飞秒激光加工蓝宝石超衍射纳米结构

蓝宝石具有超强硬度及耐腐蚀、耐高温、在紫外-红外波段具有良好的透光性等优点,在军工业以及医疗器械方面具有广泛的应用前景.然而这些优点又对蓝宝石的机械加工或化学腐蚀加工带来困难.飞秒激光脉冲具有热损伤小、加工分辨率高、材料选择广等特点,被广泛应用于固体材料改性和高精度三维微纳器件加工.本文提出了利用飞秒激光多光子吸收特性在蓝宝石表面实现超越光学衍射极限的精细加工.利用聚焦后的波长为343 nm的飞秒激光,配合高精密三维压电位移台,实现激光焦点和蓝宝石晶体的相对三维移动,在蓝宝石晶体衬底上进行精确扫描,得到了线宽约61 nm的纳米线,纳米线间的最小间距达到142 nm左右.利用等离子体模型解释了加工得到的纳米条纹的产生原因,研究了激光功率、扫描速度对加工分辨率的影响.最终本工作实现了超越光学衍射极限的加工精度,为实现利用飞秒激光对高硬度材料的微纳结构制备提供了参考.     

基于BiFeO_3/ITO复合膜表面钝化的黑硅太阳电池性能研究

采用金属银辅助化学刻蚀法在制绒的硅片表面刻蚀纳米孔形成微纳米双层结构,以期获得高吸收率的太阳能电池用黑硅材料.鉴于微纳米结构会在晶硅表面引入大量的载流子复合中心,利用磁控溅射技术在黑硅太阳电池表面制备了BiFeO_3/ITO复合膜,并对其表面性能和优化效果进行了探索.实验制备的具有微纳米双层结构的黑硅纳米线长约180—320 nm,在300—1000 nm波长范围内入射光反射率均在5%以下.沉积BiFeO_3/ITO复合薄膜后的黑硅太阳能电池反射率略有提高,但仍然具有较强的光吸收性能;采用BiFeO_3/ITO复合膜的黑硅太阳能电池开路电压和短路电流密度分别由最初的0.61 V和28.42 mA/cm~2提升至0.68 V和34.57 mA/cm~2,相应电池的光电转化效率由13.3%上升至16.8%.电池综合性能的改善主要是因为沉积BiFeO_3/ITO复合膜提高了电池光生载流子的有效分离,从而增强了黑硅太阳电池短波区域的光谱响应,表明具有自发极化性能的BiFeO_3薄膜对黑硅太阳能电池的表面性能可起到较好的优化作用.     

掺磷TiO_2优化TiO_2/MBA/Ag三明治结构的SERS性能

本文以磷酸为磷源,通过溶胶水热法制备磷掺杂TiO_2,利用Lee和Meisel的方法制备银溶胶,以4-巯基苯甲酸(MBA)为探针分子,通过构建TiO_2/MBA/Ag三明治结构,研究磷掺杂二氧化钛对该基底表面增强拉曼(SERS)性能的提升。通过TEM、XRD、XPS、DRS和拉曼光谱图表征二氧化钛的形貌结构、化学组成、光学和拉曼性能,结果表明,制备出的磷掺杂二氧化钛为锐钛矿型纳米颗粒,粒径范围6~12nm,XPS显示磷以P~(5+)替代了Ti~(4+),形成O-P-O键掺入TiO_2的晶格中,当磷的掺杂量在1.77%时,TiO_2/MBA/Ag三明治体系具有最佳的SERS信号,这是因为适量的磷掺杂降低了TiO_2的能带间隙,丰富TiO_2的表面态,这能促进TiO_2向MBA分子的电荷转移。     

含石墨烯二维金属结构中的自发辐射研究

研究原子在金属结构中的自发辐射时引入单层石墨烯薄膜,利用石墨烯特殊的光电特性来调控原子的自发辐射率.推导了局态密度与自发辐射率的格林函数表示形式,并结合频域有限差分方法进行了数值模拟.分析结果表明:随着化学势的增大,自发辐射波峰出现蓝移现象,且自发辐射率波峰得到增强,理论上实现了原子自发辐射率峰值位置与幅度的调制.研究结果可以为新型纳米器件及光电子设备的制造和优化提供参考.     

车削零件表面粗糙度图像法检测优选方法

为实现对车削零件表面粗糙度检测,提出一种基于机器视觉表面粗糙度检测图像处理的新方法。该方法先按相应算法对所采集图像剔出受光衍射影响严重区域,然后再按其灰度分布情况进行区域优化,获得的图像灰度特征参数能反映表面粗糙度量值的有效特征区域。用该方法对表面粗糙度Ra标称值为0.8 μm~12.5 μm的五种车削样件测试,处理后图像灰度的均值、方差、能量和熵等特征参数与Ra标称值单调关系显著,各特征曲线的非线性误差均在1.5%以内。对比实验显示,这种特征提取和区域优化方法可应用于表面粗糙度的区分与检测。     

砷化镓光电阴极光谱响应与吸收率关系分析

为了研究砷化镓(GaAs)光电阴极光谱响应与吸收率曲线间的关系,采用分子束外延法(MBE)和金属有机化合物化学气相沉积法(MOCVD)制备了两类GaAs光电阴极,并测试得到了样品吸收率和光谱响应实验曲线.对每个样品的这两条曲线在同一坐标系中做最大值归一化处理,将归一的光谱响应曲线与归一的吸收率曲线做除法,得到了类似光电阴极表面势垒的形状.结果表明,两种方法制备的光电阴极光谱响应曲线相比吸收率曲线都发生了红移,MBE样品偏移量稍大于MOCVD样品.短波吸收率不截止,光谱响应截止于500 nm左右;可见光波段上,光谱响应曲线的峰值位置相比吸收率曲线红移了几百meV;近红外区域,光谱响应曲线的截止位置相比吸收率曲线红移了几个meV.MOCVD样品中杂质对带隙的影响更小,光谱响应相比吸收率发生的能量偏移更小.这些结论对提高GaAs光电阴极光电发射性能有指导意义.     

Au-Ag合金纳米海胆结构用于农药残留的SERS检测

本文通过合成高密度尖端的Au-Ag合金纳米海胆,实现了对有机磷农药乙基对氧磷和有机氯农药γ-六六六的检测。首先合成Ag纳米颗粒,然后用L-多巴还原Ag纳米颗粒,最终形成高密度尖端Au-Ag合金纳米海胆结构。高密度尖端结构用作SERS基底,通过便携式拉曼光谱仪实现对有机磷农药乙基对氧磷和有机氯农药γ-六六六的检测,结果显示具有较高的灵敏度。该方法简单、方便、灵敏度高,有望实现对农药残留高灵敏的现场检测。     

HL—1装置密度极限破裂分析

HL-1装置上观测到大量的密度极限破裂放电。其主要特性是破裂前偏离几何中心的磁面位移很小,中心区总是观测到锯齿现象,破裂后,其电流中断时间大于20ms。本文详细分析了出现在电流上升段,坪段及下降段密度极限破裂的特征。其中一类是由于辐射功率超过加热功率所确定的村上极限,没有观测到先兆振荡;另一类是由于约束变坏所确定的赫吉尔极限,可观测到驰豫几毫秒的先兆振荡,这类放电破裂后多数能恢复。该装置运行的最大村上参数是0.35×10~(20)m~(-2).T~(-1)。     

STM在微细加工中的应用

 已提出的各种可能机理有束流引起的化学反应,高电流密度使表面局部区域内原子加热导致的局部原子的蒸发、熔化、再结晶等,有些结构可能是由于污染物或针尖材料在表面上的沉淀而产生的.当样品表面有覆层或处于特定的气体或液体氛围下时,用STM仍可在其上产生各种细微结构,其主要方法可分为两类,其一是电子束光刻,其二是电子束辅助淀积和刻蚀,以下分别进行讨论。