《金屬雕塑薄膜生長動力學及可控制備研究》是依託中山大學，由江紹基擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬雕塑薄膜生長動力學及可控制備研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：江紹基
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
大角度傾斜沉積金屬材料並輔以基底運動可以製備出各向異性的金屬雕塑薄膜，其多孔且形貌可控的結構特點使之具有傳統薄膜所沒有的光電特性，可廣泛套用於微納光電器件領域。從微觀尺度上探討微納金屬雕塑薄膜生長機理，對於理解其生長過程、控制生長條件、提高薄膜製備質量以及開發新型薄膜器件具有重要的理論價值及套用意義。本項目將在已有的工作基礎上，採用第一性原理分子動力學和動力學蒙特卡羅相結合的方法對金屬雕塑薄膜的生長過程進行理論計算和計算機模擬；建立合理準確的金屬雕塑薄膜動力學標度理論；研究各種製備參數如沉積溫度、沉積速率、基底運動方式和基底預結構對金屬雕塑薄膜生長過程的影響，並通過實驗實現其量化可控制備。本項目的開展將為開發新型微納薄膜器件提供理論依據和製備方法，並使其在光電子學、光通信、生物化學感測等領域得以實際套用。
結題摘要
利用製備過程中傾斜粒子流在基片上發生的動力學自組織過程可以批量化製備形貌可控的金屬雕塑薄膜結構，其不同於傳統薄膜的光電特性可廣泛套用於微納光電器件領域。為實現金屬雕塑薄膜的量化可控制備，本項目通過計算機仿真系統的研究了生長中的動力學過程，總結其生長機制並克服了金屬不易形成微納結構的難點，得到具有較好表面性質的金屬雕塑薄膜結構。項目首先基於第一性原理ci-NEB方法對具有代表性的Ag、Cu表面擴散勢壘情況進行了系統的研究，包括近鄰原子對層內、層間擴散強度的影響。在所得勢壘的基礎上建立KMC模型，研究了微納結構的演化並揭示了隨溫度變化的非單調粗糙度變化的機制。根據擴散模型建立動力學蒙特卡羅模型分別研究了納米尺度下原子擴散、表面結合、基團離解、晶化生長等競爭因素對材料生長的精細拓撲結構影響；以及溫度、預結構及基底旋轉等製備條件對薄膜亞微米尺度形貌的影響，建立了一系列標度關係。理論表明通過低溫結合占空比較小的周期性預結構可以抑制Ag的擴散，輔以高速的基底旋轉可以使Ag原子在陰影效應的作用下形成柱狀陣列，改造後的製備平台證實了這一結論並成功的製備得到六方周期的直柱陣列。以所得薄膜為元件進行SERS特性測試也證明了金屬雕塑薄膜的良好光電性質。金屬雕塑薄膜生長機理的總結為製備更具有特異性的微納結構提供了理論基礎，特性的測試也為挖掘這類薄膜結構用於其他光電器件元件的潛力積累了經驗。
