纳米微结构表面与石墨烯薄膜的界面黏附特性研究

石墨烯性能的发挥受石墨烯表面形貌的影响,而石墨烯表面形貌则与基底密切相关.石墨烯在纳米微结构表面的吸附与剥离可以为石墨烯的功能化制备和转移提供理论基础.分子动力学模拟能提供石墨烯在纳米微结构表面的吸附构型和剥离特性等详细信息,可以弥补实验的不足.本文利用LAMMPS分子动力学模拟软件,从吸附能角度研究了石墨烯在矩形微结构表面的黏附特性,并进一步探讨了石墨烯从矩形微结构表面剥离的行为.研究表明:石墨烯的吸附构型在矩形微结构表面的转变是连续的,但由部分贴合状态向完全贴合状态的转变是一个反复的过程,当石墨烯完全贴合微结构表面时吸附能最大;从微结构表面剥离石墨烯时,剥离力会出现周期性的波动.剥离过程表现为两种形式:完全贴合时,石墨烯是直接滑过槽底;而当悬浮构型或部分贴合构型时,石墨烯是直接从微结构表面分离.本文给出了平均剥离力随微结构尺寸参数变化的理论公式,该公式与模拟结果拟合较好.此外,随着剥离角度的变大,平均剥离力先变大后变小,从平整基底表面剥离具有Stone-Wales缺陷结构的石墨烯会使剥离力变大.研究结果可为探究石墨烯在纳米微结构表面的剥离行为、揭示其黏附机理提供理论参考.     

液态镓在石墨烯表面的润湿性及形貌特征

液态Ga及其合金的熔点低、毒副作用小、导电率高,使得这类液态金属能像石墨烯一样被广泛应用于微流器件、柔性电子器件中,制备这些器件的关键在于有效控制各生产环节中液态金属在固体界面上的润湿性及形貌特征.基于Lennard-Jones(L-J)势函数,利用分子动力学模拟方法研究了金属Ga在石墨烯表面的润湿性,根据模拟结果拟合的L-J势参数能正确描述Ga原子与衬底之间的相互作用并得到了与实验值极为接近的润湿角,发现衬底与液膜间相互作用的微小改变都会对最终润湿形态产生极大影响,平衡态的润湿角和脱离衬底速度随着Ga-C间势能的减小而增大,并成功获得了不同厚度的Ga液膜在石墨烯表面的形态演变规律,极为符合液态Ga的基本特性.利用所得L-J势函数参数模拟了液态Ga在粗糙度相同但纳米柱尖端形貌不同的C材料表面的润湿演变,发现纳米柱尖端形貌对液态Ga的润湿过程及状态影响极大.     

界面稳定性与形态的演变

在生物学范围之外,人类所观察到的最为丰富多来的形态就要数相变过程中的产物.和复杂的生物形态的演变问题相比较,相变中对应的问题显然要简单得多,有可能作为理解这一具有普遍性问题的突破口.长期以来,晶莹对称的雪花赢得了人们的赞赏和惊奇.在中谷(U.Nakaya)的《雪晶》一书中[1],汇集了大量的雪花照片,琳琅满目,令人爱不释手.翻阅金属学家为钢铁生产实践需要所编纂的金相图谱[2],我们也为冶金和金属热处理过程之中所产生的千姿百态的显微组织所吸引,同时也体会到掌握这些形态演变的规律在生产实践中也是至关重要的.赏心悦目之余,探索这些…     

氧化石墨烯在缺氧氧化锌薄膜表面的自发分裂

第一次从实验上展现了氧化石墨烯在缺氧氧化锌薄膜表面的自发分裂,即完整的氧化石墨烯片会自发分裂成许多小片. 此现象的可能机制是：氧化石墨烯表面存在链状的环氧基团,缺氧氧化锌薄膜表面的氧空位能够吸收氧化石墨烯表面的环氧基团,影响氧化石墨烯表面的环氧基团链的稳定性,导致环氧基团链自发打开,从而使完整的氧化石墨烯片破裂成很多小片.     

光纤表面石墨烯修饰新方法及传感应用

石墨烯作为碳纳米材料家族的新成员,具有许多独特的电学和光学性质,并且其对光纤表面的修饰可以提升光纤传感器的性能。传统的石墨烯修饰光纤表面的方法（液相转移法及气相沉积法）成本较高、操作难度大,而且会产生有毒气体。针对这一缺点,提出了一种新的石墨烯修饰光纤表面的方法,可以将分散液中的石墨烯有效提取并修饰于光纤表面,形成稳固的石墨层。实验结果表明,通过该方法修饰的倾斜光纤光栅,其石墨烯层不仅稳固,而且还在一定程度上提升了倾斜光纤光栅的折射率响应特性,灵敏提升了28%。此外,实验证明,修饰石墨烯层的倾斜光纤光栅可结合芘硼酸制成葡萄糖传感器,实现葡萄糖浓度的测量。     

Ag掺杂p型ZnO薄膜及其同质结的光电性质

采用磁控溅射技术在Si基片上生长了Ag掺杂的ZnO薄膜,XRD测试表明所得薄膜结晶性质良好,未出现Ag的分相。未掺杂和Ag掺杂氧化锌薄膜的低温(10K)光致发光(PL)谱显示:Ag的掺入使得中性施主束缚激子发射(D0X)显著减弱,并且在3.315eV处观测到了与Ag有关的施主-受主对(DAP)发射,受主缺陷的形成归因于掺入的Ag替位Zn。计算得到受主能级离价带顶约110meV。霍尔效应测得电阻率约0.1Ω.cm,迁移率约36cm2/V.s,空穴浓度约1.7×1018cm-3。在此基础上制备了ZnO∶Ag/ZnO的同质结,I-V测试显示了明显的整流特性,且反向漏电流很小。所有结果表明Ag掺杂的氧化锌薄膜已经转化为p型。     

基于表面石墨烯修饰的锥形多模光纤温度传感器

提出了一种基于表面石墨烯修饰的锥形多模光纤温度传感器.它由两段普通单模光纤(SMF)之间熔接一段锥形多模光纤(TMMF)构成,并通过液相转移法转移石墨烯薄膜至锥形多模光纤表面.石墨烯与锥形光纤光场相互作用,当外界温度发生改变,表面石墨烯修饰的锥形多模光纤所形成的复合波导的有效折射率随之变化,最终导致其光传输损耗发生变化...     

纳米介孔ZrO2及其表面修饰的发光性质

水热合成法制备的高度有序多孔ZrO2具有规则六角排列、均匀纳米孔洞(约1．8nm)，并且其蓝、(近)紫外光发射强度比纳米微晶材料高2个数量级。本文研究了纳米介孔ZrO2这种不同于常规体材料与纳米晶材料的特殊发光性质。通过化学方法对纳米介孔ZrO2进行表面修饰后，能进一步提高其光发射聋度约3倍。通过这些发光性质的研究，以期增进对ZrO2发光机理的认识。     

O在预覆盖K的Ag(110)表面的共吸附及其性质

本文用X射线光电子能谱(XPS),紫外光电子能谱(UPS),电子能量损失谱(EELS)和低能电子衍射(LEED)研究了O与预覆盖K的Ag(110)表面相互作用及其性质。在低覆盖度K下,发现有两种O的吸附态,经鉴别为溶解到表面下的O^2-和表面上吸附的O^x-增加K的覆盖度,出现分子状态的吸附物O₂^δ-,它与表面下存在的K相联系。XPS和UPS均清楚地显示出对应于三种不同吸附态的光电子发射峰。Ag(110)表面预覆盖K后的粘滞系数大大增加。K和O的共吸附引起它们彼此向Ag(110)表面下的溶解。LEED实验结果表明,清洁Ag(110)表面覆盖单层K原子后衍射图形从(1×1)变到(1×2),再吸附O后表面吸附层结构变为(2×1)。另外,结合UPS和EELS测量初步考察了O/K/Ag(110)共吸附系统的电子结构。本文还提出了一个共吸附模型来解释这些现象。 关键词：     

Ag/TiN复合薄膜制备及其表面增强拉曼光谱研究

高灵敏基底材料是表面增强拉曼光谱(SERS)技术应用的关键。本研究采用电化学沉积法将氮化钛(TiN)薄膜与贵金属银复合,利用两者协同效应提高SERS灵敏度。借助XRD、SEM、UV-VIS和Raman等测试手段系统探究了电化学沉积参数对复合基底SERS性能的影响。研究发现,当沉积液浓度为5 mmol/L、沉积电压为5 V及沉积时间为5 min时,复合基底单质Ag和TiN两种物相共存,Ag纳米颗粒沿优势晶面生长,银颗粒在TiN薄膜上生长为棒状结构,分布均匀。与其他沉积参数下制备的基底相比,上述条件下合成的复合薄膜展现出较明显的等离子体共振吸收双峰,表明体系中Ag和TiN两相间产生等离子体共振叠加效应,电磁场耦合作用增强,局部表面等离子体共振耦合作用增加,薄膜表面形成更多的SERS“热点”,并有助于促进电荷转移,进而赋予基底较为优异的SERS性能。这证实了优化电化学沉积参数来调控复合薄膜形貌从而改善SERS基底性能的可行性,可为采用电化学沉积技术制备Ag/TiN复合薄膜作为SERS基底材料提供技术支持。     

氧化物表面与界面的新奇性质研究

基于量子力学能带理论发明的晶体管奠定了整个现代电子工业的基础,引领人类进入信息时代。传统微电子工业的持续发展,依赖于器件功能单元的微型化和集成化,著名的摩尔定律描述了微电子产业的发展趋势。集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18 个月就翻一番;但是电子器件的尺寸趋近材料的某种量子特征长度时,整个器件将显现出崭新的激发、弛豫和输运等行为。     

氮原子修饰点缺陷石墨烯结构和性质的理论研究

氮原子掺杂石墨烯对基于石墨烯的器件和催化研究具有重要的应用价值.本文采用基于密度泛函理论的计算方法,研究了氮原子修饰的C-Bridge(碳原子吸附在石墨烯碳碳键桥位)、C-Top(碳原子吸附在石墨烯一个碳原子上方)和C7557(碳原子对吸附在石墨烯碳环上方)三种不同点缺陷类型的石墨烯物理性质.讨论不同缺陷石墨烯结构在用氮原子进行修饰前后体系的稳定性、电子结构等;计算得到了缺陷处原子的分波态密度(PDOS)图,分析了原子间的相互作用;模拟出氮原子修饰后缺陷石墨烯恒流模式的STM图像,以便和实验上得出的图像进行对比.计算结果表明,对于所选取的三种不同缺陷,氮原子能够较稳定地吸附在缺陷表面.C-Bridge和C-Top缺陷结构本身具有磁矩,经氮原子修饰后结构磁矩消失.与之相反,C7557缺陷结构本身没有磁矩,经氮原子修饰后缺陷体系带有磁矩.另外,C-Bridge和CTop两种不同缺陷结构石墨烯经过氮原子修饰后,体系几何结构变得完全一样.     

表面修饰的Ag2S纳米微粒的光学非线性特性

用胶体法制备了表面分别修饰六偏磷酸钠 (HMP)和 2 ,2’ 联吡啶 (BPy)的Ag2 S纳米微粒。通过背向简并四波混频实验装置对它们在单光子非共振区域的三阶光学非线性进行了实验研究 ,分别测量了两种Ag2 S纳米微粒在它们超滤液中三阶非线性极化率 χ( 3 ) 随浓度的变化 ,并拟合得到了两种纳米微粒的三阶非线性极化率。实验结果表明 ,双光子共振增强是实验中非线性极化的主要过程 ,同时实验结果也表明了局域场效应对单光子非共振三阶非线性极化率的增强作用     

氧化石墨烯快速修饰表面等离子体共振传感芯片的研究

表面等离子体共振(SPR)是近年来兴起的一种光学检测技术。其主要利用光波经全反射后产生的倏逝场与金属相互作用而感知外界介质的折射率变化。理论上任何介质折射率变化现象的发生都能被SPR技术检测到。在实际应用中,SPR传感器存在灵敏度不高,检测信号不强等缺点,因此对提高SPR传感器检测灵敏度的研究一直备受关注。氧化石墨烯又被看成是石墨烯的氧化物,它有着与石墨烯相近似的光电学特性,但又比石墨烯更容易进行化学修饰,因此被广泛用作SPR传感芯片的表面镀层来提高灵敏度。将氧化石墨烯用于修饰SPR芯片以提高灵敏度的报道很多,但对氧化石墨烯的使用量说法不一,并且在制备氧化石墨烯修饰传感芯片时需要浸泡很长一段时间,大大影响了芯片制备效率。该研究中使用长直链功能化聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)对SPR金芯片表面进行化学改性,用流动冲刷的方法使氧化石墨烯溶液对芯片进行修饰。通过对折射率变化响应信号的对比,最终确定氧化石墨烯最佳使用浓度为0.5 mg·mL^-1,并且将修饰时间降到20 min以内。研究了不同波长入射光对氧化石墨烯修饰后芯片共振峰的影响,并对芯...     

聚氧化乙烯表面修饰对ZnO光学性质的影响

利用聚氧化乙烯(PEO)对ZnO表面进行修饰,研究有机包覆对ZnO光学性质的影响。用吸收光谱和光致发光光谱来表征和研究PEO包覆对ZnO纳米粒子光学性质的影响。吸收光谱结果表明随着ZnO薄膜中PEO含量的增加,激子吸收峰逐渐向低能侧方向移动。光致发光光谱是由紫外发射和与氧空位有关的深能级缺陷发光组成,且随着ZnO薄膜中PEO含量的增加,紫外发射与深能级发光强度之比逐渐增大,当ZnO薄膜中的PEO达到最大值时,其比值为31．5,远远大于纯ZnO薄膜的紫外发射与深能级发光强度之比1．04。由此可见,ZnO被PEO包覆后,提高了紫外发光效率,改善了ZnO薄膜的质量。     

石墨烯光学性质及其应用研究进展

石墨烯因其优异的光学和电学性能,及其与硅基半导体工艺的兼容性,而备受学术界和工业界的广泛关注。作为一种独特的二维原子晶体材料,石墨烯有着优异的机械性能、超高的热导率和载流子迁移率、超宽带的光学响应谱及极强的非线性光学特性,使其在新型光学和光电器件领域具有得天独厚的优势。一系列基于石墨烯的新型光电器件先后被研制出,已显示出优异的性能和良好的应用前景。本文将介绍石墨烯光学性质、与光的相互作用以及提高方法,并给出其在光子和光电子器件领域的应用,分析了这些器件所使用的结构及特点,重点阐述了在全内反射结构下,石墨烯与光相互作用的增强及其偏振依赖性质,及其利用该偏振依赖性质在光学传感、光存储等方面的应用,以及在细胞传感方面的重要发现。最后对石墨烯光学性质及其应用的现状进行了总结和展望。     

氢修饰石墨烯纳米带压电性质的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法, 系统研究了不同宽度、不同边缘修饰模式的间隔氢吸附锯齿型石墨烯纳米带的压电性质. 结构优化和结合能计算表明, 氢修饰石墨烯纳米带结构稳定. 氢原子间隔排列的吸附使得纳米带中的相邻碳原子成键及电荷状态不同, 导致拉伸时纳米带中六元碳环的正负电荷中心不再重合, 产生宏观电极化. 纳米带宽度越宽, 包含六元碳环数目越多, 则拉伸时纳米带长度方向上电偶极矩密度越大, 其压电性能越强. 另外, 边缘原子电荷状态决定了无拉伸时纳米带的初始电偶极矩密度, 其大小可以通过改变边缘氢原子的修饰模式来有效调控. 关键词： 石墨烯纳米带 第一性原理 修饰改性 压电性质     

ZnO/Ag/ZnO多层结构薄膜的光电性质

通过磁控溅射方法生长了不同银层厚度的ZnO/Ag/ZnO多层结构的薄膜,并对其形貌、光吸收谱、光致发光和光响应特性进行了比较研究.结果表明ZnO薄膜中银薄层的加入使得光致发光的强度增强.银层厚度为6 nm样品制成的器件在350 nm处的光响应度为0.06 A/W,相对于ZnO薄膜提高了一个数量级.而当银层厚度达到15 ...     

Gd3Ga5O12:Ag薄膜电致发光材料的制备及其发光性质

研究了Gd3 Ga5O12 :Ag材料的制备及其发光性质 .Gd3 Ga5O12 :Ag材料通过固相反应法制得 ,采用X射线衍射法分析了材料的结晶度及成分 .用电子束蒸发将该材料制备成交流的薄膜电致发光器件 ,得到了较好的蓝紫色发光 ,发光峰分别位于 397和 46 7nm .通过对材料的光致发光和激发光谱的研究和比较 ,得出 397和 46 7nm分别来自于氧空位和Ag 的发光 .