锐钛矿型TiO_2薄膜的研究进展

二氧化钛薄膜是一种重要的半导体材料,在传感器、光催化和太阳电池等领域具有广阔的应用前景.二氧化钛薄膜的制备方法决定了其物相结构、物理化学性质、光学和电学特性.简要介绍了二氧化钛的物相结构,综述了锐钛矿型二氧化钛薄膜的制备方法,分析讨论了它们各自的优缺点,展望了其未来的发展趋势.     

掺铝氧化锌ZAO(ZnO:Al)薄膜研究

描述ZAO(ZnO:Al)薄膜的晶体结构,论述ZAO薄膜的光学、电学性质与其结构的关系,介绍了掺铝氧化锌ZAO薄膜的各种制备方法,并总结了ZAO薄膜在各种领域中的应用.提出了薄膜材料研究的关键问题以及今后的发展方向.     

Au(Cu、Ag)／SiO_2纳米薄膜的制备及其微观结构表征

用多靶磁控溅射技术制备了不同形貌的Au(Ag、Cu)纳米颗粒分散SiO2薄膜。利用透射电镜对Au／SiO2薄膜的微观结构、表面形貌进行了表征。结果表明通过调控金属颗粒的沉积时间和靶材的溅射频率可以制备不同形貌金属颗粒ISi02单层薄膜。单层Au／SiO2薄膜中Au沉积时问为5s时,Au颗粒为圆形,当沉积时间为10s时,Au颗粒连接成网络状结构;单层AgiSi02薄膜中,Ag靶的射频功率为150W时,颗粒形状接近圆形,Ag靶的射频功率为100W时,Ag颗粒几乎密集在一起,形成膜状结构:单层Cudsi02薄膜中Cu的沉积时间为10s时,Cu颗粒形成网络状结构,Cu的沉积时问为20s时,形成的是Cu膜。     

电场调制WS2单层分子薄膜光致发光行为

二维材料已经在多个领域得到应用,其中过渡金属硫化物(Transition metal dichalcogenides,TMDCs)因存在带隙而有望用于光电领域.将机械剥离法制备的WS2单层分子薄膜通过干法转移至两种微周期电极结构上,实验发现其光致发光信号受到外加偏压的调制.研究了常温和低温环境下外加偏压对WS2薄膜荧光...     

孔洞结构聚合物驻极体的储电性和压电性

电极化的孔洞结构聚合物薄膜同时具有铁电材料(极化弛豫以及与极化相耦合的其它物理量的弛豫)和驻极体(存在过剩电荷)的特点,被命名为铁电驻极体(ferroelectret),是一类新型的机电传感器材料.这种材料的压电活性源于沉积在内部孔洞上下两壁极性相反的空间电荷和材料的孔洞结构.它除具有与压电陶瓷相当,甚至更高的压电d33系数(准静态d33高达1400pC/N,比铁电聚合物PVDF及其共聚物P(VDF/TrFE)的d33高出近二个量级)以外,还拥有聚合物的柔顺性、可大面积成膜、低成本、低电容率以及与空气和水相匹配的低声阻抗等突出特性.可以说,这种新型压电材料组合了压电陶瓷和铁电聚合物的各自优势,必将在通讯、保安、控制、医疗及军事等领域有广阔的应用前景.作者综述电极化孔洞结构聚合物薄膜的制备方法,电极化工艺,压电性,理论模型,应用前景,发展现状及其展望.     

面向电磁屏蔽的MXene基膜材料研究进展

MXene是一类新型二维过渡金属碳化物和/或氮化物纳米材料，具有超高的比表面积、电导率、载流子迁移率与优异的力学性能.此外，由于其表面有羟基或末端氧，这种活动表面使其易被组装形成多种结构的材料.其中，膜材料易于制备、电导率高、质轻，使其在电磁屏蔽领域有着广泛的应用.首先介绍了MXene纳米片与MXene基薄膜的制备方法，总结了各种方法的优缺点；其次，介绍了MXene在电磁干扰屏蔽膜中的应用，分析了当前的发展趋势，归纳了MXene基复合薄膜的特点；最后，提出了目前MXene基复合薄膜的发展所存在的问题，并对未来发展进行了展望.     

纳米结构材料的制备及应用进展

纳米结构材料表现出不同于传统块状材料的光、磁、声、电、催化等特性.如何实现纳米结构材料的可控制备及规模化应用,是当前纳米科技的挑战性问题之一.综述纳米结构材料的可控制备策略及应用探索,围绕晶面调控法、模板辅助法和物理场诱导法3种制备策略,以及在环境催化、能源和光学领域的应用研究,重点介绍课题组在纳米结构材料方面最新进展...     

孔雀羽毛的纳米结构生色机理及其仿生结构器件的应用初探

孔雀羽毛的绚丽色彩启发人们考虑是否能够将羽毛的结构色和动态色中的光子晶体应用于印刷品、纺织品中。通过采用光学显微镜和扫描电镜等手段对孔雀羽毛的微观结构进行了分析,并参照二维光子晶体结构模型,深入探讨混合色的形成机理及结构变化因素对颜色合成的影响。同时结合纳米仿生制备技术,提出了人工仿生结构生色思路,初步探讨结构生色在印染、纺织等领域的应用前景。     

基于裂纹生长的胶体颗粒自组装结构色纤维

结构色纤维是一种新型绿色环保材料,然而其传统制备方法工艺复杂、成本高,无模板条件下制备难度大。为简化制备工艺,利用胶体膜在蒸发过程中出现的裂纹将二氧化硅胶体颗粒自组装成均匀的结构色纤维,通过扫描电子显微镜(SEM)观察到颗粒呈现周期性有序堆积,因此纤维显现出结构色。纤维的颜色可通过改变颗粒粒径进行调节,当粒径为170 nm、220 nm和280 nm时,纤维分别表现出蓝色、绿色和红色。通过改变实验条件可以实现纤维的尺寸可控性,其中,通过改变颗粒浓度和蒸发温度可以调节纤维的宽度和厚度,控制液面下降高度可以制备不同长度的纤维。该方法操作简单,无需复杂的仪器,无需引入任何模板,成本低,可重现性好,可大批量制备。     

生物结构色仿生材料研究

Morpho蝴蝶结构蓝色来源于蝴蝶翅膀微结构的衍射和干涉效应，受此启发，研究者试图制备出各种功能的仿生结构色薄膜材料。     

用PEM监控制备TiO_2薄膜及其光学性能的研究

使用金属钛作靶材,利用中频反应磁控溅射方法在玻璃基底上制备了TiO2薄膜.为使反应溅射的工作点能够稳定在"过渡区",使薄膜获得理想的化学配比和较高的沉积速率,使用了等离子体发射光谱监控法(PEM)对溅射过程进行控制.利用台阶仪测膜厚,用X射线衍射仪、原子力显微镜、分光光度计以及光学薄膜测试分析仪等手段对TiO2薄膜的结构以及光学性能进行表征,研究了不同工艺条件对薄膜结构和光学性能的影响.结果表明,较高的PEM工作点下制备的TiO2薄膜具有较高的折射率,使用PEM控制的中频反应磁控溅射方法可以制备出性能良好的TiO2光学薄膜.     

手性等离激元纳米结构制备及其应用

手性是自然界物质普遍存在的特征.手性等离激元纳米结构因其优异的光学活性近年受到业界广泛关注.介绍了手性的基本概念和表征方法,综述了3种常用的产生等离激元圆二色响应的纳米结构及其制备方法,总结了其在多方面的应用.纳米制造技术的发展促进了复杂的手性等离激元纳米结构"自上而下"的合成,与此相对应,手性模板和手性分子诱导的手性转移,则为手性纳米结构"自下而上"的湿化学合成提供了多种可行性.具有手性光学响应的等离激元纳米结构主要有3种类型.利用手性分子和非手性等离激元纳米颗粒之间的偶极—偶极相互作用可诱导PCD,但手性响应通常较弱.具有手性形状的单个纳米结构及非手性等离激元纳米颗粒构成的手性组装结构则可产生强烈的手性光学响应.手性等离激元纳米结构在手性光学器件、手性物质检测、手性催化和生物医学等方面展现了广阔的应用前景.     

2021年结构色打印研究热点回眸

结构色是一种环保且稳定的呈色方式,在新型显示、信息加密、色度传感、防伪标签等领域具有广泛的应用前景.打印技术是实现结构色快速图案化、发挥结构色功能的重要途径.2021年,结构色打印在原理突破、技术发展及功能拓展等方面均取得了重要进展.回顾了2021年结构色打印领域的研究热点和代表性成果,包括透明墨水的全彩结构色打印、胶...     

金属-有机凝胶的制备、表征及应用

金属-有机凝胶(Metal-Organic Gel,MOG)是在超分子有机凝胶的基础上引入金属原子而形成的一种半固体状的软材料.这类材料在催化、气体吸附、化学传感器等领域具有潜在的应用价值.在文献调研的基础上,对金属-有机凝胶常用的制备、结构表征方法及其在催化领域的应用作了简要的综述,并对其应用前景进行了展望.     

二氧化钛太阳能电池减反射膜结构和光学特性

用溅射功率为100～500 W的直流反应磁控溅射法制备出不同结构与特性的TiO2薄膜样品;采用原子力显微镜(AFM)、X线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和紫外可见光分光光度计对薄膜的形貌、结构及光学特性进行表征;研究溅射功率对薄膜的结构、形貌及光学特性的影响.研究结果表明:沉积态薄膜均为无序结构,氧化物溅射模式下沉积的薄膜为透明状态,金属模式下沉积的薄膜不透明,TiO2薄膜的折射率随着溅射功率变化在1.8～2.3之间变化;在低功率制备的沉积态薄膜存在TiO0.5微晶,它使薄膜样品的透过率降低,这主要是TiO0.5微晶对光波的强烈吸收所致;400 W溅射功率下制备出适合太阳能电池减反射膜应用的透过率高及折射率大的TiO2减反膜.     

金属掺杂对半导体薄膜光学性质的影响

研究了射频溅射法制备的半导体膜的光学特性.通过样品透射谱分析,发现在半导体In2O3材料中掺入金属Fe颗粒的薄膜中,电子的带间跃迁由In2O3的直接跃迁变为间接跃迁;随Fe所占体积份数的增加,局域态尾变宽,带隙变窄.这是由于掺入Fe颗粒后,母体材料与金属颗粒的界面处表面态增多,以及母体材料的非晶化引起的.     

微纳结构调控二维过渡金属硫化物二次谐波

基于二维过渡金属硫化物(Transition Metal Dichalcogenides, TMDs)的二次谐波发射体得益于高的二阶非线性极化率和原子薄的厚度,成为集成非线性光子器件领域一种理想的候选材料.但是,二维TMDs材料的二次谐波转化效率受限于其弱的光与物质相互作用强度,阻碍了其在非线性光学器件上的应用.本综述聚焦于微纳结构调控二维TMDs材料二次谐波产生的物理机制和调控手段,首先简述二次谐波非线性光学的基础理论;然后讨论二维TMDs材料二次谐波的性质;之后回顾近年来微纳结构调控二维TMDs材料二次谐波产生的研究工作,如孔洞微腔、光子超表面、等离激元谐振器以及波导等;最后进行总结并对该领域未来的发展进行展望.了解二维TMDs材料的二次谐波的性质,理解微纳结构调控二次谐波的机理,对于二维TMDs材料在片上非线性光学器件的设计和研发具有重要的意义.     

新型等离激元光学和过渡金属二硫化物复合体系

过渡金属二硫化物(Transition Metal Dichalcogenides, TMDs)以其优异的光电子学特性,在诸如光捕获、光电探测、光电晶体管、发光二极管以及纳米激光器等领域中展现出了强大的应用潜力,成为当前研究前沿热点之一.少层TMDs材料的带隙处于可见和近红外区间,其激子在室温下具有很大的束缚能、高谐振子强度,且单层TMDs由于空间反演对称性的破缺具有能谷选择的圆二色性等,这些特性使得TMDs材料格外引人注目.金属纳米结构的表面等离激元具有亚波长的光局域特性,可通过合理的结构设计实现对其共振波长、频谱宽度、近场增强倍数、远场辐射特性的灵活控制.将等离激元光学结构和过渡金属二硫化物相结合可大幅拓宽纳米光子学前沿基础问题研究与纳米光电器件的设计应用.本文综述了表面等离激元和TMDs材料复合体系的最新研究进展,着重阐述了为何这类复合体系能够提供他们各自体系所不能具有的特性.比如,表面等离激元的近场增强(场局域)效应可极大增强许多纳米光学系统中的光与物质相互作用强度,可用于对TMDs材料的光吸收、光发射、光电流以及非线性光学等过程进行调制. TMDs材料具备的受外界环境调控的强激子效应和能谷选择的圆二色性等特性,可为表面等离激元纳米结构提供丰富的主动调制手段与能谷自由度.最后展望了该新型复合体系未来的研究方向和机遇.     

超平整、低损耗表面等离激元贵金属薄膜的制备、表征与应用

由于对电磁场巨大的局域化共振增强和调控作用,表面等离激元自发现之初就成为微纳光学领域的研究热点之一,在很多纳米尺度器件应用方面颇具潜力.然而,长期以来表面等离激元的实际应用受到样品制备技术的显著限制,超平整、低损耗贵金属薄膜的低成本制备技术的缺乏不仅阻碍了其实验研究的进展,更限制了表面等离激元材料在多个领域内的应用发展.随着各项制备和表征技术的发展,贵金属薄膜的平整度和光学特性逐渐从理论期望走向实际使用,从随机制备后选取逐步变为精确调控的薄膜生长.本文从制备、表征和应用三个方面出发,系统地介绍了当前贵金属超平整表面等离激元薄膜的研究进展与前沿应用.     

多弧离子镀沉积TiAlN/TiN多层膜的结构与性能

为研究调制周期对薄膜结构和性能的影响,采用多弧离子镀技术在高速钢上制备TiAlN/TiN多层膜,通过改变调制周期制备了不同层数的TiAlN/TiN多层膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、XP-2台阶仪、X线衍射仪(XRD)和维氏硬度计对薄膜的表面形貌、厚度、物相结构和硬度进行测量,并对实验结果进行分析和讨论.结果表明:TiAlN/TiN多层薄膜中膜层的择优生长方向主要表现为Ti Al N相的(0010)取向;调制周期的改变对薄膜的沉积速率基本没有影响;随着调制周期的减小,样品的表面质量提高,显微硬度明显变大.