《柔性透明自支撐矽紙的光學增強特性及其相關套用》是依託中山大學，由崔浩擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：柔性透明自支撐矽紙的光學增強特性及其相關套用
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：崔浩
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
基於bottom-up的構築方法，設計柔性、透明且自支撐的矽基納米結構體系，不僅能促進柔性器件和傳統矽基積體電路的完美融合，且能移植矽納米結構優異的物理化學特性，對推動下一代新型柔性光電子器件發展具有重大的科學意義。基於以上認識，本項目以開展柔性、透明及自支撐的矽基納米結構的相關套用為研究目標。首先通過對實驗的最佳化設計，實現對柔性、透明、自支撐的矽紙的可控合成，製備出不同尺度和編織密度的矽納米線結構基底，然後通過暗場顯微鏡和雷射拉曼光譜儀從實驗上來研究矽納米線網路的光學增強行為，觀察矽納米線半徑和編織密度對電磁場增強特性的影響，並在此基礎上，利用有限差分時域方法從理論上研究其電磁場耦合情況，從而揭示柔性矽紙光學增強特性的物理本源。最後，利用其優異的光學增強特性，設計出新型柔性、透明、自支撐矽紙基生物光學感測平台，實現對DNA、胺基酸等生物分子的高效、快速檢測和診斷。
結題摘要
矽是目前最為重要的半導體材料，可以是整個微電子工業的基石。隨著近年來納米科技的興起，為矽基材料的發展提供了更多的機遇和挑戰。實現傳統的矽基材料在一些新興領域中的套用，對於未來新型光電器件的發展具有重大的現實意義。本項目以柔性、透明及自支撐的新型矽納米結構為研究對象，從理論和實驗兩個方面來開展相應的光學特性研究，繼而實現其在光學感測方面的套用。按照研究計畫，我們首先從理論上來開展矽納米線的設計研究。通過考慮原子在納米線表面和催化劑界面的擴散過程，發展了一個普適的原子傳輸控制的動力學模型去描述矽納米線VSS生長的動力學過程。在該模型中，我們討論不同條件下矽納米線VSS生長速率對生長條件的依賴關係，如納米線尺度、溫度、壓強以及納米線長度等，揭示VSS生長過程中的各種動力學過程和生長限制步驟，並從理論上首次闡述了台階周期性單相成核和流動的物理實質，從而為柔性、透明、自支撐的矽納米線紙的可控最佳化設計提供了理論指導。接著，考慮到其獨特的三維網路構造，我們從理論和實驗兩個方面來進一步研究柔性、透明、自支撐的矽納米線紙的光學特性。由於交聯矽納米線之間強烈電磁耦合效應，矽紙在可見光範圍記憶體在大量的熱點和顯示明顯的光學增強行為，基於此特性，利用R6G做為探針分子，我們成功地觀察了柔性、透明、自支撐的矽納米線紙的拉曼增強特性，其檢測濃度低至exp(-5) M。最後，通過複合金納米粒子，我們進一步來提升矽紙的拉曼增強特性，製備出了柔性、透明的矽納米線基複合拉曼感測平台。獲益於該矽基平台的優異的柔性和透明性，該感測平台能夠方便地貼合到水果表面，結合其優異的拉曼增強效應，我們能夠對水果表面殘餘農藥分子開展原位、無損的檢測，其檢測極限低至72 ng/cm2，遠遠低於殺蟲劑允許殘留劑量。該項目研究不僅僅擴展傳統矽基材料的套用領域，並且對於發展下一代新型柔性矽基器件提供了一條新的設計思路和實驗支撐。
