水热腐蚀铁钝化多孔硅的湿敏特性研究

采用水热腐蚀铁钝化法在单晶硅片上生长铁钝化多孔硅(IPS)薄膜,以IPS为感湿介质制成湿敏元件。在不同湿度环境以及测试频率下,测出其电容值,得到了IPS的湿敏特性曲线。研究发现,当相对湿度从11%RH逐渐增加到95%RH的过程中,在测试频率为100Hz时,IPS湿敏元件的电容值增大幅度达1500%,电容响应时间在升湿过程和脱湿过程分别为15s和5s,并且IPS湿敏元件的温度系数在15℃到35℃的范围内较小。结果表明:IPS湿敏元件的特性包括灵敏度、响应时间以及温度系数等均优于多孔硅(PS)湿敏元件的特性。

水热腐蚀对羟基磷灰石形貌及生物活性的影响

以透明羟基磷灰石(HAp)陶瓷为原材料,采用水热工艺对其表面进行腐蚀处理,然后将HAp浸泡在模拟体液(SBF)中进行体外生物活性评价,研究了水热腐蚀温度对HAp表面形貌及生物活性的影响。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDS)和激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)等对样品进行表征。结果表明:随水热腐蚀温度的提高,HAp表面呈现先疏松后致密的结构变化,而生物活性先升高后逐渐降低,这与HAp暴露晶面的界面能差异有关。160℃水热腐蚀10 h后HAp表面疏松多孔,表现出更加优越的体外生物活性。

Ti_2AlN陶瓷粉体在酸性溶液中的水热腐蚀行为

基于MAX相陶瓷粉体的选择性腐蚀制备一类具有几个原子厚度的二维纳米材料,在近年来受到了广泛的关注.以MAX相陶瓷中的Ti_2AlN陶瓷粉体为腐蚀对象,研究了其在盐酸、硫酸和硝酸等酸性介质中的水热腐蚀行为.利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪对腐蚀产物的表面形貌及物相结构进行了分析,提出了腐蚀过程中的反应机制.研究发现:在水热腐蚀过程中,Ti_2AlN陶瓷晶格中的Ti层原子和Al层原子同时与腐蚀介质发生反应,在HCl_2、H_2SO_4和HNO_3溶液中,其腐蚀的最终产物分别为金红石型、锐钛矿型和板钛矿型TiO_2.这一结果表明通过酸性溶液的水热腐蚀不能实现Ti_2AlN陶瓷粉体晶格中Al层原子的选择性腐蚀.

表面掺杂CeO_2对2Y-TZP陶瓷抗低温水热腐蚀的影响

比较了对２Ｙ－ＴＺＰ陶瓷采用表面掺杂ＣｅＯ２和体掺杂ＣｅＯ２两种不同方式处理后，２Ｙ－ＴＺＰ陶瓷低温水热腐蚀前后的抗弯强度的变化。结果表明，对Ｙ－ＴＺＰ陶瓷进行表面掺杂ＣｅＯ２，不仅可以克服体掺杂ＣｅＯ２时抗弯强度大幅度下降的问题，而且可以明显改善低温水热腐蚀对Ｙ－ＴＺＰ陶瓷力学性能的影响。表面掺杂ＣｅＯ２对２Ｙ－ＴＺＰ陶瓷抗低温水热腐蚀的原因，是既保持了Ｙ－ＴＺＰ陶瓷整体对等温相变的约束，又阻止了Ｙ－ＴＺＰ陶瓷产生氧空位的综合作用。

水热腐蚀时间对铁钝化多孔硅表面形貌和光致发光的影响

采用水热腐蚀法制备了4个腐蚀时间不同的铁钝化多孔硅样品,铁钝化多孔硅样品表面呈海绵结构,随着腐蚀时间增加,样品表面的平整度下降,腐蚀孔尺寸差别有增大的趋势。在250nm光激发下,样品发光峰位于620nm附近,半峰全宽约130nm。腐蚀时间从10min增加到40min,4个样品的发光峰并未出现定向的红移或蓝移。结合样品傅里叶变换红外吸收光谱的结果,铁钝化多孔硅的光致发光行为可归因于量子限制-发光中心作用,相应的辐射复合发光中心为非桥氧空穴。

Fe(NO_3)_3浓度对水热法腐蚀多孔硅的影响

用水热腐蚀法,通过改变腐蚀液中Fe(NO3)3的浓度,制备多孔硅样品.用扫描电子显微镜、荧光分光光度计和傅立叶红外光谱仪对样品微结构和光学特性进行检测,并结合Islam-Kumar模型对检测结果进行分析.结果表明,增大腐蚀液中Fe(NO3)3浓度,可加快腐蚀速度,并使多孔硅中纳米硅尺寸减小,比表面积增大,从而引起样品发射峰发生蓝移,且对应于Si‖O键的红外吸收增强.

铁钝化多孔硅形成过程中的形貌演化和腐蚀机理

采用水热腐蚀技术制备的铁钝化多孔硅表面具有可调超结构。详细研究了铁钝化多孔硅水热制备过程中单晶硅片表面的形貌演化。结果表明,在水热腐蚀过程中,存在两种同时发生的腐蚀机制:即对缺陷的化学腐蚀和通过形成微电池所发生的电化学腐蚀。在腐蚀发生的初期,化学腐蚀占主导地位;随后电化学腐蚀逐步起主导作用并对铁钝化多孔硅表面超结构的最终形成起关键作用。还讨论了发生在微电池中微型阳极和微型阴极上的化学反应。研究结果为实现铁钝化多孔硅表面形貌的人为控制提供理论指导。

多孔硅薄膜对P型单晶硅太赫兹波段透射特性的影响

利用化学腐蚀方法，在低阻值P型单晶硅片上制备了火山口形、准纳米孔柱形和多孔形三种形貌的多孔硅薄膜。以空气为参考基准，0．2—10THz时域光谱显示，火山口形样品在0．2～6THz的透射强度下降了约1／2，另外两种样品强度下降了约1／5。火山口形、准纳米孔柱形样品呈现低通滤波特性，多孔形样品呈现级联带通特性。准纳米孔柱形样品截止频率比火山口形样品和多孔形样品提高了3THz左右。样品的频谱出现多处吸收峰，峰的位置与薄膜的几何结构尺寸有关。实验结果表明：多孔薄膜的形状和几何结构尺寸改变了P型单晶硅的太赫兹波段透射强度、吸收频率和截止，该材料可以成为从太赫兹波段至可见光波段的宽频段探测材料和调制材料。

新型甲醛多孔硅复合传感器的制备

构建了一种简便、快速检测甲醛的新型钯-多孔硅（Pd-PS）复合传感器。采用水热腐蚀法制备多孔硅,通过扫描电镜表征其表面微结构。对多孔硅腐蚀条件进行了优化,得出多孔硅的最佳制备条件。多孔硅经化学浸渍法在其表面掺杂金属钯,进而制成了钯-多孔硅复合传感器。当此传感器被置于含甲醛的混合气体中时,可高选择性结合甲醛气体分子,并产生电信号,其强度与甲醛浓度相关,通过万用表检测其电信号,进而分析其气敏性能。检测结果表明,此传感器对甲醛气体敏感,且表现出良好的选择性,对乙醇、氨气、甲醇和丙酮不敏感。此传感器对甲醛浓度的检测范围在0.1~6.0 mg/m3之间,检出限为0.1 mg/m3,检测时间为3 min。

铁钝化多孔硅的制备及光致发光机理研究

采用水热腐蚀法在相同环境下制备了不同晶型的铁钝化多孔硅样品。同一样品表面具有相似的孔隙结构,不同样品形貌存在差异。在300 nm光激发下,样品发光峰位于618 nm附近,半高宽约为132 nm。傅立叶红外变换光谱显示样品中有强的Si—Si、Si—O—Si、O y—Si—H x化学键振动吸收。结果表明,水热腐蚀法制备的铁钝化多孔硅表面形貌与腐蚀过程的局域电极分布关系密切。样品的光致发光行为可归因于量子限制-发光中心作用,并受非桥氧空穴发光中心数量影响。

铁钝化多孔硅紫外辐照下的发光稳定性研究

用水热腐蚀法制备出了红光发射（～2．0eV）的铁钝化多孔硅。在240nm紫外光持续辐照下，样品的红光强度迅速增强～10％后趋于稳定。傅立叶红外变换光谱分析结果显示样品中有强的Si-O-Si和Si-O-H吸收，同时存在氧化的硅烷基团（O3-xSix）Si-H（x=1，2，3）。量子限制-发光中心模型（QCLC）以及非桥氧空穴缺陷（NBOHC）被用于解释强的稳定的红光辐射。

非桥氧空穴发光中心对铁钝化多孔硅光致发光的影响

采用水热腐蚀法制备了铁钝化多孔硅样品,样品光致发光谱的荧光峰位于2.0eV附近,半峰宽约为0.40eV。激发波长从240nm增大到440nm的过程中,荧光峰先红移再蓝移,最后基本稳定,变化曲线呈勺型。通过分析15片发光多孔硅样品的统计结果,发现荧光峰逆转所对应的激发波长位于330nm附近,相应的激发光子能量约为3.8eV。样品光致发光谱随激发波长的勺型变化过程与≡Si—O↑和≡Si—O↑…H—O—Si≡两类非桥氧空穴发光中心共同作用时的发光行为一致。

硅纳米孔柱阵列的结构和光学特性研究

采用水热腐蚀技术在单晶硅衬底上制备出一种新的硅微米 /纳米结构复合体系——硅纳米孔柱阵列 (Si -NPA) ,并对其表面形貌、结构及光学特性进行研究 .Si NPA的结构复合性体现为在微米和纳米两个尺度上形成了三个分明的结构层次 ,即微米尺度的硅柱阵列结构、硅柱上的纳米多孔结构以及组成孔壁的硅纳米晶粒 .积分光反射谱和荧光光谱测试表明 ,Si -NPA具有良好的光吸收和光致发光特性 .依据Si -NPA积分反射谱的实验数据 ,采用Kramers Kronig变换关系计算得到了Si- NPA的复折射率和复介电函数、吸收系数等光学常数 ,并由此讨论了Si- NPA相对于单晶硅的光学特性发生显著变化的原因 .最后 ,通过分析Si- NPA的光吸收系数与入射光子能量之间的关系 ,揭示出Si- NPA具有直接带隙半导体的电子结构特征 ,而且理论计算得到的Si- NPA的带隙能与其光致发光谱的峰位能很好符合 .

硅纳米孔柱阵列及其表面铜沉积

采用水热腐蚀技术制备了硅纳米孔柱阵列(siliconnanoporouspillararray,Si-NPA),并以此为衬底通过浸渍沉积制备出一种具有规则表面结构的铜/Si-NPA纳米复合薄膜(Cu/Si-NPA).形貌和结构分析表明,Si-NPA是一个典型的硅微米/纳米结构复合体系,它具有三个分明的结构层次,即微米尺度的硅柱所组成的规则阵列、硅柱表面密集分布的纳米孔洞以及组成孔壁的硅纳米单晶颗粒.研究发现,Cu/Si-NPA在形貌上保持了Si-NPA的柱状阵列特征,薄膜中铜纳米颗粒的致密度随样品表面微区几何特征在柱顶区域和柱间低谷区域的不同而交替变化,并形成一种准周期性结构.上述实验现象被认为来源于铜原子的沉积速度对Si-NPA表面微区几何特征的选择性.Si-NPA可以成为合成具有某些特殊图案、结构和功能的金属/硅纳米复合体系的理想模板.