電、磁場約束液體內雷射融蝕捕獲IV族半導體亞穩納米相

電、磁場約束液體內雷射融蝕捕獲IV族半導體亞穩納米相

《電、磁場約束液體內雷射融蝕捕獲IV族半導體亞穩納米相》是依託中山大學,由劉璞擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

  • 中文名:電、磁場約束液體內雷射融蝕捕獲IV族半導體亞穩納米相
  • 項目類別:青年科學基金項目
  • 項目負責人:劉璞
  • 依託單位:中山大學
中文摘要,結題摘要,

中文摘要

亞穩納米相的獲得長期以來都是新型納米材料與結構科學研究的核心問題,是進一步探求其奇異物性和拓展其潛在應的基礎;而發展簡捷、高效且具有潛在套用前景的製備方法,特別是實現在常溫常壓下合成亞穩納米相(即具有熱力學上的亞穩結構,或晶體學上的亞穩形貌),更是在凝聚態物理學和材料物理學上都具有挑戰性的工作。在本項目研究中,我們通過發展液相環境中雷射融蝕(laser ablation in liquid, LAL)的納米製造方法,即電、磁場約束液體內雷射融蝕,開展在常溫常壓下捕獲Ⅳ族半導體亞穩納米相研究,並進而探索它們在光電子學、環境與能源及生物醫學等領域的套用。同時,基於我們已建立的納米尺度下材料生長(成核與相變)的熱力學理論,我們將發展新的理論工具來處理電、磁場約束下LAL製備中亞穩納米相的成核及納米結構的形成問題,從而揭示出LAL過程中物質結構形態的演變規律,增進人們關於亞穩納米相形成方面的認識。

結題摘要

“電、磁場約束液體內雷射融蝕捕獲IV族半導體亞穩納米相”研究工作於2013年12月按計畫順利完成。按照項目計畫書中的任務安排,“建立強磁場輔助LAL實驗設備”、“採用所發展的電、磁場調控 LAL 製備出IV半導體族亞穩相納米晶和新型功能納米結構”,以及“完成對電、磁場約束 LAL 捕獲的Ⅳ族半導體亞穩納米晶進行實驗表征和性能分析工作”三項任務都已基本實現。通過利用電、磁場對液體內雷射融蝕的約束作用,實驗組完成了對一種亞穩半導體Si納米相的捕獲研究,同時還拓展了研究範圍,將半導體氧化物納米材料以及半導體-磁性金屬複合功能納米結構的電、磁場調控LAL實驗研究也納入到了本項目科研工作中,並取得了一系列較好的研究成果,其簡述如下。 (1)採用電場約束模式開展了雷射液相融蝕捕獲低維半導體功能納米結構的研究,成功製備出一種具有藍紫光發光特性的亞穩相閃鋅礦結構Si納米顆粒。在本部分工作中,實驗組搭建了可調控的直流電場對LAL反應進行約束作用,最終捕獲了一種具有藍紫光發光特性的亞穩相閃鋅礦結構Si納米顆粒。此外,研究小組以半導體Ge納米顆粒為研究對象,系統研究了“不同液體束縛狀態下的液體內雷射融蝕製備IV族半導體納米顆粒”的產率問題。 (2)利用電場約束以及電場誘導下的化學反應,開展了多種半導體氧化物功能納米結構的製備與性能研究,成功製備出一系列功能化半導體氧化物納米結構。在本部分工作中,實驗組拓展了研究範圍,使用發展的電場約束液體內雷射融蝕技術對包括一系列多金屬氧酸鹽(Polyoxometalate)納米結構、具有功能化形貌的WO3納米薄片和高比表面結構的β-MnO2納米線,以及功能化Mn3O4納米顆粒做了系統的製備、結構表征與套用特性研究,獲得了較豐富的研究結果。該部分工作系統研究了電場約束下的雷射液相融蝕技術所具有的工作原理和特點,特別是對電場約束LAL過程中的成核與結構生長物理機制進行了探討,初步建立起一套電場調控下特定納米結構合成的物理模型。 (3)通過建立的強磁場調製雷射液相融蝕實驗裝置,我們在原有的IV族半導體材料研究基礎上引入磁性納米粒子,成功通過磁場約束雷射液相融蝕技術一步合成出了一種具有強磁特性的Fe3C@Fe5C2納米束結構。該研究不僅揭示了強磁場約束下雷射液相融蝕的納米結構形成規律,並且為建立起磁場約束下的雷射液相融蝕物理模型提供了重要的基礎數據積累。

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