银纳米材料的制备及择优生长综合实验设计

银(Ag)是一种重要的过渡金属,具有典型的面心立方结构(FCC)。纳米尺度的Ag材料呈现出独特的光学、电学、表面活性及催化性能,在电子、催化、光学等领域具有很大的应用价值。纳米Ag材料的特性和独特应用与其形貌有着直接关联,因此制备一定形态的Ag纳米结构,了解其择优生长过程具有重要意义。着眼于Ag纳米枝晶的化学还原及择优生长,以材料形貌、结构表征作为辅助手段,研究纳米晶的生长动力学过程,讨论其择优生长模式,为设计和制备不同形貌Ag纳米结构提供理论基础。该综合实验涉及纳米材料的制备、表征及择优生长微观机制,涵盖材料、物理、化学等专业的相关知识,能够帮助学生系统地进行理论知识的回顾及专业技能的实践,培养学生综合能力和科研创新意识。

等轴应变作用下Cu,Al薄膜的取向择优生长

用分子动力学方法模拟了Cu双晶和Al双晶薄膜的<111>生长,模拟时假定在薄膜平面内保持恒定的等轴双向应变, 薄膜中两晶粒的能量计算表明:不同晶粒的能量存在差异,能量较低的晶粒在沉积中择优生长,逐渐取代能量较高的晶粒, Cu膜择优生长速率显著高于Al膜;两种薄膜择优生长的机制完全不同,Cu膜中处于不利位向的晶粒通过孪晶过渡转变为择优取向, 转变完成、晶界湮灭后薄膜中残留的缺陷为位错;而Al膜则是通过无序结构重结晶实现上述转变,转变完成、晶界湮灭后薄膜中残留的缺陷为间隙原子.文中对上述择优生长驱动力的来源、以及在纳米多晶中的重要性进行了讨论.

金刚石薄膜的形貌分析及(100)面择优生长

采用等离子体化学气相沉积制备金刚石薄膜，所制备的薄膜呈现不同的形貌。运用双层膜实现金刚石薄膜（100）面的择优生长。分析了金刚石粒子晶体习性的内部制约因素，指出了合成金刚石形态是其内部结构因素与外部环境综合作用的结果。

不同择优生长取向角枝晶生长的数值模拟

通过耦合溶质扩散方程,并考虑成分过冷和曲率过冷对界面平衡溶质成分的影响,建立改进的元胞自动机模型来模拟溶质扩散控制的立方晶系合金的枝晶生长过程。模型在计算固液界面生长速率时考虑立方晶系枝晶择优生长取向100的影响,同时采用斜中心差分格式对界面生长速率方程进行离散,从而能够模拟择优生长取向与坐标轴成不同夹角的枝晶生长形貌演变。为验证模型的可靠性,模拟NH4Cl-H2O系透明合金单个等轴枝晶以及不同择优生长取向角的多个等轴枝晶和柱状枝晶的形貌演化,模拟结果与实验结果吻合较好。

掺杂nc-Si:H薄膜中纳米硅晶粒的择优生长

发现PECVD生长的系列掺杂氢化纳米硅 (nc Si:H)薄膜中纳米硅晶粒 (nc Si)有择优生长的趋势 .用Raman、XRD、AFM、HRTEM等方法研究其微观结构时发现 :掺磷的nc Si:H薄膜XRD峰位的二倍衍射角约为 33°.掺硼nc Si:H薄膜的XRD峰位的二倍衍射角约为 47°.用自由能密度与序参量的关系结合实验参数分析得到 :较高的衬底温度引起序参量改变 ,使掺磷nc Si:H薄膜中nc Si的晶面择优生长 .适当的电场作用引起序参量改变 ,导致掺硼nc Si:H薄膜在一定的自由能密度范围内nc

择优生长CdS纳米微粒膜的制备和性能研究

利用恒电流阴极还原法或电流脉冲法在聚苯胺膜、PATP膜、Au膜和ITO基体上制备了CdS纳米微粒膜 ,并对其结构和紫外_可见吸收等性质进行初步表征 .

衬底温度对钇稳定氧化锆薄膜择优生长的影响

使用脉冲激光沉积(PLD)技术在Si(100)衬底上沉积钇稳定的氧化锆(YSZ)薄膜,用XRD分析薄膜的结晶取向,SEM和AFM观测薄膜表面形貌,研究了在200-650℃的不同衬底温度下薄膜的择优生长.结果表明:衬底温度较低的YSZ薄膜为非品组织,衬底温度为300—500℃时YSZ晶粒以表面能低的(111)面首先择优生长,衬底温度超过550℃后品粒活化能提高而使表面能较高的(100)晶粒择优生长.YSZ薄膜是典型的岛状三维生长模式,较高的衬底温度有利于原子在衬底表面迁移和重排结晶长大.同其它沉积技术相比,用PLD技术能在比较低的衬底温度下在Sj(100)表面原位外延生长出较高质量的YSZ薄膜.

乙二醇诱导Bi_(12)O_(17)Cl_(2)晶面择优生长的合成及其光催化性能

通过液相沉淀法,利用乙二醇(EG)诱导成功地制备了沿[200]方向择优生长的Bi_(12)O_(17)Cl_(2)微米花.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)和荧光光谱仪(PL)研究了所制备的光催化剂的相结构、形貌和光学性质.在可见光(350 W氙灯,λ>420 nm)照射下,考察了Bi_(12)O_(17)Cl_(2)样品对罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)的光催化降解性能.结果表明,沿着[200]方向择优生长的Bi_(12)O_(17)Cl_(2)具有更优异的光催化活性,见光300 min后,对RhB的降解效率为77.56%,主要是由于它特殊的形貌和结构提高了光生电荷分离效率,同时,通过捕获实验研究了Bi_(12)O_(17)Cl_(2)的光降解机理.

择优生长取向对BiOBr光催化性能影响研究

利用水热法合成了两种不同择优生长取向的溴氧铋(BiOBr)材料,其中最强衍射峰对应(102)晶面的样品被定义为(102)BiOBr材料,而最强衍射峰对应(110)晶面的样品定义为(110)BiOBr材料.对两个材料的结构、形貌、光电特性和光催化性能进行了研究.X射线衍射结果表明,随着温度的改变,两种材料的择优生长取向不同.扫描电子显微镜图显示,(102)BiOBr和(110)BiOBr样品的形貌几乎相同,都是堆叠的纳米板.对水体中典型污染物罗丹明B的光催化降解测试表明,(110)BiOBr材料要优于(102)BiOBr材料,这主要是因为二者的光学带隙和氧空位含量差异所致.

掺硼nc-Si:H薄膜中纳米硅晶粒的择优生长

利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)生长的系列掺硼氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜中纳米硅晶粒(nanocrystallinesilicon,简称nc-Si)有择优生长的趋势。用HRTEM、XRD、Raman等方法研究掺硼nc-Si:H薄膜的微观结构时发现:掺硼nc-Si:H薄膜的XRD只有一个峰,峰位在2θ≈47o,晶面指数为(220),属于金刚石结构。用自由能密度与序参量的关系结合实验参数分析掺硼nc-Si:H薄膜择优生长的原因是:适当的电场作用引起序参量改变,导致薄膜在适当的自由能范围内nc-Si的晶面择优生长。随着掺硼浓度的增加,nc-Si:H薄膜的晶态率降低并逐步非晶化。nc-Si随硅烷的稀释比增加而长大,但晶态率降低。nc-Si随衬底温度升高而长大,晶态率提高。nc-Si随射频功率密度的增大而长大,晶态率增大的趋势平缓。但未发现掺硼浓度、稀释比、衬底温度、射频功率密度的变化引起薄膜中nc-Si晶面的择优生长。

择优生长极性微晶玻璃及其性能研究

随着复合功能材料研究的不断深入,人们对极性微晶玻璃的制备和应用产生了极大兴趣.由于极性玻璃陶瓷的人工极化很困难,故其应用受到了很大的限制.在非铁电的极性玻璃陶瓷中,一般情况下由于其各个晶粒的极轴随机取向,而且又不能通过外加电场使极轴转向,故不会有压电和热电性,对于这种非铁电的极性玻璃陶瓷。

真空蒸发法择优定向生长ZnO薄膜

研究了 ( 0 0 2 )向择优生长 Zn O薄膜。利用真空蒸发法制备 Zn O薄膜 ,衬底材料是镜面抛光石英片。实验结果表明 ,用此方法可获得高度择优定向生长的 Zn O薄膜 ,氧化退火温度对Zn O薄膜的结构有重要影响。

Si衬底上SrMnO_3缓冲层对La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3薄膜择优取向生长的影响

利用磁控溅射方法在 (1 0 0 )Si衬底上首先生长SrMnO3(SMO)作为缓冲层 ,再沉积得到了 (1 1 0 )择优取向生长的La0 .8Sr0 .2 MnO3(LSMO)薄膜。利用X射线衍射仪分析了SMO缓冲层的结构特征对LSMO薄膜择优取向生长的影响。结果表明 :当沉积温度为 60 0℃时 ,增加缓冲层SMO的厚度 ,LSMO薄膜的取向性变好 ;当缓冲层SMO厚度为 45nm时 ,LSMO薄膜基本具有 (1 1 0 )取向生长的特征。进一步的工作证实 :提高沉积温度 ,能够显著增加SMO缓冲层的晶粒大小 ,并减少LSMO薄膜择优取向生长所需的缓冲层厚度 ;当沉积温度为 80 0℃时 ,由于类退火作用的存在 ,厚度为 1 0nm的SMO缓冲层就可以实现LSMO薄膜择优取向的生长。

基底负偏压对直流磁控溅射CrN薄膜择优取向及表面形貌的影响

直流磁控溅射法制备不同基底负偏压下的CrN薄膜,采用XRD分析薄膜相结构,EDS分析薄膜表面成分,SEM观察薄膜表面形貌,并对偏压作用机制进行了探讨。结果表明,当Ar流量6ml/min、N2流量30ml/min时,在基底负偏压增大过程中,CrN薄膜始终由CrN相组成,但薄膜生长发生了(111)(-50V)向(200)(-125V)再向无明显择优生长(-225V)的转变。低偏压时,CrN薄膜[111]向[200]取向转变主要是轰击表面氮离子浓度增加导致;高偏压时,薄膜中Ar浓度大幅增长,高能离子长时间轰击破坏晶粒取向性,使薄膜呈无择优取向。同时,负偏压增加使薄膜表面形貌从具有棱角的不规则形状逐渐变为粒状结构,且晶粒逐渐细小。

周期顺序蒸发工艺生长的Cu(In,Ga)Se_2薄膜结构

采用新颖的周期顺序蒸发和真空硒化退火工艺生长出p型CuIn0 7Ga0 3 Se2 薄膜 .通过XPS谱、Raman谱、XRD谱分析了预生长层以及硒化后的CuIn0 7Ga0 3 Se2 薄膜 ,对四元化合物Cu(In ,Ga)Se2 的Raman谱进行了讨论 ,并观察到Ga对A1模式峰位的移动影响 ,同时发现薄膜倾向于沿 (112 )晶面生长 ,薄膜贫Cu会加剧 (2 2 0 ) / (2 0 4)表面自发分解成 { 112 }小晶面 .研究表明 ,薄膜具有良好的电学特性和结构特性 .

Al-H_(2)O反应中催化剂对Al(OH)_(3)形貌演化的作用机理

研究不同催化剂在铝-水(Al-H_(2)O)反应中对Al(OH)_(3)晶体形貌及其生长机理的作用。采用NaOH、KOH、四甲基胍(TMG)和四甲基氢氧化铵(TMAH)作为催化剂进行反应,原位观察产物的演化过程。结果表明,反应120 min后得到的产物分别具有六棱柱形、六棱长柱状、长棒状和不规则棒状。在NaOH和KOH体系中,产物为三水铝石,三水铝石在NaOH体系中主要沿(110)、(001)和(100)晶面生长,而在KOH体系中主要沿(100)、(102)和(110)晶面生长。在TMG和TMAH体系中,产物是拜耳石,拜耳石在这两个体系中均沿(110)、(111)和(001)晶面生长。其中,三水铝石的Al—O键较多,有利于柱状晶体的形成。

层流作用下随机取向多晶粒生长的相场法模拟(英文)

为了更客观地再现强迫层流对多晶粒凝固过程的影响,自行设计了随机格子法以解决多个枝晶择优生长方向随机分布问题。以高纯丁二腈(SCN)为例,采用耦合流场的单相场模型研究强迫层流对多晶粒非等温生长过程的影响。结果表明:随机格子法可以更合理地处理枝晶择优取向随机分布问题,计算效率较高。当固相率较低时,熔体质点绕过枝晶流向下游侧,两枝晶臂之间的熔体流动速度值变大;在凝固计算时间小于1800Δt时,各个枝晶自由生长,上游侧枝晶臂均比下游侧枝晶臂发达;并且,熔体流入速度越快,固相率越高。当固相率较高时,多个枝晶臂相互交织,仅有未被枝晶包裹的残留熔体可以流动;同时,固相率趋于与熔体无流动时的固相率相同。

Mg储氢薄膜的制备及其生长方式研究

镁基储氢材料是非常具有应用前景的一类储氢材料,具有储氢量大、环境友好、成本低等优点。采用磁控溅射法在单晶Si和非晶玻璃基底上沉积了纳米纯Mg薄膜。通过改变沉积速率,获得了不同生长形态和形貌的镁薄膜。采用X射线衍射光谱法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)研究了Mg薄膜在不同基片和沉积速率下的生长模式。研究结果表明:改变沉积速率可以影响纯Mg薄膜的择优生长形态和形貌,即功率增加时,薄膜由<101>向择优生长转变为<002>+<103>向择优生长,晶粒尺寸变大,但仍按柱状晶方式生长;基片的类型对择优生长方向影响不大,对生长形貌有一定影响。

MEL分子筛膜不同取向生长的控制

采用晶种涂层的方法在单晶硅表面上制备了不同取向的MEL分子筛膜,详细研究了膜的择优生长条件及其取向控制.水含量和反应时间对膜的取向有较大影响.在水含量较低的反应体系中,缩短反应时间有利于得到(101)取向的分子筛膜.水含量提高导致膜的取向发生变化,由(101)取向变为(101)/(200)混合取向.晶种层对膜的取向没有直接影响,晶种层连续生长形成单层分子筛膜.

采用Si_(1-x)Ge_x渐变缓冲层技术生长Si基Ge薄膜及其性质分析

利用超高真空磁控共溅沉积系统在Si(100)衬底上溅射Ge组分渐变的Si_(1-x)Ge_x缓冲层,并在其上制备Ge薄膜,采用快速热退火(RTA)对Ge薄膜进行退火处理。采用X薄膜表征。结果表明:使用该方法制备的Ge800℃,110 s的退火条件下随衬底温度的升高,Ge500℃时磁控溅射沉积的Ge薄膜,经800℃,110 s尺寸达到41 nm,为后续替代锗单晶作为多结电池衬底材料打下良好的基础。