《電場輔助、溝槽引導一維金屬納米結構的自組裝製備》是依託南京大學，由孟祥康擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：電場輔助、溝槽引導一維金屬納米結構的自組裝製備
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孟祥康
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通過自組裝方法在固體表面構築一維納米結構是納米科技的重要研究領域。目前自組裝構築一維納米結構主要基於模板法，但該方法在限制納米結構生長空間的同時抑制了組裝基元的自發形成，導致一維納米結構的力學、電學等性能降低。本項目另闢蹊徑，採用不同於傳統自組裝依賴模板的技術路徑，以外場輔助、溝槽引導為特色，通過溝槽單側壁納米粒子自組裝咬合，在自組裝顆粒咬合銜接處引入孿晶並抑制其它缺陷的形成，最佳化一維納米結構的軸向力學、電學性能，實現對自組裝一維納米結構的最佳化生長及其複雜圖案的精確控制。基於系統的實驗研究，揭示自組裝過程中外場能量引入與轉化機制及自組裝一維納米結構的動力學生長規律。以動力學調控的納米結構陣列為基礎製備化學修飾電極，突破傳統電極材料的性能極限，為其在電分析化學檢測、生物分子識別等領域的套用奠定基礎。
結題摘要
模板引導法因其自身顯著的特點而倍受關注。傳統的模板引導電沉積過程，需要首先在導電性良好的電極表面引入作為模板的絕緣材料（如光刻膠圖案、陽極氧化鋁模板等），這些模板為局域化限制材料生長提供微小腔體（狹窄溝槽或孔道）。然而，這些方法在限制納米結構生長空間的同時抑制了組裝基元的自發形成，影響其形貌、尺寸、結構和表面活性，導致最終微納結構的力學和電導性等顯著降低。針對以上科學問題，項目組結合電化學反應動力學，提出了基於區域活性差異實現模板引導組裝、凹槽棱邊引導組裝等新方案，並開展了系統的相關研究，已取得了一系列原創性成果，主要包括：1、藉助凹槽陣列圖案上的金納米顆粒薄膜電極實現了氧化亞銅納米立方體顆粒的自模板引導組裝，製備了新型的多面體晶粒構建的Cu2O納米棒。基於尺寸和微結構調控研究，闡明了溝槽引導電沉積選擇性成核與多面體晶粒構建一維結構的物理機制，從而揭示了多面體晶粒構建金屬線的生長機理。2、利用凹槽陣列的自遮蔽效應對具有凹槽陣列特徵的金薄膜電極在凹槽兩側壁棱邊上做金顆粒堆積層厚度的調製，進而實現在金納米顆粒弱積一側的引導組裝生長，成功製得立方體顆粒組裝而成、長度達微米量級的氧化亞銅納米線。3、提出了兩步隧穿機制來闡明過刻蝕高摻雜p-型矽表面微觀結構在形成飽和自然氧化層後的活化機制和電極反應動力學過程。4、利用對凹槽陣列圖案的過刻蝕調控以及電化學焊接現象在刻蝕圖案側壁上實現波狀結構的模板促進電沉積，在有氧環境下得到導電性能優良的超長準一維金屬結構陣列。此外，我們還關注了金膜電極上的化學轉化效率問題（產物與貴金屬電極材料的原子比接近1：1），從而明確了引入鈍化襯底表面活化手段對於納米結構電沉積製備的重要性。項目組不僅達到了研究目標，而且進一步實現了在半導體矽襯底表面直接溝槽引導電化學生長金屬線，克服了將納米線從基底表面轉移的關鍵技術問題；並實現了金屬納米線構成的大面積複雜圖案材料的可控制備，為MEMS器件的製備提供了新的解決方案。
