《熱毛細效應誘導金屬納米顆粒定向團聚的機理研究》是依託武漢理工大學，由郭東來擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：熱毛細效應誘導金屬納米顆粒定向團聚的機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：郭東來
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在光場照射下，金屬納米顆粒陣列由於顆粒間的電磁耦合，其表面會形成強烈的等離子激元。這種奇特的相互作用使得金屬納米顆粒在生物/化學感測、光催化以及太陽能電池等領域具有廣闊的套用潛力。這吸引人們開始關注金屬微納米結構陣列的製備方法。相對於基於微加工技術的光刻/電子束直寫法而言，對金屬薄膜退火是一種直接得到金屬納米顆粒陣列的有效手段，因此薄膜受熱後的形貌變化、形成的液態納米顆粒在襯底上運動的動力學更值得我們深入研究。本項目將採用雷射加熱的方式，使用兩束相干的脈衝雷射對襯底進行加熱。相干光束在其表面形成周期分布的溫度梯度場，使我們得以研究襯底表面的金屬薄膜被熔解並形成顆粒後，液態的納米顆粒在溫度梯度驅動下的移動（熱毛細效應），嘗試建立模型解釋溫度梯度大小與金屬顆粒尺寸、顆粒位移等參數之間的關聯，希望能發明一種通過定向驅動納米顆粒來製備有序金屬納米顆粒陣列的手段。
結題摘要
本項目計畫探索一種與現有主流微加工方法不同的手段，希望具備精確控制微結構且步驟簡單的優點。其基本思路是在襯底表面形成溫度梯度場，利用熱毛細管力驅動液態金屬納米顆粒定向運動，形成預定圖案。本項目實際執行期間，我們使用雙光束相干雷射做熱源，對金屬薄膜進行退火，獲得了預期中的金納米顆粒的高密度線狀周期性排列。顆粒的大小，密度可以通過初始薄膜厚度，雷射能量調節。為了進一步促進金屬納米顆粒的團聚，有機物緩衝層第一次被引入到金屬薄膜層與襯底之間，結果顯示有機膜緩衝層能夠有效的控制金屬顆粒在退火過程中的團聚度並進一步控制顆粒陣列的共振吸收峰。此外，為了克服瑞利不穩定性對金屬納米顆粒有序度的影響，我們創新的利用自組裝陽極氧化鋁模板底部周期性的凹凸變化來對鍍在其上的金屬薄膜的厚度進行周期性的調製，進而在雷射退火後得到有序的金屬納米顆粒陣列。最後，我們進行了以增強微納平面結構與光波導（以微納光纖為例）相互作用為目地的研究。發現低表面能的襯底能夠較好的吸附微納光纖，增強光與微納平面結構的相互作用。上述嘗試皆獲得了一定的結果，為未來的光學器件研究工作奠定了基礎。
