纳米线距标准样片的研制和表征

论述了线距标准在扫描电子显微镜(SEM)类测量仪器校准中的重要性和作为标准物质的基本要求,指出了纳米线距标准物质的研制和表征在纳米量值溯源体系中的重要作用。通过材料选择、结构设计和制作工艺优化研制出了线距标称值为100nm的纳米线距标准样片。利用光学显微镜对样片的表面质量进行初检,利用CD-SEM对样片的表征考核区域进行了均匀性和长期稳定性的测量以及对线距尺寸进行定值,同时对测量结果进行计算分析。实验结果表明,研制的201710001纳米线距标准样片的对比度良好、线条平直,均匀性和稳定性均小于2nm,且线距尺寸具有溯源性,可作为校准SEM类测量仪器图像放大倍率和图形畸变的标准物质使用。

银纳米线透明导电薄膜仿真研究现状

银纳米线薄膜作为新型柔性透明导电薄膜,具有导电性能好、透光率高、成本低和柔性良好等优点。本文从电学、力学和光学三个方面介绍了银纳米线薄膜的仿真原理、仿真工具及发展现状。目前,银纳米线薄膜的电学性能仿真已研究得比较完善,能够从微观到宏观尺度建立精确的模型,常用的节点主导假设(JDA)模型、多节点表示(MNR)模型能够较好地模拟、预测银纳米线薄膜的方阻。银纳米线薄膜力学仿真尚未能建立起完美的宏观模型,只能通过分子动力学方法等对单根或多根银纳米线之间的力学性能进行仿真模拟。银纳米线薄膜的光学性能的仿真主要依靠时域有限差分方法来模拟光与材料的相互作用,依靠该方法能够模拟少量银纳米线的光学性能,并且目前已有建立大型复杂银纳米线薄膜光学模型的尝试。此外,多物理场耦合且能够反映整个银纳米线薄膜的光-电-热-力综合性能的仿真模型仍未建立,未来研究者们还需于此继续深耕。

银纳米线导电纺织品制备及应用研究进展

银纳米线具有优异的长径比、导电、透光、柔性、抗菌等特性,是制备导电纺织品最有前途的纳米材料之一。介绍银纳米线导电纺织品的常用制备方法,即共混纺丝法、后整理法,综述银纳米线导电纺织品在空气过滤、饮用水过滤、电磁屏蔽、个人热管理、柔性压力传感器等领域的应用进展。最后对银纳米线导电纺织品的未来发展趋势进行展望,为下一代智能纺织品的研发提供思路。

超亲气泡沫铜纳米线电极电化学还原CO_(2)性能

利用可再生电能进行电化学还原CO_(2)被认为是一种有前景的储能和减排技术,但在阴极发生析氢副反应,将降低电化学还原CO_(2)的性能。采用泡沫铜为基底制备铜纳米线电极扩展电极的电化学活性面积,然后通过十七氟癸基三甲基硅烷对电极进行亲气处理,使电极表面从疏气状态变为超亲气状态,从而强化气相反应物CO_(2)传质,增加反应三相接触线,提高电极的电化学还原CO_(2)性能。实验结果表明:与未亲气处理的泡沫铜纳米线电极相比,所制备的超亲气泡沫铜纳米线电极虽然具有较小的电化学活性面积,但其超亲气的特性更有利于CO_(2)的传质,抑制了电解液中氢离子的传输,有效削弱了析氢副反应的发生。在电解电位为-1.5V(vs.Ag/AgCl)时,H_(2)法拉第效率降低了17.7%,电化学还原CO_(2)性能提升。

低成本高结晶GaN纳米线柔性薄膜制备及其场发射性能

旨在探究非贵金属Cu替代贵金属Au作为催化剂在柔性碳膜上制备高结晶的GaN纳米线的可行性,并研究其场发射特性及机理。采用非贵金属Cu替代贵金属Au作为催化剂,在柔性碳膜上制备了直径为20~100 nm、长度为3~15μm的高结晶的GaN纳米线,并通过工艺参数对其结构与尺寸进行调控,得到GaN纳米线薄膜的催化生长机制。通过对其场发射特性进行研究,发现其场发射性能与其纳米结构紧密相关,催化剂厚度以及薄膜弯曲状态可显著影响其场发射性能。结果表明,采用Cu作为催化剂所制备的GaN纳米线柔性薄膜的场发射电流具有较好的稳定性。该研究为GaN纳米线的低成本制备方法提供了可借鉴思路,同时也为场发射柔性器件的制作提供了可行的技术手段。

基于二次谐波产生光谱与显微成像的CdS纳米线空间取向研究

作为一种非线性光学效应,二次谐波产生(second harmonic generation,SHG)因其良好的偏振敏感性在获得物质成分、结构、特性等信息方面具有广泛应用.尽管前人利用SHG光谱或SHG显微成像方法探索研究了纳米线的精密定位或追踪问题,但是结合使用SHG光谱与SHG显微成像方法实现纳米材料结构与晶轴空间取向方面的研究鲜见报道.本研究分别使用SHG光谱与SHG显微成像方法研究了CdS纳米线空间取向问题.首先,基于全光学分析方法从实验上和理论上研究了硫化镉(CdS)纳米线SHG光谱强度随入射光偏振方向变化的规律,并详细分析了晶轴方位角γ,ω,φ对CdS纳米线SHG花型图的影响.其次,通过理论计算与实验测量结果相互验证,成功确定了单根CdS纳米线的3个晶轴取向.最后,利用偏振相关的SHG显微成像方法研究了单根CdS纳米线的空间取向,发现单根CdS纳米线不同部位具有不同的SHG响应.研究结果为SHG光谱与显微成像在纳米材料空间高精度定位研究提供了新的思路与重要参考,并为纳米材料在生物医学方面的潜在应用提供了重要启示.

氮掺杂碳纳米线负载MnO纳米粒子作为水系锌离子电池正极的性能研究

水系锌离子电池(AZIBs)因锌的氧化还原电位低、能量密度高而有巨大的应用前景,其中储存Zn^(2+)的宿主正极决定了电池的放电性能和循环稳定性。以含有3个羧基的次氮基三乙酸(Nitrilotriacetic acid,NTA)为配体,通过简单的调整Mn^(2+):NTA的比例,制备了3种一维纳米线结构聚合物,并经煅烧处理中得到了3种氮掺杂碳纳米线负载不同粒径MnO材料MnO/NC-x。其中Mn^(2+)∶NTA比例为0.5时制备的MnO/NC-0.5中MnO粒径最小,且均匀的分散于纳米线表面。该材料作为AZIBs正极展现了卓越的离子扩散性和导电性等动力学特征。在2 A/g的高电流密度下该材料显示出158 mAh/g的倍率性能,并在1 A/g的条件下经历1000个循环后仍有96%的容量保持率,表现出卓越的循环稳定性。

锂离子电池负极材料银纳米线的锂化机制

为了探究银纳米线在不同工作电压下的锂化机制,借助原位透射电子显微镜的高分辨技术和电子衍射技术,研究了在不同的工作电压条件下,银纳米线在锂化过程中的相变过程和形貌变化。结果表明:金属银用于电池负极材料时,其工作电压对电极材料的活性有较大影响;银在低工作电压下的储锂量大,电极材料不易失效;当工作电压为-1 V时,Ag纳米线在储存锂离子过程中会先变成LiAg相,无明显体积形变;后续随着锂化时间增加,Li_(x)Ag合金中x>1时,纳米线粉碎化,生成Li3Ag、Li9Ag4相;当外加的电压为-2 V时,锂离子会快速在纳米线表面运输并与Ag发生反应,导致纳米线破碎。

基于银纳米线/聚苯胺纳米复合材料的电致变色薄膜及器件的制备与性能

以质量比分别为1:5,1:15,1:25的银纳米线(AgNWs)和苯胺为原料,采用化学氧化聚合法制备了银纳米线/聚苯胺(AgNWs/PANI)纳米复合材料,喷涂在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上得到AgNWs/PANI电致变色薄膜,将喷涂AgNWs/PANI(质量比为1:15)和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)电致变色薄膜的ITO基电极组装得到分层式电致变色器件,研究了AgNWs/PANI电致变色薄膜和电致变色器件的微观形貌和电致变色性能。结果表明:AgNWs/PANI电致变色薄膜中PANI均匀包覆在AgNWs上形成线性核壳结构,当AgNWs和苯胺质量比为1:5时薄膜中有很多AgNWs暴露在外,当质量比为1:25时AgNWs暴露缺陷较少但形成的导电通路连续性差,当质量比为1:15时AgNWs被PANI完美包覆且导电通路连续均匀;与纯PANI电致变色薄膜相比,AgNWs/PANI电致变色薄膜的峰值电流密度、离子扩散速率和光学对比度增大,电荷传递阻抗减小,变色效果明显,电致变色性能提升,AgNWs和苯胺质量比为1:15时电致变色性能最佳;电致变色器件的最大光学对比度为65.2%,着色和褪色过程响应时间分别仅为6.5,4.9 s,经历1 000次恒电位跃迁后光学对比度保留率高达97.7%,着色效率高达124.6 cm^(2)·C^(-1)。

MnO_(2)纳米线支撑中空十二面体CoNi_(2)S_(4)的制备及其电化学性能

采用简单的室温搅拌法和一步硫化法制备了MnO_(2)纳米线支撑中空十二面体CoNi_(2)S_(4)(MnO_(2)/CoNi_(2)S_(4))电极材料。超长MnO_(2)纳米线为电子转移提供了直接路径,而且其较大的长径比有利于形成自支撑的三维导电网络结构;中空多孔的CoNi_(2)S_(4)提供了更丰富的活性位点,同时缓解了充放电过程中的体积变化。得益于以上优势,MnO_(2)/CoNi_(2)S_(4)在1 A·g^(-1)时具有1531.1 F·g^(-1)的比电容,在10 A·g^(-1)时具有86.9%的电容保持率。利用MnO_(2)/CoNi_(2)S_(4)作为正极、活性炭(AC)为负极组装的MnO_(2)/CoNi_(2)S_(4)||AC器件实现了高能量密度(800 W·kg^(-1)时40 Wh·kg^(-1))和优异的循环稳定性(5000次循环后保持64.8%)。

聚噻吩衍生物/银纳米线结合分子印迹法检测葡萄糖

通过在银纳米线上沉积3氟苯硼酸接枝的3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT-FPBA)和葡萄糖,制备了一种基于表面分子印迹(MIP)法的葡萄糖生物传感器。在玻碳电极(GCE)表面依次沉积银纳米线(AgNWs)、EDOT-FPBA和葡萄糖,然后洗脱葡萄糖模板后得到分子印迹葡萄糖生物传感器。采用电化学阻抗法检测葡萄糖,在0.05~20.00 mmol/L范围内,葡萄糖浓度与电荷转移电阻呈线性关系,检测限低至0.03 mmol/L(R2=0.9905)。此外,该传感器具有良好的特异性、稳定性、可重复使用性和存储稳定性,并且可在生理pH下对葡萄糖进行灵敏检测。

简易合成MgCo_(2)O_(4)纳米线及其电化学性能研究

通过水热路径引入表面活性剂十二烷基磺酸钠在泡沫镍上成功合成出比表面积较大、超薄多孔的MgCo_(2)O_(4)纳米线。研究表明,MgCo_(2)O_(4)纳米线展示出紧密交织透明的网格状结构且在5 A/g的电流密度下,比电容高达2128 F/g。在40 A/g的情况下循环6000周次后,比电容保持了原始容量的98.4%。将该纳米线和活性炭分别作为正极和负极组装成非对称超级电容器,其比电容可达65.32 F/g且在功率密度为338.95 W/kg下能量密度可达20.41 Wh/kg。上述结果表明该非对称超级电容器是一个较好的储能装置,在实际应用中拥有良好的潜力。

纳米晶NiTi形状记忆合金/Nb纳米线复合材料超弹应力的温度依赖性

NiTi形状记忆合金因其超弹性已经得到广泛应用,然而传统NiTi合金马氏体相变的超弹应力随温度的降低而快速减小(6~7 MPa/K),显著制约了其在宽温域中的应用。本文通过熔炼、锻造及拔丝获得纳米晶NiTi/Nb丝材,然后采用透射电子显微镜、差示扫描量热仪及拉伸试验机分别研究丝材的显微组织、相变行为及超弹性能。结果表明:纳米晶NiTi/Nb丝材中NiTi合金的平均晶粒尺寸为14 nm,丝材在降温和升温过程中分别发生热诱发B2→R相变和R→B2相变。在328~376 K温度范围内,纳米晶NiTi/Nb丝材应力诱发B2→B19′相变超弹应力的平均值为1002 MPa,超弹应力的温度依赖性为4.1 MPa/K。

具有超低工作电压的银纳米线阻变器件研究

具有高密度和自适应特性的随机银纳米线网络能够模拟神经元的复杂网络拓扑,在信息存储、选择器和神经形态计算领域中应用广泛。文章采用旋涂工艺在图像化电极衬底上制备了银纳米线器件,研究了不同银纳米线浓度和直径对其电学性能的影响,并最终实现了具有超低工作电压(0.01 V)的神经形态器件。实验结果表明,采用直径为30 nm的银纳米线和浓度为5 wt%的复合溶液所制备的随机网络能够实现可控的大开关比阻变行为。进一步,将该大开关比阻变行为作为器件的初始化过程,实现了银纳米线阻变器件在外加超低脉冲电压刺激作用下的可控突触可塑性行为。最后,通过对单个纳米结点中银纳米细丝的形成与断裂过程进行研究,进一步提出随机银纳米线网络在不同电刺激条件下的工作机理。本工作为新型神经形态器件中随机网络的物理实现和应用提供了新思路。

孪晶取向对Au纳米线变形机制影响的模拟

本文采用分子动力学方法,阐明了Au纳米线各力学特性参数随孪晶取向角度的变化规律,以及不同变形机制发生的孪晶取向角度范围。结果表明:在较小孪晶取向角度下(0°<θ<90°),纳米线具有较高的强度,不全位错与孪晶面相互作用引起的应变局域化主导了其塑性变形;在中等孪晶取向角度下(18°≤θ≤75°),退孪生主导了Au纳米线塑性变形,尤其是30°≤θ≤60°时,完全退孪生引发的应变硬化,使得纳米线具有较高塑性;在较大孪晶取向角度下(75°<θ≤90°),纳米线具有较高的强度,但塑性较差,不全位错连续穿越孪晶界引起的位错链主导了Au纳米线塑性变形。

基于运算放大器的超导纳米线单光子探测器低温直流耦合读出电路

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具有高计数率、高探测效率和低暗计数等优点,在光量子通信、光量子计算、激光测距与成像等领域发挥着重要作用.SNSPD的最大计数率(探测速度)会受前级读出电路的影响,为了提升最大计数率,通常需要使用一个宽带宽的低温直流耦合读出电路.本文报道了基于商用高速运算放大芯片OPA855搭建的SNSPD低温直流耦合放大读出电路,系统表征了该电路从室温300 K到低温4.2 K下的性能参数.通过提升OPA855的工作电压,解决了电路在低温下带宽损失的问题.进一步,将OPA855放大电路安装在40 K温区,使用其实现了SNSPD探测性能的实验评估.相对于常规室温交流耦合电路,SNSPD的最大计数率约提升了1.3倍.本研究可为OPA855芯片在高速SNSPD等低温领域提供相关参考信息.

温度对金纳米线拉伸塑性变形影响的分子动力学模拟研究

小尺寸金(Au)纳米线因具有优异的力学性能而受到广泛关注。而之前的相关研究大多是在常温下进行,不同低温下的研究较少。研究金纳米线在低温下塑性变形行为,能够为其低温下的应用提供理论依据。本文采用分子动力学模拟的方法,研究了不同温度下菱形Au纳米线的力学行为,发现Au纳米线的强度和塑性变形能力会随温度降低而增大。另外,Au纳米线的塑性变形机制受温度影响会发生转变。在175~350 K时,其塑性变形机制主要为Shockley偏位错发射导致纳米线形成大量层错,之后出现切变和过早颈缩。在50~140 K时则转变为以偏位错发射为主,首先形成平滑的孪晶界并发生迁移,之后形成交叉的孪晶界并继续迁移,过程中生成大量孪晶,最终产生40.16%的均匀变形。

金红石TiO_(2)纳米线忆阻器的制备及阻变存储机制

本工作采用简单高效的一步水热法工艺制备了具有一维有序结构的金红石TiO_(2)纳米线阵列,设计了Au/TiO_(2)/FTO器件结构的金红石TiO_(2)纳米线忆阻器,系统研究了器件的阻变存储特性和存储机制,构建了器件基于氧空位迁移的非线性阻变存储机制模型。结果表明,Au/TiO_(2)/FTO结构金红石TiO_(2)纳米线忆阻器具有非易失性的双极性阻变存储特性,器件的阻变开关比可以稳定地保持在10^(2)以上。此外,器件在低阻态时满足线性的欧姆导电特性,在高阻态时服从陷阱控制的空间电荷限制电流传导机制,而器件的阻变存储行为则遵循基于氧空位迁移的非线性离子迁移阻变存储机制,研究结果表明金红石TiO_(2)纳米线忆阻器在下一代非易失性存储器方面具有重要的应用潜力。

小尺寸金属纳米线力学行为的原位电镜研究进展

金属纳米线在信息采集、存储以及超灵敏传感器等方面被广泛应用。在实际应用中,金属纳米线常处于应力状态下,对关键器件的性能稳定性有直接影响。原位研究金属纳米线在应力作用下的塑性变形原子机制是确保重要元器件在复杂环境下依旧保持稳定的物理性能输出的实验依据。本文介绍了纳米力学原位实验技术的研究进展和纳米材料力学性能曲线的测量策略;在此基础上,从材料的尺寸效应出发,总结了不同直径尺寸金属纳米线的位错、孪晶、表面原子扩散等变形机制与纳米线力学性能之间的相关性;展望了小尺寸金属纳米线原位纳米力学技术和原位实验研究的发展方向。

多元醇液相还原法制备银纳米线的研究

银纳米线(AgNWs)因具有高导电性、高透光性及良好的耐弯曲柔性,已成为传统氧化铟锡(ITO)透明导电材料的替代品。采用液相多元醇还原法制备了不同规格的银纳米线,并通过SEM、UV-Vis、XRD等测试手段对制备的银纳米线进行了表征。结果表明,不同的制备参数可以获得颗粒状、短棒状、线状等不同形态的银产物。反应温度160℃,反应体系中聚乙烯吡咯烷(PVP)与AgNO_(3)的摩尔比为2∶1,FeCl_(3)的浓度保持在0.1~0.2mmol/L之间时,可以制备得到长度约30μm、直径约50nm的高纯度银纳米线。