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。     

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%.     

金纳米通道用于免疫球蛋白测试的研究

以聚碳酸酯超滤膜为基膜, 采用化学镀的方法在膜孔壁沉积一定厚度的金, 制成金纳米通道阵列. 在一定电场下, 当电解质离子和生物大分子通过这种纳米通道时, 大分子产生的阻碍效应使电解质离子迁移电流发生变化. 基于此, 发展了纳米通道传感技术, 应用这种方法, 实现了对人IgG的检测, 检测限为0.34 ng/mL.     

利用原子力显微镜在Au-Pd合金膜上制备纳米结构

利用自行开发的ＳＰＭ刻蚀系统在Ａｕ－Ｐｂ合金膜上成功地机械刻划出纳米尺度的孔洞,沟槽和复杂的图形,最小线宽达２ｎｍ,该系统可以很方便地用来加工所需要的任意纳米图形,并且ＡＦＭ图象表明机械刻划出来的纳米结构非常清晰,真实地反映出待刻图形的细节而没有变形,这说明该刻蚀系统具有较高的可靠性和可控性。同时,实验结果表明我们制得的Ａｕ－Ｐｄ合金膜非常平整并具备优良的机制刻划性能,它可以被用作制备纳米器件的掩     

纳米碳管的管内物理化学过程

纳米碳管所特有的接近理想一维的中空管内腔可以引发很多宏观表面上不可能发生的物理化学过程, 吸附、填充于其中的反应物可实现纳米尺度内的反应, 因此纳米碳管可视为“纳米试管”. 从纳米碳管的化学性质入手, 对纳米碳管管中化学(纳米碳管中空管中发生的物理化学过程)这一新兴研究领域的起源、研究进展进行了评述, 讨论了纳米碳管中发生的超常吸附、充填、纳米级反应过程, 并对“纳米试管”这种纳米级反应器的特点和可能发生的奇特物化过程进行了展望, 同时还讨论了对纳米碳管中空管结构进行控制的方法.     

光盘表面结构的软模板复制及图案化氧化锌薄膜的纳米压印制备

模板的制备和选择在纳米压印技术中非常重要. 采用廉价的光盘为模板, 利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)浇铸到光盘表面, 分离后复制得到光盘的负形结构. 采用纳米压印技术, 以PDMS 软模板作为印章对氧化锌纳米溶胶进行直接压印, 实现了氧化锌薄膜的表面图案化, 经煅烧后得到晶态氧化锌薄膜.     

DNA在磁性纳米粒子表面的键合及表面增强拉曼光谱研究

DNA磁性纳米粒子在DNA或RNA的分离和纯化、靶向药物的定向以及生物传感器和生物芯片技术中有着极为重要的应用. 采用微乳液的方法有效地把SiO₂包覆在磁性γ-Fe₂O₃粒子表面, 形成了粒径均匀的单分散的磁性纳米粒子, 并在其表面成功地修饰了一层巯基化合物, 将修饰有过硫键的oligoDNA分子共价键合到其表面, 形成了DNA的磁性纳米粒子, 并进一步在其表面进行了杂交实验. 用表面增强拉曼光谱(SERS)对这一过程进行了分析研究, 证明oligoDNA被有效地连接到磁性纳米粒子的表面上.     

金纳米棒:性能、制备、修饰、生物成像技术及应用

随着生物医学的发展,对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高,纳米材料和技术被越来越多地应用到生物医学领域.各向异性的金纳米棒由于具有较高的电子密度、较大的吸收截面、特殊的表面等离子共振光学特性、优良的生物相容性和化学稳定性而被广泛应用于生物成像领域.本文结合本课题组在该领域的研究经验,综述了金纳米棒的制备方法、光学性能和表面修饰方法;并从金纳米棒局部等离子共振特性出发,综述了金纳米棒的暗场散射成像、双光子荧光成像、光声断层成像、光学相干断层扫描、X射线计算机断层扫描、表面增强拉曼散射成像等生物成像技术.同时阐述了金纳米棒在生物成像、医学诊断和联合治疗等领域中的应用进展.     

生物矿化法制备多孔壳聚糖-聚丙烯酸-磷酸钙复合纳米微粒

介绍了两种在壳聚糖-聚丙烯酸纳米微粒(CS-PAA NPs)表面进行生物矿化制备聚合 物-磷酸钙复合纳米微粒(CS-PAA-CaP NPs)的方法: 氨水滴加法和尿素热分解法. 氨水滴加法得到的复合纳米微粒形状不规则; 尿素的热分解使磷酸钙在CS-PAA粒子表面矿化, 获得形貌规则的复合纳米微粒. 通过动态光散射(DLS)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)和X-射线衍射(XRD)对由尿素热分解法得到的复合纳米微粒进行了表征. 实验结果表明, 尿素热分解矿化方法可以避免CS-PAA粒子在碱性环境中沉淀, 得到具有多孔结构的复合纳米粒子, 粒径约为400~600 nm; 此复合粒子中无机成分约占23%, 其无机成分主要以磷酸氢钙(CaHPO₄)晶体的形式存在. 该复合粒子的多孔结构有望在药物传输以及其他生物医用材料领域有广泛的应用.     

计算机模拟辅助设计聚合物接枝纳米粒子的构筑

优化聚合物纳米复合材料性能的关键在于实现对纳米粒子表面配体链的可控调节,包括对链分子量、分散性、接枝密度等的精细调控.由于实验受限于表征手段,理解纳米粒子接枝聚合物的动力学机理仍有不小的难度.计算机模拟能够以微观或介观的视角去动态地研究该过程,是明确纳米粒子接枝聚合物结构与动力学影响因素的有力工具.本文以本课题组近年来的计算机模拟工作为主线,对当前在聚合物接枝纳米粒子的构筑领域所取得的系统性和创新性成果进行总结和评述,从聚合物接枝纳米粒子的结构特征、基于“接枝到表面”(grafting-to)和“从表面接枝”(grafting-from)两种策略分别构筑聚合物接枝的纳米粒子体系等3个方面进行介绍,对两种接枝过程的动力学主控因素进行阐述,为聚合物纳米复合材料的设计和调控提供新思路.     

高分子微/纳米图案化

高分子微/纳米图案在纳米科学和技术中具有特殊的意义. 单个大分子本身就是纳米微粒, 又有多层次的结构和构型、可调控的结构单元和链长、共聚和共混等, 这些都可导致内容丰富的微/纳米图案; 聚合物特有的物理性能不仅可使多种现成的微制造技术更易实现, 也可用来开发新的图案化技术.     

纳米科学技术的发展和未来

纳米科学技术是指在纳米尺度 (约在1～100纳米之间)上研究物质的特性和相互作用(包括原子、分子的操纵),以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术.这一技术使人类认识和改造物质世界的能力延伸到了原子和分子水平,是当今最重要的新兴科学技术之一,已经引起了科学界和产业界的极大关注.     

蛋白质在纳米拓扑结构材料表面的吸附

蛋白质在生物医用材料表面的吸附行为与材料的生物相容性密切相关. 长期以来, 大量的研究报道基本上都集中在生物医用材料表面化学组成对蛋白质吸附行为的影响, 而单独考察材料表面拓扑结构对蛋白质吸附行为影响的研究近年来才刚刚开始. 本文介绍了材料表面纳米拓扑结构对蛋白质吸附行为影响的研究进展. 所涉及的材料表面纳米尺度拓扑变量包括粗糙度、曲面曲率和特定几何形状 等, 而蛋白质的吸附行为则包括蛋白质吸附量、吸附后蛋白质的活性和吸附蛋白层的形貌等.     

纳米科技及其发展前景

纳米科技是20世纪80年代末、90年代初才逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域, 它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化. 目前所有发达国家的政府和企业都在对纳米科技的研发进行大量的投入, 试图抢占这一21世纪科技战略制高点. 关注纳米科技的进展, 尽快组织和部署我国纳米科技的发展规划, 对于我国新世纪的发展影响深远. 1 纳米科技的意义与发展过程纳米科技是指在纳米尺度(1-100 nm之间)上研究物质(包括原子、分子的操纵)的特性和相互作用, 以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术. 当物质小到1-100 nm(1…     

DNA纳米结构仿中国地图

用DNA在纳米尺度构造了中国地图形状. 所构造的纳米结构由DNA折叠而成, 直径约150 nm, 分辨率约6 nm. 通过原子力显微镜观测到的图形与设计图形几乎完全一致. 该图形的构造方法采用了Rothemund于2006年发明的DNA折纸术. 该研究证明了DNA折纸术具有构造几乎任何复杂二维纳米级图形的能力, 为基于自下而上方法的纳米构造技术提供了新方法.     

纳米毒理学与安全性中的纳米尺寸与纳米结构效应

纳米生物效应与安全性是纳米科学中既具有基础科学意义, 又事关纳米科技应用前景的关键问题, 是纳米技术可持续发展的核心. 国际上普遍认为, 纳米技术的未来发展取决于两大主要瓶颈能否取得突破: 一是纳米尺度上的可控加工与大规模生产技术; 二是纳米安全性知识体系与评价方法. 针对后者, 欧洲和美国都提出了“没有安全数据, 就没有市场”(“No Data,No Market”)的方针. 为了保障科技和市场的优先权, “科技要领先, 产品要安全”已成为发达国家的国家战略. 为此, 在短短5 年内已经形成纳米毒理学这个新兴学科, 阐明在纳米尺度下物质的毒理学效应. 本文重点分析纳米毒理学与纳米安全性中的纳米尺寸效应、纳米结构效应这两个重要的科学问题及其研究结果, 同时简单讨论剂量-效应关系这个传统毒理学的中心法则在纳米毒理学中的变化情况, 讨论未来的相应研究内容和方向, 同时也帮助读者更为科学、理性地认识和理解物质在新的纳米尺度下所固有的生物学特性, 包括毒理学特性.     

金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用

金属纳米结构的表面等离子体光学在光催化、纳米集成光子学、光学传感、生物标记、医学成像、太阳能电池, 以及表面增强拉曼光谱等领域有广泛的应用前景, 这些功能和金属纳米结构与光相互作用时产生的表面等离子体共振密切相关. 本文简单回顾国际上该领域过去十来年的一些重要研究进展和当前发展的前沿动态, 重点介绍我们课题组近年来在金属纳米颗粒和纳米结构的表面等离子体光学理论和实验研究上取得的一些成果. 同时还介绍了我们课题组目前在表面等离子体光学研究方面的若干新思路, 包括表面等离子体共振放大、紫外波段光学天线、纳米天线光学双稳态、表面等离子体辅助的量子相互作用等. 通过这些经验和教训的介绍与讨论, 期望能够达到抛砖引玉的目的, 与国内同行来共同探讨表面等离子体光学结构是如何在纳米尺度上实现对光的各种性质的调控和利用的, 并向等离子体光学的未知领域开拓进取.     

原位纳米颗粒掺杂分子沉积膜的纳米摩擦学行为

利用分子沉积技术在石英和玻璃基底上制备了含有Cu²⁺的聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)/聚丙烯酸(PAA)分子沉积膜, 然后将不同层数的分子沉积膜浸入到刚刚配制的硫化钠水溶液中. CuS纳米颗粒在分子沉积膜中原位生成, 从而制备原位纳米颗粒掺杂分子沉积膜. 利用紫外-可见光谱、XPS及原子力显微镜(AFM)对原位纳米颗粒掺杂分子沉积膜进行表征, 并利用AFM研究了膜的纳米摩擦学性能. 结果表明原位纳米颗粒掺杂分子沉积膜具有较小的摩擦力和较高的耐磨寿命.     

微晶与纳米硅薄膜表面形貌分形特征的研究

对纳米硅薄膜的微结构研究一直是这个领域中令人感兴趣的问题.Mandelbrot提出的分形理论可用于材料显微结构的定量表征,而分形维数是描述分形结构特征的一个重要几何参量.近年来,人们利用光学显微镜和SEM等手段对薄膜材料和金属断口的表面形貌进行了很多研究,但由于实验手段的限制,通常只能获得材料在微米尺度上的分形特征,而且存在实验过程和数据处理繁琐等缺点.80年代初发展起来的STM,具有纳米量级乃至原子量级的分辨率,能够非破坏性地直接获得样品表面形貌的实空间三维图象,便于进行数据处理,从而使人们可较方便地在纳米乃至原子尺度上对材料的表面进行研究.我们首先采用STM在纳米尺度上对不同工艺条件下按常规PECVD技术制备的微晶及纳米硅薄膜的表面形貌进行了观测,并结合分形理论计算了样品表面形貌的分形维数D,从而找到了D值与样品微结构参数之间的联系.1 实验过程实验所用的硅薄膜样品是在常规PECVD系统中,使用高比例的高纯氢稀释的硅烷作为反应气体,利用RF+DC双重功率源激励等离子体辉光放电制备得到的.薄膜样品的厚度～1μm,衬底为普通的玻璃片.样品表面微观形貌的观测是采用CSTM-9000型STM(中国科学院化学研究所生产)在常温和大气中完成的.观测前,样品在稀释的HF中漂洗,以除去表面上的氧