粒依次为Si₂O(∶H), SiO(∶H), Si₂O₃(∶H)和SiO₂壳层所包围. 随薄膜氧含量x的增加，各壳层厚度相应变化但各自的化学构成基本保持不变.     

氢化非晶氧化硅薄膜的微结构及光致发光的研究

采用等离子增强化学气相沉积 (PECVD)技术制备了一组氧含量不同的氢化非晶氧化硅 (a-SiO_x∶H)薄膜 ,室温下在 5 5 0～ 90 0nm的波长范围内观察到了两个强的发光带 :一个是由峰位在 6 70nm( 1 85eV)左右的主峰和峰位在 835nm( 1 46eV)的伴峰组成的包络 ,另一个只能在氮气氛中 1 1 70℃退火后的样品中观测到 ,峰位大约在 85 0nm .通过对红外谱和微区Raman谱的分析 ,认为这两个发光带可能分别与存在于薄膜中的a-Si原子团和Si纳米晶粒有关.     

纳米SnO2的Raman光谱研究

利用Raman光谱和X射线衍射系统地研究了纳米SnO₂的微观结构和空间对称性与退火温度的关系,并与非晶SnO₂薄膜和单晶的结果进行了比较.发现,Raman新峰N₁和N₂完全遵循Matossi力常数模型,退火温度接近673K时,纳米微粒内局域无序和晶格空位密度迅速下降,晶格畸变和Raman新峰几乎同时消失.并对Raman新峰N₁和N₂与纳米SnO₂的微观结构的变化进行了深入的探讨.     

Si(111)衬底GaN薄膜的制备与特性

用溅射后退火反应法在Si(111)衬底上制备的高质量GaN薄膜. XRD, XPS, SEM和PL测量结果表明该方法制备的GaN是六角纤锌矿结构的多晶. GaN的最大晶粒尺寸约为100 nm. 在354 nm处发现强室温光致发光峰, 带隙相对于体GaN发生了轻微蓝移.     

用对向靶溅射法外延生长La-Ca-Mn-O巨磁阻单晶薄膜 *

用对向靶溅射法(FTS)在(110)NdGaO₃基板上外延生长出La-Ca-Mn-O(LCMO)单晶薄膜,其三维晶体结构用高分辨率双晶X射线衍射技术(DCD)和掠面衍射技术(GID)分析,薄膜表面形貌用原子力显微镜(AFM)测量.结果表明,薄膜有c轴位于薄膜平面的类钙钛矿结构,所有已测量X射线衍射峰的摇摆曲线的半高宽度均约为0.01°,这是迄今报道过的陶瓷薄膜的最小结构参数.AFM图象清楚表明薄膜为单原子层状生长,表面原子层台阶高度为0.195nm.台阶宽度为360～400nm.台阶边缘沿(001)方向.原位生长的薄膜已具有较大的巨磁阻效应.     

异常大磁阻La-Sn-Mn-O外延单晶薄膜的研究 *

首次报道采用脉冲激光沉积方法在(100)LaAlO₃ 单晶基底上外延生长La-Sn-Mn-O薄膜 ,由X射线的衍射分析确定薄膜属于钙钛矿型结构 .薄膜在低温发生金属到半导体转变 ,它的电阻随磁场的变化而变化 ,其磁阻的最大变化率约为 1 0 3 ,表明此薄膜具有异常大磁阻效应 .磁化强度的测量表明其室温为顺磁性低温为铁磁性 .居里温度值与薄膜出现最大磁阻变化率的温度值十分接近 ,表明其中的磁阻效应是与铁磁到顺磁转变紧密相连的 .为进一步探讨La-Sn-Mn-O在将来集成薄膜器件中的应用前景 ,测量了薄膜表面的平整度 .     

纳米复合材料Fex(SiO2)1-x中的界面相互作用和渗透效应对磁性的影响

采用机械合金法制备了纳米复合材料Fe_x(SiO₂)_1-x系列样品 .用X射线粉末衍射 (XRD)、透射电子显微镜 (TEM )、M ssbauer谱和Faraday磁天平系统地研究了该系列样品不同Fe合量和不同球磨时间的微结构和磁性 .实验表明样品的微结构和磁性与球磨时间和Fe含量密切相关 .当样品的Fe含量少于 2 0wt% ,并球磨了 80h后呈现出非常复杂的微观结构 :α -Fe纳米晶粒和Fe团簇镶嵌在SiO₂ 基质中 ,形成α -Fe纳米岛状和纳米尺度的类三明治结构 .Fe-SiO₂ 界面的相互作用和渗透效应、纳米晶的尺寸效应和类三明治的特殊微观结构导致了纳米复合材料Fe_x(SiO₂)_1-x的物理性能的变化     

古代黑镜表层SnO2结构成分研究

中国古代黑镜表面层主要由纳米晶体SnO₂组成,其厚约100μm,如此厚纳米晶体膜的形成机理以及它优异的耐腐蚀性能,与纳米晶体SnO₂结构成分密切相关。利用Raman光谱等测试手段对这一纳米晶体进行分析研究,证明其晶格中有原子掺杂,它的分子式应为Sn_1-x(CuFePbSi)_xO₂。研究表明,Raman光谱分析是探索纳米固体晶格内有无原子掺杂的有效方法。     

单层富勒烯薄膜脱盐应用的分子动力学模拟研究

海水淡化是最有希望解决全球淡水资源短缺的有效方案之一，纳米技术的进步推动了各类用于水净化的纳米多孔膜的发展.理论和实验研究发现了纳米多孔石墨烯的超高水透过和盐离子拒绝率.然而精确创建、控制纳米级孔隙的大小和分布的操作难度极大地限制了纳米膜材料的实际化应用.通过分子动力学模拟发现具有均匀有序纳米孔排列准四边形结构(quasi-tetragonal phase, qTP)的单层富勒烯(C₆₀)薄膜在海水淡化方面的巨大潜力，在保证100%阻盐率的同时，与传统聚合物过滤膜相比，单层富勒烯薄膜展示出卓越的透水性.从原子尺度系统地研究了单层富勒烯薄膜结构的筛分机制，发现钠离子、氯离子与水分子相比，在穿膜运输过程中有大的能量障碍.结果表明，单层富勒烯薄膜是一种很有优势的海水淡化膜.     

纳米流体在非线性伸展面上粘性流动及其热交换时的相似解

当含金属颗粒的粘性流体(即纳米流体)流过非线性伸展平面时,分析其边界层流动及其热交换.假设伸展速度是到原点距离的幂函数.将偏微分的控制方程及其相应的边界条件,简化为耦合的非线性常微分方程及其相应的边界条件.数值地求解所得到的非线性常微分方程.讨论了各相关参数(即Eckert数Ec,纳米颗粒的固体体积率和非线性伸展参数n)对问题结果的影响,并与先前文献所报道的结果进行了对比.研究了不同类型的纳米颗粒.发现纳米流体的流动特性随着纳米颗粒类型的改变而变化.     

GaAs颗粒镶嵌薄膜的非线性光学性质研究

采用单光束的Z扫描技术研究了GaAs颗粒镶嵌薄膜的非线性光吸收和非线性光折射特性,获得了增强的三阶光学非线性响应.实验测得的非线性折射率系数为 10^-3esu和非线性光吸收系数为10^-1cm/W量级.研究了产生饱和吸收时的光跃迁选择定则,观察到了饱和吸收现象和双激子态的双光子吸收现象,实现其饱和吸收和双光子吸收所需的辐射光强小于10⁴w/cm²结果表明:增强主要起源于量子限域效应,在强限域条件下,库仑作用效应被更强的限域作用所掩盖.GaAs颗粒表现出类似于二能级系统的光学非线性响应特征.     

弹性和电-微拉伸广义热弹性固体中的平面波在不完全边界上的传播

讨论了平面波入射在弹性固体(介质(M))和电-微拉伸广义热弹性固体(介质M)的界面上时,波的反射和透射问题.介质M中存在5种反射波(纵向位移(LD)波、热(T)波、纵向微拉伸(LM)波和2种横向耦合位移和微转动波(CD(Ⅰ)和CD(Ⅱ)波));介质(M)中存在2种透射波(纵(P)波和横(SV)波).得到不完全边界上不同反射波和透射波的振幅比,并导出法向力刚度、切向力刚度和完全粘接时的振幅比.对LD波和CD(Ⅰ)波,图示出振幅比随不同入射角的变化.显示出反射波和透射波的振幅比受到介质的刚度、电场、拉伸和热特性的影响.推演出一些有价值的特例.     

固态van der Waals C60膜晶格的Coulomb膨胀

利用扫描隧道显微镜观测到生长在GaAs(001)2×4表面上的固态van der Waals C60膜在室温下较之C60晶体具有13%的晶格膨胀.这种膨胀是由从GaAs衬底饱和的As悬挂键上转移到C60分子上的电荷之间的Coulomb作用引起的.理论计算表明,平均约有1.76个电子转移到每个C60分子上.有趣的是,该固态C60膜为(110)取向,这明显不同于生长于其他半导体或金属表面上的具有(111)取向的六角密排C60膜.这种反常取向的薄膜是由GaAs衬底的各向异性产生的一维限制作用导致的.通过选择不同的衬底,可以控制C60薄膜的晶体生长.     

离子注入Al0.25Ga0.75As/GaAs的Raman光谱研究

0.8 MeV的Si离子注入Al_0.25Ga_0.75As/GaAs外延薄膜的弱损伤特征.注入剂量从1×10¹⁴～5×10¹⁵ cm^-2,对注入后的样品采用了Raman光谱测量,观察到了两类声子模式,该外延材料的晶格振动显示出“双模”行为.并计算了在注入层中的应变以及晶格常数随剂量的变化.此外还测量了样品的Rutherford背散射和沟道谱(RBS/C),结果表明与Raman光谱测量一致的结论：该注入条件只引起材料的弱损伤行为.     

超长、开口定向碳纳米管列阵的制备 *

以碳氢气体为反应物 ,利用化学气相沉积方法 ,在均匀分布着纳米Fe/SiO₂颗粒的SiO₂ 基底上生长出长度达2mm的超长定向碳纳米管列阵 ,该超长碳纳米管的长度比现有碳纳米管的长度(1～100 μm)高1～2个数量级 .研究了碳纳米管的形貌和结构 ,发现碳纳米管的根部呈自然开口状态 .初步讨论了超长、开口碳纳米管的生长机制 .     

纳米流体在粘性耗散和Newton传热组合影响下的Sakiadis流动分析

就两类以水为基本流体的Newton纳米流体:内含金属颗粒铜(Cu),或者非金属颗粒二氧化钛(TiO2),研究粘性耗散和Newton传热对移动平板边界层流动的组合影响.利用相似变换,将偏微分的控制方程转换为常微分方程组,并用Runge-Kutta-Fehlberg法和打靶法,对其进行数值求解.由此得到结论,随着纳米颗粒体积分数和Newton传热的增加,移动平板表面的热交换率也增加,但是,随着Brinkmann数的增加,移动平板表面的热交换率反而减小.此外,纳米工作流体Cu-水的移动平板表面热交换率,高于纳米工作流体TiO2-水.     

C60和C70薄膜光吸收谱研究 *

用透射光谱法和光热偏转谱法测得了C₆₀和C₇₀薄膜在宽能量范围(0.6到6.5 eV)的光谱,并计算了吸收系数.根据分子轨道模型分析了C₆₀和C₇₀薄膜的光跃迁行为.Fuller烯薄膜的弱吸收光谱与非晶硅的类似.用Tauc公式确定了C₆₀和C₇₀薄膜的光学带隙分别为1.75和1.65eV.Urbach吸收边和亚隙吸收表明Fuller烯薄膜中存在无序状态,导致带尾态和缺陷态,这虽非C₆₀或C₇₀薄膜所固有,但无序的存在给准确测定Fuller烯薄膜的禁带宽度带来障碍.讨论了偏转介质与衬底对Fuller烯薄膜的弱吸收光谱的影响.