收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

微球辅助激光在硅、蓝宝石衬底上加工纳米孔阵列及其应用

张鹏程  
【摘要】:纳米孔阵列因为其卓越的物理、化学、光电学等特性使其在太阳能电池、发光器件、电化学储能、纳米光子学和传感器等领域具有广泛的应用。随着纳米加工技术的发展,纳米孔阵列的加工方法在逐步改善和提高,但仍然存在着加工设备昂贵(聚焦离子束加工)、只能加工导电材料(电化学加工)等问题。目前,利用激光辐照基底表面致密排列的单层微球,能够在基底上加工出纳米孔阵列。该方法能够实现快速的纳米孔阵列加工且成本低,对环境要求不高。然而,目前加工出的纳米孔周围存在明显的烧蚀溅射物,并且纳米孔的几何形状精度较差。另外,纳米孔尺寸与激光加工参数、微球尺寸和材质的对应关系,以及纳米孔阵列在不同实际应用中的最优结构尺寸还有待进一步研究。因此,针对上述问题,本课题将开展以下4个方面的研究内容:(1)优化单层微球铺设的工艺参数。通过单因素变量法,逐个优化影响微球排列的3个主要因素:水与无水乙醇的比例(Prop),十二烷基磺酸钠溶液(SDS)的溶度和SDS添加量。实验结果表明,当Prop为1:1,SDS的浓度为6 wt%,添加量为1 ml时,能够得到紧密排列的单层微球。(2)微球辅助红外皮秒激光加工纳米孔阵列实验研究。分别以硅和蓝宝石为加工基底材料,研究了激光能量、聚苯乙烯微球直径以及基底表面镀金膜对纳米孔的形貌、尺寸的影响规律。实验结果表明,随着激光能量、微球直径的增大,纳米孔的孔径和孔深逐渐增加。当激光能量为30-35μJ,微球直径1.0μm时,在硅基底上能加工出形貌较好的纳米孔阵列,纳米孔的孔径范围350-550 nm,深度范围60-100 nm;当激光能量为160-180μJ,微球直径1.5μm时,在蓝宝石基底上能加工出阵列纳米孔,孔径约350-450 nm,深度约50 nm;(3)在硅基底上镀一层薄金膜可以明显减少基底表面的熔融物质、碎屑等,同时金膜能够改善纳米孔的轮廓形貌。在相同的加工参数下,金膜辅助微球在硅片表面加工纳米孔的孔径和孔深约增大1/10。(4)纳米孔阵列结构应用在晶体硅太阳能电池中的结构参数优化。通过设计单因素实验,得到了纳米孔的直径、深度和间距的最优尺寸。仿真结果表明,当柱形孔的孔深250 nm、孔径300 nm、孔间距50 nm,锥形孔的孔深250 nm、孔径400 nm、孔间距30 nm时,在近紫外、可见光波段范围内明显可以提高纳米孔阵列用于晶体硅太阳能电池上的光吸收效率,光吸收效率最大提高约2.6倍。(5)纳米孔阵列结构应用在GaN基LEDs蓝宝石衬底上的结构参数优化。通过设计正交试验,分析了孔径、孔深和孔间距对GaN基LEDS光提取效率的影响权重因子,并优化了纳米孔的尺寸,得到LEDS的最大出光效率。当柱形孔的孔深140 nm、孔径300 nm、孔间距70 nm时,效果最佳,光提取效率增强1.82倍。当锥形孔的孔深180 nm、孔径360 nm、孔间距10 nm时,光提取效率增强1.70倍。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前17条
1 张彦斌;郭莉;靳志敏;阿拉坦朝革兰;王月;张宏博;;纳米孔测序技术在食品微生物检测中的应用[J];食品安全导刊;2020年03期
2 王森;梁丽媛;唐婧;蔡瑶;翁婷;尹雅洁;王亮;王德强;;固态纳米孔上端粒序列的共价修饰与G-四联体折叠监测[J];微纳电子技术;2020年06期
3 伍根生;钱成;宋福磊;于波;;单锥纳米孔传感器整流效应的参数化研究[J];传感器与微系统;2020年10期
4 翟庆峰;李敬;汪尔康;;基于高分子聚合物及毛细玻璃管的固态单纳米孔通道在分析化学中的应用[J];分析化学;2018年06期
5 李志;刘丽萍;房真;郗冬梅;;固体纳米孔分析技术的研究进展[J];分析化学;2018年06期
6 卓丽霞;王莹;张春萍;段静;张亚妮;;α-溶血素的表达及其纳米孔的制备[J];中国生物工程杂志;2017年01期
7 张献;;纳米孔技术检测蛋白质的研究新突破[J];世界复合医学;2016年01期
8 孙鑫;冯敏;王斌;曹学伟;王玉芳;;非对称领结型纳米孔阵列的光透射特性(英文)[J];光散射学报;2016年03期
9 刘雪;;纳米孔生物技术的新进展[J];农产品加工(学刊);2014年23期
10 刘东;段远源;杨震;于海童;;竖直排列硅纳米孔阵列强化光学吸收的机理[J];热科学与技术;2014年01期
11 林星星;吴纲;杨武;;硅纳米孔结构在多晶硅太阳能电池中的应用[J];上海电机学院学报;2014年04期
12 阴笑弘;朱新宇;顾菁;张欣;朱志伟;邵元华;;纳米孔分析化学[J];分析化学;2013年05期
13 符建华;欧海峰;刘琨;富笑男;李新建;;沉积在硅纳米孔柱阵列上的金网络[J];电子元件与材料;2010年09期
14 王瑜玉;;Xe离子导向穿过PC纳米孔箱(英文)[J];IMP & HIRFL Annual Report;2008年00期
15 程筱军;徐军明;;纳米孔模板的透射电镜观察[J];杭州电子科技大学学报;2008年03期
16 吴永红;黄鹤鸣;程娇;彭小莉;曹颖苹;张兵;;干燥时间对制备大面积有序纳米孔炭膜的影响[J];化学世界;2020年03期
17 刘兰兰;;美国马里兰大学制备出新型纳米孔电池[J];电源技术;2015年01期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 栾玉成;周涛;;纳米孔材料及其在绝热中的应用[A];全国绝热材料行业创新发展研讨会暨全国保温材料科技信息协会2019年年会论文集[C];2019年
2 韩璐;Osamu Terasaki;车顺爱;;纳米孔材料的电子晶体学结构研究[A];中国晶体学会第六届学术年会暨会员代表大会(电子晶体学分会)论文摘要集[C];2016年
3 牛延慧;于文彬;覃宗华;万泉;;纳米孔二氧化硅吸附金属离子的实验探索[A];中国矿物岩石地球化学学会第九次全国会员代表大会暨第16届学术年会文集[C];2017年
4 孙鑫;冯敏;王斌;曹学伟;王玉芳;;非对称领结型纳米孔结构的透光特性的研究[A];第十八届全国光散射学术会议摘要文集[C];2015年
5 朱在稳;孙春凤;张旋;林丛宾;赵雪芹;颜佳伟;毛秉伟;;基于玻璃纳米孔磷脂双层膜中的单离子通道检测[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年
6 张利香;郑玉彬;曹小红;李耀群;;玻璃锥形纳米孔通道内不对称离子整流[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年
7 康旭;赵雷;段先健;李振华;李远兵;李淑静;;纳米孔二氧化硅绝热材料的研究[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年
8 赵爽;翁玉华;郑玉彬;蔡盛林;李耀群;;锥形纳米孔对葡萄糖的刺激响应[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
9 曹炳阳;胡帼杰;;聚合物熔体在纳米孔中流动特性的实验和模型研究[A];流变学进展(2012)——第十一届全国流变学学术会议论文集[C];2012年
10 刘东;段远源;杨震;;竖直排列硅纳米孔阵列强化光学吸收的机理及其在太阳能光伏中的应用[A];高等学校工程热物理第十九届全国学术会议论文集[C];2013年
11 夏帆;;基于纳米孔在复杂基质中的核酸和小分子双检测[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第02分会:分离分析及微、纳流控新方法[C];2014年
12 鲍信和;;纳米孔材料和催化[A];2001年纳米和表面科学与技术全国会议论文摘要集[C];2001年
13 裘式纶;;无机纳米孔材料的结构与功能[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
14 张学民;叶顺盛;李自博;张俊虎;杨柏;;基于自组装胶体晶体构筑贵金属纳米孔阵列及其传感性质[A];2012年两岸三地高分子液晶态与超分子有序结构学术研讨会(暨第十二届全国高分子液晶态与超分子有序结构学术论文报告)会议论文集[C];2012年
15 徐晓龙;金永东;;小孔径玻璃毛细管纳米孔的制备[A];第十三届全国电分析化学学术会议会议论文摘要集[C];2017年
16 韩璐;Osamu Terasaki;车顺爱;;纳米孔材料的电子晶体学结构研究[A];第七届全国物理无机化学学术会议论文集[C];2016年
17 朱静;贾法龙;王为;巩运兰;;阳极氧化工艺对氧化铝纳米孔结构的影响[A];第五届全国表面工程学术会议论文集[C];2004年
18 应佚伦;胡咏絮;龙亿涛;;新型纳米孔电极及其单细胞分析应用[A];第十三届全国电分析化学学术会议会议论文摘要集[C];2017年
19 龙东辉;张洁;刘希邈;张睿;凌立成;;炭化条件对酚醛-糠醛基炭气凝胶纳米孔结构影响[A];第20届炭—石墨材料学术会论文集[C];2006年
20 艾斌;于也;张刚;;基于胶体刻蚀技术的三维纳米孔阵列[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题F:功能高分子[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 王一凡;基于单晶硅的锥形固态纳米孔制备技术基础研究[D];清华大学;2018年
2 刘航;纳米孔单分子传感器的研制及初步评价[D];东南大学;2018年
3 徐同舟;高活性晶面二氧化钛薄膜表面修饰及其光催化降解微量有机物[D];中国地质大学(北京);2019年
4 张艳;纳流体沟道动电特性及其发电应用[D];华中科技大学;2019年
5 杨海兵;含周期纳米孔或夹杂二维弹性体的应力场及其有效刚度预测[D];南京航空航天大学;2017年
6 陈凯凯;基于纳米孔的颗粒和生物分子检测研究[D];清华大学;2017年
7 吉慧芳;氮化镓/硅纳米孔柱阵列结构的制备及其光/气体探测性能研究[D];郑州大学;2018年
8 章寅;固态纳米孔单分子传感器设计制造及关键技术研究[D];东南大学;2017年
9 吴淑静;镁纳米孔的制备及原位透射电子显微学研究[D];武汉大学;2016年
10 司伟;纳米孔在DNA及蛋白质分子检测应用中的关键技术研究[D];东南大学;2018年
11 王勇凯;金属微纳结构的光异常透射特性与光学手性研究[D];陕西师范大学;2018年
12 吴宏文;纳米孔检测系统的研制及其在单分子检测中的应用[D];东南大学;2016年
13 谭生伟;功能化氮化硅纳米孔传感器的研究[D];东南大学;2016年
14 周亚;玻璃纳米孔制备及传感研究[D];中国科学技术大学;2020年
15 孙玉兵;纳米孔对铀(Ⅵ)在水—矿物界面吸附和解吸的影响[D];合肥工业大学;2010年
16 谢志鹏;超分子体系介入的纳米孔/通道在小分子检测中的应用[D];武汉科技大学;2020年
17 袁力;金属纳米孔阵列的表面等离子体性质和应用[D];西北工业大学;2014年
18 周凤羽;基于生物质的纳米孔碳复合材料的制备及电容性能研究[D];上海交通大学;2015年
19 阳晓宇;纳米孔材料的设计与合成:催化中心的稳定化[D];吉林大学;2007年
20 张永来;溶剂热法合成纳米孔聚合物及其吸附功能研究[D];吉林大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 张鹏程;微球辅助激光在硅、蓝宝石衬底上加工纳米孔阵列及其应用[D];华侨大学;2020年
2 马斌;基于纳米孔阵列的功能器件的研究与应用[D];东南大学;2016年
3 张淑杰;高灵敏玻璃锥形纳米孔传感器的构建及应用[D];西南大学;2020年
4 蔡秀红;超灵敏玻璃锥形纳米孔DNA传感器[D];厦门大学;2019年
5 房真;纳米孔技术应用于生物分子的定量和定性研究[D];山东师范大学;2020年
6 唐永良;固态纳米孔的性能分析及应用研究[D];厦门大学;2019年
7 王英学;常见工业废气基于SiO_2纳米孔吸附的模拟计算研究[D];西北民族大学;2019年
8 刘鹏杰;磷化镓纳米孔阵列光阳极材料的制备及其光电化学性能研究[D];上海交通大学;2018年
9 王志权;MaCE法磁电耦合作用下制备单晶硅纳米孔阵列的研究[D];杭州电子科技大学;2019年
10 彭冯杰;CO_2驱油中气油体系及其在纳米孔内的分子动力学模拟研究[D];华中科技大学;2019年
11 李志强;二维材料平面异质结及其输运特性的研究[D];电子科技大学;2019年
12 马闪闪;基于金纳米颗粒组装的纳米孔检测体系构建及应用[D];南京邮电大学;2019年
13 郜梦娟;多层磷酸锆组装膜修饰玻璃纳米孔研究[D];华中科技大学;2019年
14 黄卓;基于纳流体器件的浓差发电研究[D];华中科技大学;2019年
15 彭晓;纳米通道单分子技术对DNA和RNA的研究[D];西北大学;2019年
16 赵亚婷;纳米孔技术对聚合物构象转变的研究[D];苏州大学;2019年
17 赵怡;聚苯胺纳米孔的制备及其在单分子检测技术中的应用[D];西北大学;2019年
18 田海兵;基于磷脂修饰的固体纳米孔在蛋白分子检测技术上的应用研究[D];中国科学院大学(中国科学院重庆绿色智能技术研究院);2019年
19 苏建建;基于核孔膜纳米复合材料的盐差能转化研究[D];厦门大学;2018年
20 杨岸宁;基于FPGA的多通道生物分析仪器的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2019年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 记者 侯琳良;武汉大学研发纳米孔靶向测序检测方法[N];人民日报;2020年
2 记者 温才妃;武汉大学 纳米孔靶向测序快速“捕获”新冠病毒[N];中国科学报;2020年
3 张章;纳米孔专利之争落下帷幕[N];中国科学报;2016年
4 本报记者 雍黎;他要让基因测序飞入寻常百姓家[N];科技日报;2017年
5 常丽君;纳米孔可成为DNA快速阅读器[N];科技日报;2010年
6 宗华 编译;测序王国里的新“王牌”[N];中国科学报;2017年
7 张盖伦;纳米孔电池或让储能元件最小化[N];科技日报;2014年
8 记者 黄辛;DNA分子也“穿越”[N];中国科学报;2013年
9 见习记者 韩扬眉;DNA-二氧化硅固态纳米孔实现精确制备[N];中国科学报;2018年
10 陈丹;石墨烯纳米孔设备可探测单个DNA分子[N];科技日报;2010年
11 顾定槐;拜耳材料科技开发“纳米孔”[N];中国化工报;2010年
12 记者 毛黎;纳米孔检测法确诊新冠感染者更快捷准确[N];科技日报;2020年
13 本报驻河北记者 李洪峰;高军:“我相信创新和科技可以带来奇迹”[N];中国建材报;2015年
14 特约记者 杜巍巍 通讯员 姚苑 杨岑;纳米孔靶向测序精准“猎毒”[N];健康报;2020年
15 本报记者 李宏乾;一项突破传统的技术成果[N];中国化工报;2006年
16 本报记者 刘霞;2014,那些值得我们期待的科技突破[N];科技日报;2014年
17 本报记者 郭伟 周洁;2014,科技或许这样影响生活[N];河北日报;2014年
18 记者 马爱平 通讯员 雷鸣 周圆;新型探针材料可快速检测贫血症[N];科技日报;2016年
19 记者 刘联 马巍;强强联合产学研一条龙[N];珠海特区报;2009年
20 记者 刘霞;英研发出第三代基因测序技术[N];科技日报;2009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