收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

液相基底表面纳米尺度金属原子岛的结构及生长机理研究

张晓飞  
【摘要】:本论文采用真空热蒸发方法,在室温条件下,利用液相材料(硅油)作为基底,成功制备了纳米尺寸金属(银、铜)原子岛;基于光学显微镜测量等方法,对其表面形貌、微观结构、物质密度及凝聚机理等进行了系统的研究。 实验显示:银以及铜原子岛(紧致形岛和分枝状岛)的生长机理与沉积在硅油基底表面其他金属(金、铝、铁和镍等)原子岛的情况类似,即服从二阶段生长模型。分析表明:当薄膜名义厚度h小于临界厚度hc时,即hhc,银原子岛的表面覆盖率(图片中原子岛在二维表面上的投影面积与图片面积之比)p与h呈线性增长关系,即满足关系式p=kh;当hhc时,表面覆盖率随名义厚度的增加首先下降然后出现波动行为。上述现象表明,银原子岛的凝聚机理随薄膜名义厚度的上升发生显著改变。此外,透射电子显微镜(TEM)测量表明,当薄膜名义厚度h由0.2 nm增加到2.0 nm时,原子岛出现由非晶向多晶结构转变的情形。同时研究发现在上述过程中,与银块体材料相比,银原子岛的物质密度δ由45%增大到70%。以上现象充分说明,采用简单而有效的测量方法,即通过计算银原子岛的表面覆盖率变化,可成功反映其物质密度等微观结构的改变。 进一步研究发现,当选取某一固定薄膜名义厚度(hh。)时,银原子岛的表面覆盖率p随沉积速率f(0.05-0.30 nm/s)增大而减小。银原子岛表面覆盖率p与名义厚度h满足线性关系p=kh,其中斜率k值随沉积速率f升高而降低,并且kmax(对应于最小f)与kmin(对应于最大f)满足kmax/kmin≈2。同时,原子力显微镜(AFM)测量显示:原子岛的平均高度HAFM随沉积速率f逐渐升高,并且,最大平均高度(HAFM)max(对应于最大f)与最小平均高度(HAFM)min(对应于最小f)满足(HAFM)max/(HAFM)min=2。上述现象表明,银原子岛的表面形貌、微观结构及凝聚机理与沉积速率存在重要依赖关系,随后的理论分析也证实了此类结论。 由二阶段生长模型可知,分枝状岛由一颗颗紧致形岛相互碰撞、粘结而成。实验发现,两个邻近紧致形岛在相向运动的过程中,当岛的间距w,小于临界距离w。时,即ww。,其相向运动速度急剧增加,并迅速碰撞、粘结在一起。分析认为,紧致形岛周围存在的液面弯曲效应是邻近紧致形岛之间产生长程作用力F的主要原因,从而导致紧致形岛在ww。时发生迅速碰撞粘结行为。此类岛间长程作用力F(10.4 N数量级),远远大于原子岛间的范德瓦耳斯力(10-12 N数量级)。 沉积在硅油基底表面的铜原子岛(h=0.4nm)在真空腔里放置13分钟后立即取出并拿到光学显微镜下在室温及大气范围中观察其形貌演化。在观察时间t=0一120分钟内,铜原子岛的形貌由模糊不清到逐渐清晰可辨,其尺寸不断增加。在t120分钟范围内,原子岛形貌几乎没有发生明显变化。上述现象表明,铜原子岛在硅油基底表面演化过程中,其内部结构必定发生变化。AFM测量显示:原子岛由一颗颗原子颗粒组成,其平均直径几乎不随t发生改变(大约为33nm);在整个演化过程中,铜原子岛的平均高度由7±1 nm增加到131±nm。TEM测量显示:在t=0和120分钟时,铜原子岛均为多晶结构,并且由尺寸更小的铜原子晶粒组成,其晶粒直径几乎没有变化(约为4 nm)。上述现象表明,铜原子岛在演化过程中,通过相互碰撞挤压使一部分原子颗粒的位置提升,导致原子岛的平均高度上升,因此,原子岛的光学形貌随之逐渐清晰。此外,实验还发现,铜原子岛的表面形貌及微观结构与其他实验条件(如薄膜名义厚度及沉积速率等)也存在重要依赖关系。 本文各章节安排内容如下: 第一章:综述固体基底表面薄膜生长的表面动力学;介绍水面、咖啡滴以及离子液体中颗粒的凝聚行为;最后详细讲述硅油基底表面各种金属原子岛的表面形貌、成功机理、微观结构及物理特性等。 第二章:系统介绍硅油基底表面银原子岛的表面形貌、物质密度、岛间长程作用力及凝聚机理等。银原子的凝聚行为与实验条件(如薄膜名义厚度、沉积速率及基底特性等)存在重要依赖关系。 第三章:详细研究了室温及大气氛围中铜原子岛形貌及微观结构的演化过程及其凝聚机理。 第四章:总结本论文研究内容及创新点并对今后的研究工作进行展望。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李育洁;张海明;胡国锋;李晓洁;高波;朱彦君;;热蒸发法制备纳米结构ZnO及其生长机理[J];武汉大学学报(理学版);2010年01期
2 章桥新;张佳明;杨丽宁;;电沉积微纳米晶铁的形貌与生长机理研究[J];电化学;2007年03期
3 陈琳;田俐;周杜林;;水热合成纳米MnO_2的物相调控与生长机理[J];实验室研究与探索;2011年06期
4 李晓宁;杨修春;韩珊珊;陆伟;侯军伟;刘艳;;双室法制备高密度、高纵横比Ag_2S纳米颗粒纳米线[J];科学通报;2010年35期
5 戴英,裴新美,张跃,雷家珩;一维ZnO晶须的制备与生长机理[J];化学与生物工程;2003年04期
6 王连红;梁建;马淑芳;刘旭光;许并社;;CVD法制备硅基氮化镓薄膜[J];发光学报;2008年01期
7 陶占良;李春生;陈军;;球形镁微/纳米材料的可控制备[J];中国科学(G辑:物理学 力学 天文学);2008年11期
8 钟家富;李昭涵;何志伟;;两步法制备垂直ZnO纳米棒阵列及生长机理分析[J];科技致富向导;2011年26期
9 林鸿溢,李映雪,刘洲峰;微晶硅的RF—GD法生长机理研究[J];人工晶体学报;1985年Z1期
10 孙碧武,刘朝晖,林彰达;用表面分析方法直接研究亚稳态条件下金刚石的生长机理[J];自然科学进展;1995年02期
11 闵乃本;非完整晶体的生长机制与动力学[J];人工晶体学报;1997年Z1期
12 高书燕;郑洪河;赵扬;逯乐慧;张洪杰;;单分子膜模板法诱导无机晶体取向生长的研究进展[J];河南师范大学学报(自然科学版);2006年02期
13 唐元洪;裴立宅;陈扬文;郭池;;自组生长的硅纳米管的稳定性研究[J];物理;2006年06期
14 王久亮;;纳米氧化锌晶体生长宏观动力学研究[J];硅酸盐通报;2007年02期
15 彭邦华;张永毅;姚亚刚;张锦;刘忠范;;超长单壁碳纳米管的化学气相沉积生长[J];科学通报;2007年07期
16 陈瀛;宫斯宁;陈亮;孙学良;刘剑洪;洪汉烈;陈敬中;;一维纳米银柱、银棒及银线的生长机理研究[J];人工晶体学报;2011年04期
17 彭英才;光化学气相沉积薄膜的生长机理及其研究进展[J];真空科学与技术学报;1994年04期
18 刘衍聪;岳吉祥;;热稳定性混合生长型聚晶金刚石研制[J];人工晶体学报;2006年02期
19 童国秀;官建国;樊希安;王维;宋发辉;;气流诱导多晶铁纤维的可控制备及生长机理[J];无机化学学报;2008年02期
20 张玉;李灵;张廷枋;杨际信;;环境因子影响兰花生长机理的研究进展[J];漳州师范学院学报(自然科学版);2009年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 魏清莲;穆劲;;湿化学法合成CuInS_2纳米棒[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
2 吴昊宇;胥明;郑耿锋;;硫化镉纳米线的螺旋位错驱动的缺陷生长机理[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
3 杨合情;张丽惠;李丽;焦华;谢晓丽;马军虎;;氧化物、硒化物纳米结构的可控水热合成与生长机理[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年
4 姚素薇;班春梅;余碧涛;刘恒权;张卫国;;单分子膜上电沉积Ag薄膜的生长机理[A];2002年全国电子电镀年会论文集[C];2002年
5 李会峰;黄运华;张跃;秦子;;多形貌四针状氧化锌纳米材料的制备与表征[A];第十二届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2008年
6 张泽;;硅、硼纳米线的显微结构及生长机理研究[A];2000年材料科学与工程新进展(上)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
7 杨晴;牛海霞;唐凯斌;谢毅;孙凤艳;赵道利;;氧化物多孔纳米材料的制备与生长机理研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
8 刘兵;王洪哲;李蕴才;黄亚彬;杜祖亮;;一维钛酸钡纳米线的固相法制备及其表征[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
9 张强;骞伟中;杨州;魏飞;罗国华;;石英砂基底制备碳纳米管阵列[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2006年
10 胡征;;碳基纳米管的生长机理、结构调控及功能化的研究[A];中国化学会第26届学术年会胶体与界面化学分会场论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张晓飞;液相基底表面纳米尺度金属原子岛的结构及生长机理研究[D];浙江大学;2012年
2 孟庆芬;钴硼酸盐晶须的制备与机理初探[D];西北大学;2011年
3 季旭;Ⅲ族氮化物低维纳米结构的可控制备及生长机理研究[D];兰州大学;2012年
4 房正浓;液相基底表面金属薄膜的形成机理和表面粗糙机制的AFM研究[D];浙江大学;2009年
5 奚宝娟;有机胺体系中半导体自组装纳米结构的控制合成与性能研究[D];中国科学技术大学;2009年
6 周建萍;四脚状氧化锌晶须制备及其应用研究[D];中南大学;2005年
7 卓仁富;氧化锌纳米材料的制备、表征及微波吸收性能[D];兰州大学;2009年
8 梁晓东;扩散机制下的异质外延薄膜和弹性导电体的形态失稳及演化[D];中国科学技术大学;2010年
9 曹冠英;金属有机配合物M-TCNQ微纳米结构的制备及吸氢性能研究[D];复旦大学;2005年
10 李镇江;SiC、GaN半导体纳米材料及阵列的合成、性能与机理研究[D];西北工业大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 尚德建;CuO纳米结构的制备与表征[D];华东师范大学;2009年
2 张中泉;碳纤维上氧化铜纳米线的制备及生长机理[D];兰州大学;2011年
3 蔡婧;一维纳米材料的相平衡主导VLS生长机理及其生长动力学研究[D];南京大学;2011年
4 孙金全;盐辅助固相合成—维纳米材料的研究[D];山东科技大学;2004年
5 裴新美;ZnO晶须的制备、表征及应用研究[D];武汉理工大学;2003年
6 贺冠南;ZnO纳米结构的溶液法合成及生长机理研究[D];厦门大学;2009年
7 王明;AZ31镁合金型材磷酸盐处理工艺研究[D];南昌大学;2009年
8 陈丽绘;离子液体表面Au薄膜的微观结构及生长机理研究[D];浙江大学;2012年
9 陈扬文;硅纳米线及硅纳米管的水热法制备及其生长机理[D];湖南大学;2005年
10 肖婷蔓;大尺寸氧化锌晶体的制备及生长机理[D];昆明理工大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 韩士德;把科技的春风送到农村千家万户[N];科技日报;2009年
2 记者 束洪福;863计划“海域形貌构造探测技术”项目完成[N];科技日报;2000年
3 赵艳秋 穆强 编译;原子层淀积点亮超薄薄膜未来[N];中国电子报;2002年
4 记者 王俊鸣;美宣布将破译玉米基因图谱[N];科技日报;2005年
5 在兰;搓耳美容又健康[N];健康时报;2003年
6 李梅;山西煤化所纳米碳化硅煤洁净转化成果获奖[N];中国化工报;2008年
7 阿旺;健康的秀发健康的你[N];保健时报;2004年
8 传涛;用户诉求主导维新[N];通信产业报;2006年
9 记者 路平;华工专家制得新型纳米磁性材料[N];广东科技报;2008年
10 本报记者 邢晓丹;新品农膜“小棉袄”情暖农民心[N];中国特产报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978