含有p-GaN 纳米阵列的InGaN/GaN 双异质结太阳能电池的制作

提出了一种提高p-GaN/i-InGaN/n-GaN 双异质结太阳能电池外量子效率的方法,即将p-GaN 刻蚀成纳米阵列结构. 我们使用Ni 退火形成微结构掩模, 通过感应耦合等离子体(ICP)将p-GaN 刻蚀纳米阵列结构. 同时, 提出了两步刻蚀n-GaN 台面的制作工艺, 以此在形成p-GaN 纳米阵列结构时获得光滑的n-GaN 层表面, 以此改善后续金属电极的沉积. 经测试, 含有p-GaN纳米阵列结构的电池峰值外量子效率可达55%, 比常规p-GaN 膜层基InGaN/GaN 太阳能电池的外量子效率提高了10%.     

动态组合模式“蘸笔”纳米刻蚀与单个DNA分子上的物理纳米图形制造

利用“蘸笔”纳米刻蚀技术(DPN)可在金、硅和氧化硅等较硬的固相衬底表面上制作不同的纳米级图案. 但是, 在柔软的物体表面如生物大分子上直接制作纳米图形是尚需开拓的研究领域. 本文发展的动态组合模式“蘸笔”纳米刻蚀技术(CDDPN)可实现在生物大分子上直接制作纳米图形, 并且能达到在拉直的单个DNA分子上制造纳米图形的目的.     

多层交替沉积后退火处理MgB2超导薄膜上约瑟夫森结的制备

在多层交替(SiC/[Mg/B]5)沉积后退火处理的MgB2薄膜上用紫外光刻和Ar离子刻蚀制作出SQUID环路膜条,然后用聚焦离子束(FIB)刻蚀方法在SQUID的环路上制作了150～300nm之间不同尺寸的纳米微桥结构,并测量了其电阻温度(R-T)曲线和电流电压(I-V)曲线.膜条的R-T曲线与薄膜基本相同,表明薄膜没有受到膜条制备过程中潮湿的影响.对SQUID的R-T关系测量发现电阻有较大升高,并看到由纳米微桥的存在而具有的结构.SQUID的I-V曲线表明,纳米微桥形成了弱连接,超流主要体现为约瑟夫森耦合电流.其中一个150nm宽纳米微桥的SQUID,其回滞消失的温度约为10K,在此温度下,得到临界电流Ic约为4.5mA,IcRN～2.25mV,单个纳米微桥结的临界电流密度约为1.5×107A/cm2.临界电流Ic随温度以幂指数关系变化,也验证了纳米微桥的弱连接特性.我们的实验对基于MgB2薄膜的约瑟夫森器件制备具有参考价值.     

利用约束刻蚀剂层技术提高硅的化学刻蚀分辨率

高分辨率刻蚀技术对于微机械及微电子器件的加工具有十分重要的意义.虽然光刻技术仍处于主导地位,但近年来许多新颖的微加工方法相继问世.其中,扫描电化学显微镜(SECM)用于表面加工的研究颇受注目.SECM刻蚀的主要原理是,利用精密定位系统使微电极接近样品表面,微电极电生刻蚀剂,刻蚀剂扩散到样品表面发生刻蚀反应,产生刻蚀图样.SECM刻蚀分辨率主要取决于微电极的尺寸,但刻蚀剂的横向扩散往往会对SECM的分辨率产生较大影响最近,田昭武等人提出了一种可进行高分辨率微加工的新方法——约束刻蚀剂层技术(CELT).其主要思路是在溶液中加入可与电生刻蚀剂快速反应的“捕捉剂”,使刻蚀剂的寿命大幅度缩短,其扩散层急剧变薄,从而可使刻蚀反应具有高度的距离敏感性,刻蚀分辨率得到极大改善.     

苯乙烯-马来酸酐共聚物/高岭土纳米复合材料的制备及其表征

报道了直接将苯乙烯、马来酸酐共聚物单体, 层插进入二甲基亚砜(DMSO)改性的高岭土层间, 原位聚合, 并使之剥离的方法. 采用X射线衍射(XRD), 透射电子显微镜(TEM)的方法考察了苯乙烯、马来酸酐的原位聚合层插、剥离方法所制得的高聚物/高岭土纳米复合材料的微观结构. XRD分析结果表明, 表征层间距的d₀₀₁值随聚苯乙烯-马来酸酐(PSMA)进入了高岭土的层间而增大, 直至完全剥离, 高岭土的特征峰消失. 从透射电子显微镜图像可以看出, 高岭土被剥离并以纳米级片层分散在高聚物的基体中. 改性高岭土表面与PSMA分子链间的相互作用则由红外(FTIR)分析结果得到引证. 热失重分析(TGA)结果则显示纳米复合材料的热稳定性能得到显著的提高.     

酸性体系中纳米镍对2,4-二氯苯酚降解性能的研究

纳米金属对有机氯化合物具有较好的脱氯降解效果, 但在反应过程中其表面易形成氧化层覆盖, 并大量吸附目标反应物导致降解不完全, 而酸性体系可避免氧化层的形成. 对工业羰基法生产的纳米镍超细粉进行了扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X 射线衍射(XRD)、能量色散谱仪(EDS)等微观结构观测与表征, 并就酸性体系中羰基纳米镍对2,4-二氯苯酚的脱氯降解性能进行了实验研究. 结果表明, 实验所用纳米镍的颗粒粒径为10~20 nm, 表面有一较薄的NiO 层, 其存在将对2,4-二氯苯酚的脱氯降解性能产生较大影响. 经酸洗活化处理, 并在酸性条件(pH 3~4)下反应, 可使2,4-二氯苯酚大量降解, 并在4 h 内达到100%的去除率. 反应溶液中可检测到2-氯酚、4-氯酚、苯酚等降解产物的出现, 以苯酚为主. 反应过程中因消耗质子需要定期补加酸量, 以维持体系适当的酸度, 酸不仅起到调节pH 的作用, 更是作为一种反应物参与反应, 从而极大地促进了脱氯降解反应进程. 酸性体系中纳米镍对氯代有机物的脱氯降解反应为二级反应, 其反应速率随温度的升高而升高, 在 3 种不同温度(298, 306,316 K)条件下, 其脱氯降解反应速率常数k 分别为0.02, 0.2 和0.3 (g L h)^-1.     

化学气相沉积法在Cu-Ni合金衬底上生长多层六方氮化硼

六方氮化硼(h-BN)由于其原子级平整的表面和宽带隙性质使其成为众多二维半导体材料理想的绝缘衬底.通常情况下通过化学气相沉积法在金属表面生长的h-BN表现出明显的自限生长效应,仅得到单原子层的h-BN.采用单原子层的h-BN作为其他二维半导体材料的基底对其下方衬底表面悬挂键及电荷的屏蔽效果有限,多层h-BN可以提高屏蔽效果.本文通过化学气相沉积法,采用生长-刻蚀-再生长的方案在铜镍合金衬底上成功制备得到多层h-BN晶畴,刻蚀过程使铜镍合金重新漏出,显著提高了下一阶段生长过程中多层h-BN的外延生长速率,通过该方案得到三角形状的多层h-BN晶畴尺寸可达10~20mm.同时,使用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱、透射电子显微镜等一系列测试手段对多层h-BN表面形貌、化学成分及微观结构做了进一步表征.结果表明,h-BN中B 1s和N 1s的电子能谱峰值分别为190.4和397.8 e V,并且B和N两种元素的含量比为1.02:1;多层h-BN的拉曼光谱峰值位移在1365 cm~(-1),半高峰宽为18 cm~(-1);选区电子衍射结果说明,多层h-BN层间具有严格的AA′堆垛且每一层h-BN都具有相同的晶格取向.所有表征结果说明本文所得的多层h-BN单晶具有较好的晶体质量.     

聚丙烯基体原位功能化对插层聚合制备的聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料结构稳定性的影响

将MgCl₂/TiCl₄催化剂插层于有机蒙脱土(十六烷基三甲基溴化铵改性钠-蒙脱土)中, 配合三乙基铝(AlEt3)助催化剂及二苯基二甲氧基硅烷(DDS)外给电子体, 催化丙烯与5-己烯基-9-硼杂双环[3,3,1]壬烷的共聚合反应. 在实现蒙脱土纳米片层有效剥离的同时, 在聚丙烯基体上同步引入反应性硼烷基团. 在温和条件下(40℃, 3 h), 产物在四氢呋喃中进行硼烷基团的水解反应, 从而在保持蒙脱土纳米片层剥离状态下, 聚丙烯基体原位引入羟基功能基团. 与基体未功能化的聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料对比, 聚丙烯基体中羟基的原位引入有效地提高了复合材料的纳米结构稳定性.     

激光喷丸强化技术在镍铝青铜抗海水空蚀中的应用

镍铝青铜合金构件在海水中发生腐蚀和空蚀,表面形变硬化提高构件抗空蚀性能,激光喷丸强化具有在材料表面预置压应力、相变硬化、改善机械化学性能、提高综合抗海水腐蚀、空蚀的能力和作用.     

纳米铁颗粒物表征及其对2, 4-二氯苯酚的脱氯降解性能

对纳米铁超细粉进行了透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)等结构表征, 并研究了其对2,4-二氯苯酚的吸附降解性能. 结果表明, 实验所用纳米铁超细粉呈核-壳型结构, 颗粒粒径为30~40 nm, 其表面含有大量的Fe3O4钝化氧化层; 为去除纳米铁表面的钝化层, 提高其活性, 对其进行盐酸酸化, 探讨了酸化前后纳米铁在不同投加量下对2,4-二氯苯酚的降解去除情况. 实验发现, 活化前的纳米铁对2,4-二氯苯酚的去除主要为吸附过程, 活化后的纳米铁则能够迅速与2, 4-二氯苯酚发生降解反应. 当铁的投加量为150 mg时, 反应溶液中可检测到苯酚、2-氯酚、4-氯酚等降解产物的出现, 说明纳米铁对2,4-二氯苯酚的降解主要为脱氯反应.     

钠基蒙脱土在丁腈橡胶中的剥离分散及性能影响

制备、研究了超细全硫化粉末丁腈橡胶(UFPNBR)颗粒和剥离型钠基蒙脱土(Na-MMT)片层相互隔离、依附的UFPNBR/Na-MMT纳米复合粉末. 在新颖的UFPNBR/Na-MMT纳米复合粉末与丁腈橡胶(NBR)生胶混炼过程中, 借助纳米级UFPNBR颗粒与NBR生胶的良好相容性以及UFPNBR颗粒的助分散作用, 将与UFPNBR颗粒彼此隔离、依附的纳米级原生态Na-MMT良好分散在NBR基体中, 制备成硫化时间短、阻燃性能好的NBR/UFPNBR/Na-MMT三元纳米复合材料, 为实现高性能橡胶-黏土纳米复合材料的工业制备提供一种新的研究思路.     

热氧化溅射镀铜膜制备CuO纳米棒及其光致发光特性

CuO纳米结构的物理化学性质使其成为纳米光电子器件、气敏传感器和光检测器等微/纳米器件应用中的关键材料.虽然热氧化法具有简单、高效、低成本和大范围制备等优点,但加热导致的崩裂问题仍限制了其广泛应用,目前仍需发展可在不同基体(特别是半导体Si)上直接生长CuO纳米结构的制备技术.本文通过先直流/射频磁控溅射镀金属膜,再电场辅助热氧化法的方法,成功在Si基上获得了膜基结合力好的CuO纳米棒,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)分析了Cu膜和CuO的形貌和结构,并用荧光光谱仪测量了CuO纳米棒的室温光致发光性能.研究结果表明:直流磁控溅射获得了择优取向为(111)的柱状晶Cu膜,工艺改进后可完全氧化获得CuO纳米棒/CuO层/Si基的层状结构,其中纳米棒为单晶单斜CuO.本文还通过进一步添加Cr作为过渡层来改善膜-基结合力,解决加热Si-Cu膜时因热应力而导致的开裂问题.虽然射频溅射可在Si基底上获得细晶粒Cu膜,但热氧化后并没有获得一维纳米结构的氧化物.当以紫外光作为激发光源时,CuO纳米棒的发射峰主要为宽的390~470 nm间的深紫到亮蓝发光带,峰位的蓝移主要是源于纳米尺寸的下降.本文探究了CuO纳米棒的制备和光学性能,有助于设计和组装基于Si基-CuO纳米阵列的新型纳米器件.     

聚合物电解质包裹金核银壳纳米棒制备双模式光学细胞成像探针

报道了一种新型的荧光及表面增强拉曼散射(SERS)双模式光学成像探针. 该探针以金核银壳纳米棒为SERS增强基底, 其表面标记拉曼分子产生SERS信号. 随后通过层层吸附的方法在标记了拉曼分子的金核银壳纳米棒表面包裹聚合物电解质. 最后在聚合物电解质层上连接异硫氰酸荧光素产生荧光信号. 将探针置入HeLa细胞, 实现了荧光、SERS双模式成像. 该探针具有以下优点: (1) 能产生荧光、SERS两种信号, 实现双模式光学成像; (2) 金核银壳纳米棒具有优异的SERS增强能力, 使得探针进入活细胞后仍能提供高信噪比的SERS信号; (3) 聚合物电解质在形成隔离层避免荧光信号被金属淬灭的同时, 提高了探针的生物兼容性. 这种双模式光学成像探针在药物输运和肿瘤靶向等研究中具有重大的应用前景.     

多壳层空心MOFs材料对水体中抗生素的高效吸附

通过多步生长及刻蚀的策略构筑了不同壳层空心结构的金属-有机框架材料(MOFs),研究了实心MIL-101、单层空心MIL-101(SSHM)、双层空心MIL-101(DSHM)和三层空心MIL-101(TSHM)对水体中抗生素的吸附行为.吸附数据表明壳层数的增加有利于土霉素和四环素吸附,其中三层空心MIL-101对土霉素和四环素的吸附量分别达到76和95 mg/g,吸附效率达到76%和48%,达到实心材料3倍吸附效率.循环测试表明TSHM对水体中抗生素吸附效率比较稳定,经过4次吸脱附后仍然具有良好的结晶性和形貌稳定性.研究表明MOFs中暴露更多的活性位点和多壳层结构有利于提高客体分子的吸附和存储,对多壳层MOFs材料拓展吸附应用方面具有指导意义.     

路易斯酸熔融盐刻蚀:一种制备MXene材料的普适方法

正MXene,即二维过渡金属碳化物/氮化物/碳氮化物,是通过选择性刻蚀三元层状结构(P63/mmc)M_(n+1)AX_n相前驱体中的A层原子所得到的新型二维材料,其中M代表过渡金属元素(钛、钒、铌等), A主要是第Ⅲ～Ⅳ主族元素(铝、硅等),X是碳和/或氮.MXene材料凭借其独特的二维层状     

以荧光碳量子点为探针构建基于金属纳米颗粒内过滤效应的氰根离子传感器

<正>荧光碳量子点是近年来备受关注的一种碳基荧光探针,在荧光成像、传感器、复合催化剂、光电器件、能源转换、药物载体等方向和领域获得广泛研究.在之前工作的基础上,本文报道了以荧光碳量子点为探针,构建一种基于金属纳米颗粒内过滤效应的氰根离子传感器.本方法中,荧光碳量子点的激发和发射波长位置与金、银纳米颗粒的局域表面等离子体共振(LSPR)吸收峰波长位置相重叠,使得体系的荧光强度减弱;当加入氰根离子后,氰根将纳米颗粒刻蚀使其粒径变小,LSRP吸收峰强度降低,使得体系的荧光强度增强.当前已发展的以荧光碳量子点为探针的传感器以检测金属阳离子为主,     

纳米填料的分散以及界面作用对橡胶复合材料动态性能的影响

绿色轮胎与传统轮胎相比,具有滚动阻力小、生热低、耐磨等优异的特性,突显出了低碳环保、绿色节能的优势.因此,绿色轮胎的研究和开发具有十分重要的意义.为了使橡胶复合材料性能满足绿色轮胎的要求,纳米填料的填充对其性能具有关键性作用,因此,利用新型纳米填料提高橡胶的动态性能,如抗湿滑性、滚动阻力、耐磨性以及生热等成为了学术界及工业界研究的热点之一.然而,影响橡胶复合材料动态性能的因素较复杂,本文主要从填料的分散以及填料与基体间的界面相互作用展开,探讨不同改性方式对传统纳米填料(如炭黑、白炭黑等)和新型纳米填料(如石墨烯、黏土等)在橡胶基体中分散状态的影响,以及填料分散和填料-基体界面相互作用对橡胶复合材料动态性能的影响.     

光化学原位制备PDEA-磁性纳米凝胶用于DNA 固定及缓释研究

应用光化学原位聚合法合成了聚(甲基丙烯酸二乙氨基乙酯)包覆的磁性纳米凝胶 (PDEA-磁性纳米凝胶). 应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析仪(TGA)、振动样品磁强计 (VSM)、光子相关光谱(PCS)等对PDEA-磁性纳米凝胶的结构、形貌、磁学性质、粒径及表面 ζ-电位等进行了表征. 结果表明, PDEA-磁性纳米凝胶形状较规则, 为“核-壳”结构, 表面PDEA高分子层约为26%, 平均水合粒径为43 nm, 具有超顺磁性. 该磁性纳米凝胶具有明显的pH敏感性, 在室温、 pH 5.0时可结合DNA分子, 最大结合量为51 μg/mg, 在pH 7.4条件下能够将DNA高效释放出来, 且呈现出明显的缓释效应, 加之良好的磁响应性能, 使其可作为一种新型磁靶向转基因载体应用于生物医学研究.     

石墨表面纳米级直接刻蚀的研究

利用扫描隧道显微镜(STM)对导体和半导体表面进行纳米级超微加工,不仅在理论上可深化对表面原子和分子运动规律的认识,以及介观物理、量子力学等基础科学的研究,而且有着潜在的应用前景,如制作高密度存储信息元件和纳米尺度的电子元件等。目前,这方面的工作已取得了一些进展。我们用自行研制的STM,采用在针尖与样品之间施加长脉冲电压的方法对石墨表面进行了直接刻蚀,得到了各种字体和图案。     

贝壳珍珠层中文石晶体择优取向动态分析

通过扫描电子显微镜(SEM)观察, 证实了珍珠层由文石晶体与有机基质交错排列而成, 呈现出规整有序的“砖墙”式结构. 利用X射线衍射(XRD)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM), 对鲍鱼(Haliotis diverscolor supertexta)贝壳珍珠层中的文石晶体择优取向进行了基于贝龄的动态分析. 发现在幼年贝珍珠层的文石晶体中存在(113), (002)和(012)三种明显取向, 但随着贝壳的生长, (012)和(113)取向逐渐变弱, 在成年贝珍珠层中只有(002)取向, 即文石晶体的结晶学c轴与珍珠层层面垂直, 表明贝壳珍珠层在微米/纳米多尺度范围具有高度有序的结构.