Au纳米薄膜的熔化机理及其结构演变的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟详细研究了不同厚度的Au纳米薄膜的熔化机理和结构演变. 模拟结果表明所有Au纳米薄膜的熔化行为分为两个阶段,即表面预熔和均相熔化. 只有最外层原子出现了预熔化行为, 其他内层原子在均相熔化之前始终保持稳定的固态,这与零维的Au纳米团簇和一维的Au纳米线的预熔化行为是不同的. 同时Au纳米薄膜的熔化温度随着薄膜厚度的增加而升高. 在预熔化过程中,在原子水平上发现了所有的Au纳米薄膜的f100g晶面向f111g晶面转变的表面重建过程. 对于最薄的L2纳米薄膜,当温度低于500 K 时表面应力不能诱导这样的表面重建. 然而一维的Au纳米线在更低温度下就能够观察到了由表面应力诱导的表面重建过程. 这主要是因为Au纳米线具有更高的比表面积所导致的. 另外研究结果还表明当模拟温度达到某一特定值时,由双原子层组成的Au纳米薄膜能够分裂成一维的纳米线.     

Au/SiO2纳米多层薄膜的制备及其性质表征

利用多靶磁控溅射技术制备了Au/SiO2纳米颗粒分散氧化物多层复合薄膜.研究了在保持Au单层颗粒膜沉积时间一定时薄膜厚度一定、变化SiO2的沉积时间及SiO2的沉积时间一定而改变薄膜厚度时,多层薄膜在薄膜厚度方向的微观结构对吸收光谱的影响.研究结果表明:具有纳米层状结构的Au/SiO2多层薄膜在560nm波长附近有明显的表面等离子共振吸收峰,吸收峰的强度随Au颗粒的浓度增加而增强,在Au颗粒浓度相同的情况下,复合薄膜光学吸收强度随薄膜厚度的增加而增强.但当金属颗粒的浓度增加到一定程度时,金属颗粒相互接触,没有观察到纳米层状结构,薄膜不显示共振吸收峰特征.用修正后的M-G(Maxwell-Garnett)理论对吸收光谱进行了模拟,得到了与实验一致的结果.     

液态Ag薄膜在修饰的石墨烯表面的形态演变及其界面性质

利用分子动力学方法模拟了纳米尺度下液态Ag在表面修饰的石墨烯表面的界面现象.研究表明:Ag液滴在石墨烯表面发生反润湿现象,势函数参数、基体表面结构、Ag液膜厚度以及液膜形状对液膜的润湿性及形态变化均有显著影响,这些条件的改变都将会影响液滴的反润湿性,使液滴的脱离时间和脱离速度发生改变.此外,通过设置双液膜体系,研究了两液膜的桥接、断裂或融合、脱离过程.该研究对深入认识超疏水表面以及如何控制液滴的收缩和融合具有重要意义.     

金属纳米颗粒在Lu_2O_3薄膜中的应变场分析

利用有限元分析法对镶嵌在Lu2O3薄膜中的Au、Cu、Pt、Co金属纳米颗粒的应变场分布进行分析.分析表明:金属纳米颗粒在生长过程中受Lu2O3薄膜的压缩应力作用,从而在纳米颗粒内部和表面产生相应应变,应变分布与金属纳米颗粒的杨氏模量和泊松比有关.杨氏模量大的金属纳米颗粒表面应变和内部应变差异较大;而杨氏模量小的金属纳米颗粒内外应变差相对较小.随着金属纳米颗粒在基体材料内部不断生长,其受到的偏应变也逐渐增大.金属纳米颗粒生长过程中的这种偏应变的存在和变化将极大地影响其内部晶格结构和表面形貌,进而影响金属纳米颗粒的性能.     

金属/石墨烯复合纳米阵列结构LSPR特性

利用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法系统研究金属/石墨烯复合纳米阵列的消光特性,考察金属基底和石墨烯纳米阵列尺寸对局域表面等离子体共振峰位和强度的影响,以及研究不同基底厚度比条件下纳米复合阵列的电场分布、规律和物理本质。仿真结果表明,当保持金属基底厚度不变时,Ag/Au/石墨烯复合纳米阵列的局域表面等离子体共振峰随石墨烯原子层数的增大而增大,共振波长发生微小红移;当保持八根石墨烯层柱和银基底厚度不变时,随金银厚度比的增大,消光光谱发生蓝移;Ag/Au/石墨烯复合纳米阵列银层表面的电场强度为最强,石墨烯纳米棒阵列的电场强度较强。     

Au/SiO2纳米复合薄膜的微结构及光吸收特性研究

用多靶磁控溅射技术制备了Au/SiO2纳米多层薄膜.利用透射电子显微镜以及吸收光谱对Au/SiO2复合薄膜的微观结构、表面形貌及光学性能进行了表征和测试.研究结果表明:单层Au/SiO2薄膜中Au沉积时间小于10s时,分散在SiO2中的Au颗粒随Au的沉积时间的延长而增大;当沉积时间超过10s后,Au颗粒的尺寸几乎不随沉积时间变化,但Au颗粒的形状由网络状结构变为薄膜状结构.[Au(t1)SiO2(600)]×5多层薄膜在540-560nm波长附近有明显的表面等离子共振吸收峰,且吸收峰的强度随Au的沉积时间增加而增强.基于修正后的Maxwell-Garnett (M-G)有效媒质理论,讨论了金属颗粒的形状对等离子共振吸收峰的峰位和强度的影响.模拟的吸收光谱与实验吸收光谱形状、趋势及吸收峰位相符合.     

Au/SiO2纳米多层薄膜的制备及其性质表征

利用多靶磁控溅射技术制备了Au/SiO₂纳米颗粒分散氧化物多层复合薄膜.研究了在保持Au单层颗粒膜沉积时间一定时薄膜厚度一定、变化SiO₂的沉积时间及SiO₂的沉积时间一定而改变薄膜厚度时，多层薄膜在薄膜厚度方向的微观结构对吸收光谱的影响.研究结果表明：具有纳米层状结构的Au/SiO₂多层薄膜在560 nm波长附近有明显的表面等离子共振吸收峰，吸收峰的强度随Au颗粒的浓度增加而增强，在Au颗粒浓度相同的情况下，复合薄膜 关键词： 2纳米复合薄膜')" href="#">Au/SiO₂纳米复合薄膜 多靶磁控溅射 吸收光谱 有效介质理论     

包埋Pt纳米粒子对金属-半导体-金属结构ZnO紫外光电探测器性能的影响

利用射频磁控溅射设备制备ZnO薄膜, 最终制备ZnO/Pt纳米粒子/ZnO 结构的金属-半导体-金属型紫外光电探测器. 研究了Pt纳米粒子处在ZnO薄膜层中的不同深度对金属-半导体-金属型紫外光电探测器响应性能的影响. 结果表明, 探测器的响应度随着Pt纳米粒子在ZnO薄膜层中所处深度的增大而升高. 在60 V偏压下, 包埋Pt最深的探测器在波长365 nm处取得响应度最大值1.4 A·W^-1, 包埋有Pt探测器的响应度最大值为无Pt 纳米粒子探测器响应度最大值的7倍. 结合对ZnO薄膜表面的表征及探测器各项性能的测试, 得出包埋Pt纳米粒子增强器件的响应性能可归因于表面等离子体增强散射.     

惰性气体离子注入铝镁尖晶石合成金属纳米颗粒的探索

实验在表面蒸镀了金属(Cu,Au)薄膜的尖晶石(MgAl₂O₄)样品中注入惰性气体离子(Ar,He),随后对注入样品进行了退火处理.在紫外可见光谱上观察到了由于金属纳米颗粒存在引起的较强的表面等离子体共振吸收峰,提供了材料中金属纳米颗粒形成的证据.采用这种方法在材料中引入金属纳米颗粒,发现影响金属纳米颗粒形成的因素除了退火温度外,金属薄膜厚度的影响不可忽略. 关键词： 金属纳米颗粒 离子注入 惰性气体离子 紫外可见光谱     

非蒸发液滴去湿过程中残余膜形成机理

部分浸润的非蒸发液滴在纳米级光滑表面上去湿后会留下纳米厚度的残余膜。本文进一步探究了纳米级残余膜形成和保持稳定的条件。原子力显微镜的测量结果表明残余膜的厚度随液体浸润性的增加而增加,在接触角大于约40°后残余膜难以形成。体系分离压的正负是影响纳米级残余膜稳定性的关键因素,数值模拟的结果与实验结果吻合。     

溶胶-凝胶法制备ZnO纳米薄膜的工艺和应用

ZnO是一种重要的功能材料和新型的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体材料.采用溶胶-凝胶(Sol-gel)工艺在Si(100)、Si(111)和c面蓝宝石衬底上成功制备出高质量的ZnO纳米薄膜,并用XRD、SEM、AFM等方法研究了薄膜的特性.首次以制备的ZnO纳米薄膜为缓冲层,在n型Si(100)衬底上采用低压化学气相沉积(LPCVD)工艺外延生长了SiC薄膜,得到了低载流子浓度、高电子迁移率和高空穴迁移率的两种SiC薄膜样品,分析了该薄膜的性能.     

p型多晶硅薄膜应变因子与掺杂浓度关系理论研究

多晶硅薄膜具有良好的压阻特性,晶粒结构和掺杂浓度决定其压阻特性.一般通过调节掺杂浓度改变压阻参数,但现有的多晶硅薄膜压阻系数与掺杂浓度的理论关系和适用范围不够全面.为了完善多晶硅薄膜压阻理论,基于多晶硅纳米薄膜隧道压阻模型,以及硅价带和空穴电导质量随应力改变的机理,提出了一种p型多晶硅薄膜压阻系数算法.该算法分别求取了晶粒中性区和复合晶界区的压阻系数π_(11),π_(12)和π_(44)的理论公式,据此可以计算任意择优晶向排列多晶硅的纵向和横向压阻系数.根据材料的结构特性,求取了p型多晶硅纳米薄膜和普通多晶硅薄膜应变因子,绘制了应变因子与掺杂浓度的关系曲线,与测试结果比较,具有较好的一致性.因此,该算法全面和准确,对多晶硅薄膜的压阻特性的改进和应用具有重要意义.     

Ti~+离子注入结合热退火法制备TiO_2纳米薄膜研究

利用金属蒸发真空多弧离子源(MEVVA源)注入机将Ti+离子注入到高纯石英玻璃衬底中,离子注入的加速电压为20 k V,注入剂量为1.5×1017和3×1017ions/cm2,将注入样品在氧气气氛下进行热退火处理,制备了TiO2纳米薄膜。采用光吸收谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对注入样品进行了测试和表征,分析了TiO2薄膜的形成机理。在热退火过程中衬底中离子注入的Ti原子向外扩散到衬底表面被氧化形成了TiO2。TiO2的形成、晶粒尺寸和晶体结构依赖于热退火温度,而形成TiO2薄膜的厚度主要受离子注入剂量和热退火时间的影响。实验结果表明,该方法制备的TiO2纳米薄膜将有望应用于制备具有光催化、自清洁等特殊性能的自清洁玻璃。     

高次谐波体声波谐振器的有效机电耦合系数

高次谐波体声波谐振器HBAR (High-overtone Bulk Acoustic Resonator)由基底、压电薄膜和上下电极组成,系统地研究了它们的结构参数(厚度)和性能参数(特性阻抗)对HBAR的重要性能参数有效机电耦合系数K_eff2的影响。在谐振频率附近,通过将HBAR的分布参数等效电路简化为集总参数等效电路得到了它们之间的关系表达式,分析了K_eff2在所关心频率最近谐振点的变化情况。结果表明,保持压电薄膜厚度不变,连续增加基底厚度,K_eff2呈振荡(非单调)下降,当基底厚度达到一定值时K_eff2与厚度成反比下降;保持基底厚度不变,连续增加压电薄膜厚度,K_eff2的峰值随基底和压电层的特性阻抗之比增加快速下降,到达极小值后缓慢增加;选择低阻抗的熔融石英作为基底可以获得较大的K_eff2;与Al电极相比,Au电极选择适当厚度可以获得较高的K_eff2。上述揭示的一些规律为HBAR的优化设计提供了理论依据。      

Nanosecond laser pulse induced vertical movement of thin gold films on silicon determined by a modified Michelson interferometer

The vertical movement of a 40 nm thin Au film on a silicon substrate during intense nanosecond (ns) laser irradiation is determined on the nm vertical and ns time scales using an optimized Michelson interferometer. The balanced setup with two detectors uses the inverse interference signal and accounts for transient reflectivity changes during irradiation. We show that a change in phase shift upon reflection must be taken into account to gain quantitative results. Three distinct fluence regimes can be distinguished, characterized by transient reflectivity behavior, dewetting processes and film detachment. Maximum displacement velocities are determined to be 0.6 m/s and 1.9 m/s below and above the melting threshold of the metal, respectively. Flight velocities of detaching liquid films are found to be between 30 and 70 m/s for many nanoseconds.     

悬空石墨烯对其表面金纳米膜形貌的影响

石墨烯与金属间的相互作用是石墨烯器件研究中的关键问题之一,其涉及石墨烯器件的电学接触、锂离子电池石墨烯电极、石墨烯金属光学等方面.本文重点研究了不同层数的悬空石墨烯表面金纳米膜退火前后的形貌演化过程,观测到两个重要的现象:1)排除基底影响后的悬空石墨烯层数可以通过金纳米膜的形貌特征进行确认,但其随层数的变化趋势与有基底支撑的石墨烯正好相反;2)退火处理后的悬空石墨烯上的金纳米膜形貌演化过程具有类似水滴在荷叶上的行为.对悬空石墨烯表面金属纳米膜在退火前后的形貌变化规律及其现象背后的物理机理进行了详细的讨论和理论解释.     

用椭偏术研究与接触介质有关的贵金属的介电函数

为了研究接触介质对金属光学性质的影响，实验中使用具有不同折射率的梯形棱镜作为衬底，将金和银蒸发到棱镜底部，用椭偏术分别测量了薄膜在金属-空气、金属-衬底界面的介电函数.结果表明：无论在Drude区，还是在带间跃迁区，金属-衬底界面处薄膜介电函数不仅与金属-空气界面处的测量值不同，而且随衬底折射率改变而改变.在固体接触条件下获得的结果与其他作者在液体接触条件下获得的结果相一致，但尚难被现有机制所解释. 关键词：     

Novel self-organization mechanism in ultrathin liquid films: theory and experiment

When an ultrathin metal film of thickness h (<20 nm) is melted by a nanosecond pulsed laser, the film temperature is a nonmonotonic function of h and achieves its maximum at a certain thickness h*. This is a consequence of the h and time dependence of energy absorption and heat flow. Linear stability analysis and nonlinear dynamical simulations that incorporate such intrinsic interfacial thermal gradients predict a characteristic pattern length scale Lambda that decreases for h>h*, in contrast to the classical spinodal dewetting behavior where Lambda increases monotonically as h2. These predictions agree well with experimental observations for Co and Fe films on SiO2.     

Elongation rate measurements of nanofilms by microbump method induced by laser pulse

A laser pulse-induced microbump method that aims to measure the elongation rate of nanofilms is proposed. The sample structure is designed as “substrate/active layer/nanofilm” and the laser pulse is used as energy source to heat the active layer and to create microbump. These cause the nanofilm to expand and elongate. The surface area and length change of nanofilm is calculated by measuring the deflections and diameters of the microbumps, as well as to obtain the elongation rate of the nanofilms. A series of microbumps with different deflections are obtained. The deflections are measured precisely by atomic force microscopy (AFM) by taking AgO_x and ZnS-SiO₂ as the active layer and nanofilm, respectively, and by controlling pulse laser parameters. The line elongation rate and plane elongation rate of ZnS-SiO₂ nanofilm are measured at thickness of only 10 nm. Results show that both the two elongation rates linearly increases with laser power from 3.2 to 5.2 mW. Plane elongation rate is a little higher than the line elongation rate at the same laser power. The rupture at 5.4 mW laser power corresponds to fracture strength of the film. The maximum line elongation rate and plane elongation rate are 13.241% and 19.766%, respectively. This method applies a reproducible and efficient method for its applications in the near future.