ZnS-SiO2纳米复合材料的结构和性能

随着微电子学和光电子学的发展,信息处理要求存储材料具有极高的存储密度和极快的响应速度.近来理论研究表明,当半导体晶粒的尺寸小于10nm时,材料的三阶非线性极化率和快速响应速度都将提高.因而纳米复合材料可望成为一种优越的存储材料,并引起人们的广泛关注.1983年,Jain等在Cd(SSe)掺杂玻璃中观测到了较大的三阶非线性光学系数.1989年,Nogami等通过Sol-gel工艺制备了半导体掺杂的凝胶玻璃.我们也采用类似的工艺制备了CdS掺杂的凝胶玻璃,并观察了量子尺寸效应和非线性光学效应.但对这种纳米粒子掺杂形成的复合材料的结构,还缺乏了解.本文通过溶胶凝胶工艺,制备了ZnS分散在SiO_2玻璃中的纳米复合材料.采用XRD,TEM,RDF,Raman光谱对其结构进行了表征.并通过吸收光谱观察到了蓝移现象.利用简并四波混频(DFWM)方法测量了其三阶非线性光学系数.最后讨论了结构对性能的影响.     

CuO/SiO2纳米复合材料的合成及其光学特性研究

1983年,Jain和Lind首先研究了掺Cd SxSe_(1-x)半导体微晶玻璃的非线性光学性能,发现其具有大的非线性系数和高的非线性响应速度.人们研究了这类非线性光学材料,并在材料性能的改进和影响材料非线性性能的微观机制,以及新的制取方法、原形器件等方面做了许多有意义的工作.但是,到目前为止,有关半导体微晶玻璃的非线性增强机理、粒径、介质本身对性能的影响,材料制备及其稳定性等问题都有待于进一步探索和研究.本文主要采用溶胶-凝胶工艺(Sol-Gel)在较低的温度下制备出CuO/SiO_2纳米复合材料,并对其结构及光     

Ti-Si-O多孔玻璃在低烧结温度下的析晶现象

随着溶胶-凝胶制备技术的发展,具有纳米级微孔的多孔二氧化硅玻璃作为纳米复合的担体,已显示出其独特的优势.将活性组元植入微孔中所得复合材料,在光学非线性、传感、电子材料等领域有着巨大的潜在应用价值.采用溶胶-凝胶技术可以在纳米尺度上将活性组元分散到多孔二氧化硅中,通过尺寸效应使复合材料呈现出特异的性质.TiO_2是一种弱极性介质,但当其复合到多孔SiO_2玻璃中时,则呈现了强的光学非线性;TiO_2同时又是氧传感器的良好材料,其多变的结晶结构提供了不同的应用背景.研究TiO_2 在多孔SiO_2中的结晶行为无疑会为其应用提供良好的基础.     

铁电体-金属纳米微粒复合材料的制备与性质

近年来,由金属微粒弥散相与氧化物电介质(玻璃或陶瓷)基体所构成的复合材料体系引起了人们的关注。由于这类材料在光学(光吸收、散射、非线性)、电学(隧穿效应,电致发光)、磁学及催化等方面均有一些特殊性质,使这类材料体系在理论研究和实际应用方面都具有很高的价值。目前,这类材料的制备主要是采用溅射法和溶胶-凝胶(Sol-gel)法。限于技术上的原因,上述材料的基体主要局限于一些简单的氧化物体系,包括SiO_2,Al_2O_3和ZrO_2。     

CdS-玻璃0—3nm复合材料的制备和量子尺寸效应

1 引言随着高新技术的发展,光电子学对非线性光学材料的需要愈来愈迫切。自从日本物理学家久保亮五首次提出金属纳米粒子的“Kubo效应”以来,纳米材料的研究异常活跃。纳米材料的研究已从金属粒子扩展到金属氧化物、极性化合物和半导体等。纳米复合材料提供了一种最容易的方式来研究低维量子阱材料(量子点、量子线等)。0—3nm复合材料就是将0维的量子点分散在3维的基体里面。3维的基体有玻璃、聚合物、无机     

Mn~(2+)离子掺杂的纳米尺寸ZnS半导体超微粒的制备和光学性质

近年来纳米尺寸半导体超微粒的合成和光学性质研究引起了人们广泛的关注,并迅速发展成非常活跃的研究领域.各种半导体(如Ⅱ～Ⅵ族的CdS,ZnS,Ⅲ～Ⅴ族的GaP,GaAs等)超微粒被制备在聚合物、有机溶液和玻璃等介质中.伴随着微粒尺寸的减小,显著的量子尺寸效应和由之引起的各种光学性质变化在这些材料中得到了系统的研究,量子尺寸效应和各种非线性响应增强机制的理论和实验工作也日趋完善.但是,这些工作仅限于研究半     

PbTiO_3微晶在凝胶玻璃中的生长及其尺寸效应

以铁电相为主晶相的微晶玻璃在电光效应,高介介质,以及调节玻璃的热胀系数等方面具有重要的应用价值,自60年代就引起人们关注.随着当前纳米铁电微晶和精细复合技术研究的深入,迫切需要克服铁电超微粒子的团聚,获得尺寸易控的纳米铁电微晶以及制备新的复合体系.若能利用玻璃体中的受限环境原位析出尺寸易控的PbTiO_3超微晶粒对该领     

氮化硅纳米粒子的量子限制效应

半导体纳米粒子(也称量子点)的尺寸接近激子玻尔半径时,出现一系列新特性,如能带量子化,最低电子跃迁蓝移和非线性效应增强等.这种量子限制效应引发了人们     

纳米生物效应与安全性研究展望

当物质达到纳米尺度时,会具有一些特殊的物理化学性质,如量子尺寸效应、表面效应以及宏观量子隧道效应等.即使化学组成相同,纳米物质的生物学效应也可能不同于微米尺寸以上的常规物质.因此,根据常规宏观物质研究所得到的生物学效应与安全性评价结果,可能并不适用于纳米物质.自2003年Science发表文章关注纳米生物效应与毒理学效应之后,各国政府先后启动了对纳米生物效应的研究,并且支持力度不断增加.我国是世界上较早开展纳米生物效应与安全性研究的国家之一,研究工作在国际上产生了重要影响.国家纳米科学中心与中国科学院高能物理研究所共同建立的"中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室",作为我国第一个也是国际上少有的以纳米材料生物效应与安全性为研究方向的专业实验室,在了解纳米材料的基本性质-活性关系的基础上,对更深层次的理化效应展开了深入的研究,并建立了适用于纳米生物效应与安全性评价的多层次模型,发展了高灵敏、高分辨率的适用于纳米生物效应和安全性评价的实验技术和研究方法,为保证纳米科技的可持续发展做出了重要的贡献.本文综述了本实验室近年来在纳米生物效应与安全性领域的研究进展.     

ε-FexN/BN磁性纳米复合材料的制备及热力学和动力学分析

磁性纳米复合材料一般是由非磁性绝缘体和分散在它内部的磁性纳米颗粒(10～100nm)组成的。纳米颗粒的小尺寸效应和与基体的高浓度界面以及基体的绝缘性,使得磁性纳米复合材料表现出许多优异的物理和化学性能,在高密度信息存储、磁致冷等领域有着重要的应用价值。由于Fe-N合金在耐磨、抗氧化和抗腐蚀等方面优于纯铁,且具有较高的平均原子磁矩(如Fe_4N为2.21μ_B,Fe_3N为2.01μ_B),尤其是近2年发现α″-Fe_(16)N_2的巨磁性现象(平均原子磁矩达3.2～2.8μ_B),使得Fe-N合金及其复合材料的研究工作引起了广大材料学家和物理学家的高度重视和极大的兴趣。最近几年,人们通常以N_2,NH_3和NH_3/H_2气体为氮源,利用气相沉积、磁溅射并结合热处理的方法,制备各种结构的Fe-N合金薄膜和Fe-N合金纳米复合材料膜。然而,利用其他技术和材料制备Fe-N合金及其复合材料尚无报道。在本实验中,我们将采用一种新的实验方法,即以六方氮化硼(hBN)为氮源,利用高能球磨技术制备Fe-N/BN磁性纳米复合材料。在此方法中,Fe-N合金在Fe与hBN的球磨过程中原位生成,并均匀分布在绝缘BN基体上与BN基结合牢固且界面清洁。晶粒尺寸和相成分可通过球磨参量控制,经热烧结可制成块状材料,具有实用价值。     

玻璃掺杂固溶半导体(Zn_xCd_(1-x)S)纳米微晶的溶胶-凝胶制备及光学性质研究

玻璃掺杂半导体量子点材料表现出明显的量子限域作用和三阶非线性光学效应,它在制造全光学集成元件的应用前景越来越受到人们的重视。在这类材料的研究中一个很重要的问题就是:材料在具有大的非线性效应的同时还应具有合适的线性和非线性吸收。因为材料的非线性优值不但与非线性系数(χ~(3)或n_2)成正比,而且与吸收系数成反比。但目前非线性系数比较大的一类直接能隙半导体具有确定的吸收边,例如CdS和ZnS的吸收边分别为2.42和3.8 eV,这就决定了它们的吸收特性的可调性很小。尽管可以通过量子尺寸效应改变其吸收边,但这种改变也是很有限的。从应用的角度来看,希望材料的吸收边能够根据需要而调整。     

纳米结构的过渡金属氮化物复合物储能材料

日益凸显的能源安全与气候变化问题引发了人们对可再生能源的不懈追求,从而带来储能电池的革命性发展.高性能储能电池应该具有高能量密度、高功率密度、高安全性能、长使用寿命等诸多特征,这就要求人们研究开发新型电极材料.近年来,纳米材料以其独特的表面效应、小尺寸效应以及量子尺寸效应从而产生强大电荷储存能力引起人们的广泛关注.本文综述了近年来本课题组在过渡金属氮化物纳米复合材料用于储能领域的研究进展,基于电子和离子混合传输理念和有利的电荷跃迁界面,阐述了其在高性能锂离子电池和超级电容器等方面的应用.     

热处理对表面包覆纳米In2O3有机溶胶光学性质的影响

1983年美国Hugles研究所的Jain和Lind在市售的半导体微晶掺杂的滤波玻璃中发现了半导体纳米材料大的三阶非线性效应和超快速的时间响应.从此半导体纳米材料作为一种新的非线性光学材料引起了科学界的瞩目,对它的研究也蓬勃开展起来.体相In_2O_3是一类具有较大非共振三阶光学非线性的无机材料(λ=1.9μm,x~(3)=1700×10~(-15)esu.为了研究其在纳米尺度下光学非线性的变化和寻找高光学非线性的半导体纳米材料,我们采用热水解法合成了表面包覆有硬脂酸的纳米In_2O_3有机溶胶体系.采用表面包覆是基于以下两方面的考虑:首先,纳米材料由于其微小的颗粒和大的表面积,是热动力学上不     

玻璃表面上晶粒择优取向的分子筛膜的合成

沸石分子筛是一种具有规整微孔结构的微晶材料,其微孔孔道可以根据分子的大小和形状区分和识别不同分子,因此分子筛作为一种主体材料,其微孔孔道能够组装有机或无机原子、分子以及超分子化合物,形成在光储存、非线性光学、电化学和光电学等领域具有奇特性质的主客体新材料.分子筛微晶颗粒大小一般只有几个微米,因而分子筛作为主体材料的研究和应用具有尺寸局限.大晶粒分子筛的合成使得晶粒增大至几十或几百个微米,但作为主体材料仍局限于一个微晶尺寸大小.利用水热合成方法,在目的载体表面制备分子筛膜可以突破单个分子筛微晶尺寸限制,是制备大尺寸主客体材料的新方法,但一般晶粒取向随机,不能满足主客体材料研究的需要.应用载体表面的修饰和模板作用控制晶体生长的方法,可以制备择优取向的分子筛膜.由于预修饰会改变目的载体表面,探索分子筛微晶晶粒的自组织择优取向生长更具有重要意义,本文报道了Silicalite-1分子筛微晶在玻璃表面上取向生长的结果.1 实验玻璃载体选用普通载玻片,未经任何预修饰.合成Silicalite-1分子筛膜的原料由硅溶胶(SiO_2质量分数为27%).四丙基溴化铵溶液、氢氧化钠溶液和蒸馏水混合制备,原料液的摩尔配比为:4Na_2O100SiO_210 000H_2O 5TPABr.老化一定时间后,转移到高压釜内     

氯化银纳米晶的自陷落激子态产生铌碲酸盐玻璃的光限幅效应

利用熔融法结合扩散控制法制备了含有氯化银(AgCl)纳米晶的碲铌氧化物玻璃样品, 运用吸收光谱观测到532 nm附近AgCl的自陷落激子吸收峰. 通过拉曼光谱表征获得玻璃的网络结构参数, 结合Jahn-Teller模型分析了自陷落激子的形成机制. 利用532 nm皮秒脉冲激光研究了玻璃在近共振区的光限幅效应, 通过Z扫描实验测量了样品的非线性吸收系数, 研究表明在近共振和共振区自陷落激子态吸收导致光限幅效应的增强.     

玻璃掺杂固溶半导体(ZnxCd1-xS)纳米微晶的溶胶-凝胶制备及光学性质研究

<正>玻璃掺杂半导体量子点材料表现出明显的量子限域作用和三阶非线性光学效应,它在制造全光学集成元件的应用前景越来越受到人们的重视。在这类材料的研究中一个很重要的问题就是:材料在具有大的非线性效应的同时还应具有合适的线性和非线性吸收。因为材料的非线性优值不但与非线性系数(χ³或n₂)成正比,而且与吸收系数成反比。但目前非线性系数比较大的一类直接能隙半导体具有确定的吸收边,例如CdS和ZnS的吸收边分别为2.42和3.8 eV,这就决定了它们的吸收特性的可调性很小。尽管可以通过量子尺寸效应改变其吸收边,但这种改变也是很有限的。从应用的角度来看,希望材料的吸收边能够根据需要而调整。     

铁尖晶橄榄石中的次近邻效应和占位

橄榄石是地壳和上地幔最重要的造岩矿物之一,在地球过渡带的高温高压条件下,它可以转变为具有尖晶石结构的尖晶橄榄石.以往曾对尖晶橄榄石及其形成条件进行了不少的研究.早期的研究表明,尖晶橄榄石γ-Fe_2SiO_4和Ni_2SiO_4以及Co_2SiO_4具有相似的晶体结构,有少量Si原子(2%～8%)占据左八面体位置上.后来,傅平秋等使用X射线衍射和M(?)ssbauer效应方法发现,27.5%的Si原子占据在所测高温高压下合成的铁尖晶橄榄石的八面体位置上.我们使用M(?)ssbauer效应方法,对5个在高温高压下合成的铁尖品橄榄石进行了研究,发现在铁尖晶橄榄石中次近邻效应的存在,并给出了Fe和Si离子在铁尖晶橄榄石中的占位.     

雾霾超细颗粒物的健康效应

大气细颗粒物暴露与肺癌和心血管疾病及其死亡率增加的因果关系,已经在过去几十年欧美国家所开展的长期研究中得到确认.但是,细颗粒物是空气动力学直径小于或等于2.5?m的所有颗粒的统称,包括对消光、致霾贡献很大的亚微米颗粒物和纳米级的小颗粒物(100 nm,超细颗粒物).以质量浓度(即颗粒物的重量)测量,细颗粒物中微米尺度颗粒物的浓度最大;但以颗粒物数浓度(即颗粒物的数目)测量,超细颗粒物的浓度最大.与大尺寸的颗粒物相比,超细颗粒物具有不同的吸附能力、表面化学反应能力、分散与团聚能力等.长期以来,由于缺乏有效的研究手段和方法,科学家们只能推测雾霾中的超细颗粒物有可能是雾霾健康损害的主要贡献者.近年来,伴随着纳米科技的迅速发展,纳米毒理学得以兴起并受到广泛关注.尽管大气超细颗粒物的成分、尺寸等远比人造纳米颗粒复杂,但是,纳米毒理学所建立的实验技术和方法学可以在二者的研究中共享.本文根据过去15年发展起来的纳米毒理学的研究方法和获得的知识,从毒理学研究角度针对雾霾超细(纳米级)颗粒物在肺部的沉积和吸收、呼吸系统急性毒性反应、清除、炎症反应等健康效应,以及心血管系统对超细颗粒物的急性毒性反应等进行了分析和讨论,并针对我国雾霾特征提出了开展雾霾超细颗粒物健康效应系统研究的优先方向.     

应用Raman光谱方法研究玻璃炭纳米晶体的键距畸变特征

键距(或晶格)畸变与晶粒尺寸、晶界结构一样都是纳米晶体结构研究的重要方面.有关晶格畸变对纳米晶体性能的影响已有较多研究工作发表,但关于纳米晶体的键距(或晶格)畸变特征则未见专门报道.本文从Fitzer炭键键距公式出发,建立一种键距畸变的Raman光谱分析方法.应用这种方法可以测量玻璃炭纳米晶体sp~2杂化键的最可几键距b_g、平均键距(?)_g、键距畸变△b_g以及键距膨胀率α等参量.指出,畸变可能主要存在于晶粒边界附近形成畸变键距过渡层,并对过渡层中的键距膨胀现象从电子结构角度进行了初步探讨.1 实验过程通过控制炭化温度制备具有不同晶粒尺寸的玻璃炭试样.试样的X射线分析在D/max-rA衍射仪上进行.分析结果表明经800℃至2300℃炭化得到的玻璃炭均具有乱层石墨微晶结构.试样晶粒尺寸(六元环炭原子面大小)L_a的X射线测试结果列于表1,L_a的测量误差为0.04nm.Raman光谱分析在Spex-1403型谱仪上完成.Ar~+激光器的波长为488nm、功率为500mW.试样环境为室温大气环境.测试结果如图1所示.由于玻璃炭Raman谱中G线与D线略有重叠,故图中的G线谱形已经过计算机分峰处理.     

气凝胶超微粉Fe/ZrO2的光声光谱研究

当固体材料的晶粒直径达到激子的Pole直径时,其电子性质开始发生变化 这种量子尺寸效应使得材料显现出许多奇特的物理和化学性质,引起了许多科学工作者的浓厚兴趣.然而,以往的研究集中在单元素系统(如Ge,Ag等)、二元素系统(如SnO_2,ZrO_2,CdS等)的纳米固体材料.对于三元素系统固体材料的量子尺寸效应的研究尚未见报道.本文研究了三元素系统纳米材料Fe/ZrO_2的量子尺寸效应.Fe/ZrO_2是一种重要的Fischer-Tropsch反应的催化剂.Fe/ZrO_2用超临界流体干燥(SCFD)方法制备.该方法可极大地克服使凝胶粒子聚集的溶剂表面张力,是目前获得大孔容积高比表面氧化物气凝胶(Aerogel)超细粒子的最有效方法之一.本文研究了不同铁含量的几种不同粒子尺寸的Fe/ZrO_2的光声谱,并作了初步的理论解释.