胶体刻蚀纳米结构化表面的构筑与应用

综述了近年来胶体刻蚀领域的研究进展,分别讨论了基于胶体微粒和胶体晶体为模板的可控沉积与可控刻蚀及在固体平面基质、曲面基质和气液界面等不同基质上构筑结构化表面的方法.同时还探讨了利用胶体刻蚀方法形成的微纳结构在光、电、磁以及表面润湿和生物学等方面的应用.

胶体刻蚀技术简介及其应用探索

近年来,具有特殊功能的微观图案化表面引起了人们浓厚的研究兴趣,并被广泛应用于微反应器、生物传感器、微电子器件、光学器件以及生物界面等领域。在众多微观图案化表面的构筑方法中,胶体刻蚀技术备受人们关注。本文对胶体刻蚀技术的进展及其应用进行了综述,并对其发展趋势进行了展望。

使用胶体刻蚀法制备纳米线氧化物场效应晶体管

透明无定形氧化物半导体作为场效应晶体管的沟道材料在微电子学各个领域有着广泛应用。在这里我们报道一种使用胶体刻蚀方法制备Zn-Sn-O(ZTO)纳米线作为场效应晶体管的沟道材料。电学测量显示制备的底栅型ZTO纳米线晶体管有着优良的电学性能,其中源漏电极间的导通/关闭电流比约为3.9×105,电子迁移率约为2 cm2/Vs,而门电极的漏电流却小于1 nA/cm2。在使用分子自组装层封装ZTO表面后,底栅型ZTO纳米线晶体管的正/负向电压稳定性和回滞性均得到了很大改善,这得益于氧化物半导体表面污染物的减少。

基于直接胶体晶体刻蚀技术的高度有序纳米硅阵列的尺寸及形貌控制

以自组装单层胶体小球阵列为掩模,采用直接胶体晶体刻蚀技术在硅表面制备二维有序尺寸可控的纳米结构.在样品制备过程中,首先通过自组装法在硅表面制备了直径200nm的单层聚苯乙烯(PS)胶体小球的二维有序阵列;然后对样品直接进行反应离子刻蚀(RIE),以氧气为气源,利用氧等离子体对聚苯乙烯小球和对硅的选择性刻蚀作用,通过改变刻蚀时间,制备出不同尺寸的PS胶体小球的有序单层阵列;接着以此二维PS胶体单层膜为掩模,以四氟化碳为气源对样品进行刻蚀;最后去除胶体球后得到二维有序的硅柱阵列.SEM和AFM的测量结果表明:改变氧等离子体对胶体球的刻蚀时间和四氟化碳对硅的刻蚀时间,可以控制硅柱的尺寸以及形貌,而硅柱阵列的周期取决于原始胶体球的直径.

均一取向等离子体二聚体的制备及光学机理

以单层SiO_(2)胶体微球为模板,利用Au/SiO_(2)/Au交替沉积结合后退火处理的方法,制备了一种垂直堆叠且均一取向的等离子体二聚体结构.该方法具有很大的自由度,可以通过调节实验流程来制备大面积取向相同的同质或异质纳米粒子二聚体.所制备的纳米粒子的等离子体杂化效应明显,在消光光谱中可以观察到成键及反键共振峰.由于所得纳米粒子二聚体具有垂直堆叠的特殊规整取向,还可以观察到所得样品等离子体吸收峰的角度依赖特性.此外,还探讨了Au/SiO_(2)/Au同质二聚体和Au/SiO_(2)/Ag异质二聚体的光学特性差异,发现与Au/SiO_(2)/Au同质二聚体相比,Au/SiO_(2)/Ag异质二聚体由于Ag偶极等离子体模式与Au带间吸收的耦合而呈现Fano共振峰.所得结果提供了一个调节贵金属等离子体光学共振峰位、强度和波形的策略,在纳米光子学领域有着广阔的应用前景,对今后的实验和理论研究具有重要参考价值.

基于二维胶体晶体刻蚀法的纳米颗粒阵列

悬浮液中的胶体球在一定条件下能够自组装成二维胶体晶体 ,以此为掩膜可合成纳米颗粒阵列体系 ,其颗粒形状、尺寸以及间距等参数易于控制 .调整这些参数和相应的介质环境可以实现对颗粒阵列体系性质的有效控制 ,这也为研究尺寸效应提供了便利 ,且在一些具有特殊功能的纳米器件方面具有潜在的应用价值 .文章重点介绍了这种阵列体系的合成过程、结构形态和性质 ,并展望了其应用前景 .

气液界面胶体球刻蚀法制备二维有序多孔薄膜

作为一类重要的二维材料,二维有序多孔薄膜受到人们的广泛关注.气液界面胶体球刻蚀法是近些年发展起来的一种以漂浮在液面上的单层胶体晶体为模板来制备二维有序纳米结构的方法,具有简单、高效、重现性好、适用范围广以及结构参数易调变等优点.近年来,我们课题组利用气液界面胶体球刻蚀法实现了包括多种无机物纳米网、纳米碗阵列和纳米网-纳米碗复合阵列在内的一系列自支撑二维有序多孔薄膜的可控制备,考察了其二维光子晶体性质,并研究了其在刻蚀掩膜、溶剂检测、生物传感、电阻开关器件、光电化学分解水等方面的应用.本文在重点介绍我们课题组研究进展的同时,也简要总结了该领域的整体发展状况并展望了该领域的今后发展方向.

二维胶体晶体刻蚀法及其应用

二维胶体晶体刻蚀法合成二维有序纳米颗粒阵列具有操作简单、成本低、易于实现规模化的优点.它可方便地控制纳米颗粒阵列的形态(即颗粒的间距、尺寸、形状甚至成分等)，从而实现阵列性质的大范围调制.而二维胶体晶体的合成是这种刻蚀技术的关键，文章着重介绍其形成的基本过程、影响因素及其合成技术；概述胶体晶体刻蚀技术的应用，并对此进行展望.

北京大学制备石墨烯纳米带的剪裁研究取得新进展

如何实现对石墨烯（Graphene）材料剪裁的人工控制，这是近年来科学家一直努力的目标之一。这项工作的重要性是可以对石墨烯能带进行调制，从而有望获得具有各种所需物理性质的微电子器件。近日，北京大学物理学院、北京大学量子材料科学中心王恩哥教授与研究生刘磊以及中国科学院物理研究所王文龙等研究人员共同合作，发明了一种新的方法，即二维胶体晶体刻蚀法，它使制备石墨烯纳米带的剪裁研究取得了重要进展。

基于单层胶体晶体的功能性二维有序阵列研究进展

二维有序微纳米结构阵列往往呈现出有序图案化结构所带来的新颖或增强的性质,由胶体球自组装而成的单层胶体晶体已被广泛应用于二维有序微纳米结构阵列的可控制备.这种方法具有简单、高效、适用范围广等诸多优点,因而愈来愈受到人们的关注.本文简要综述了近年来基于单层胶体晶体的功能性二维有序阵列的研究进展,主要包括二维光子晶体传感器、等离激元纳米阵列、太阳能转换器件、光学与光电器件、表面浸润与黏附以及生物医学材料等方面的最新成果.其中着重介绍了本课题组在Zn S纳米碗阵列、异质结构Ag_2S-Ag纳米碗阵列、异质结构TiO_2纳米棒@纳米碗阵列以及方解石单晶微透镜阵列等方面所取得的一些研究进展.

胶体晶体和基于胶体晶体的纳米结构

胶体晶体及基于胶体晶体的各种纳米结构的制备和物理性质是近来物理学和材料科学共同关注的一个热点 .文章简要阐述了胶体颗粒间的基本相互作用 ,着重介绍了各种胶体晶体的制备方法 ;结合我们近期的工作 ,综合评述了胶体晶体在二维纳米颗粒阵列、二维有序孔单层膜及三维光子晶体等纳米结构材料研究中的应用 ,并对未来的发展进行了展望 .