关键词： ZIF-8   介孔二氧化硅   Ag纳米颗粒   核壳型结构   催化性能  

摘要： 通过液相自组装制备了Ag/ZIF-8;进一步以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为结构导向剂,在疏水Ag/ZIF-8颗粒表面包覆一层介孔二氧化硅(MS)壳,合成了具有核壳结构的Ag/ZIF-8@MS催化剂,并对其进行了结构和性能表征.结果表明,Ag/ZIF-8@MS具有均一的颗粒尺寸(Ag/ZIF-8@MS粒径约为100 nm,Ag粒径约为15 nm)、较高的比表面积(539 m^2/g)及较大的孔体积(0.64 m^3/g);透射电子显微镜表征结果表明,介孔二氧化硅表层厚度约为20 nm.于550℃煅烧后,催化剂结构转变成Ag/Zn O@MS核壳结构.以催化对硝基苯酚生成对氨基苯酚为模型反应,对2种结构的Ag催化剂的催化性能进行了测试.催化反应结果表明,核壳型结构Ag/ZIF-8@MS材料催化对硝基苯酚反应的转化率超过95%,证明了这种以ZIF-8为载体的核壳型材料的优势.

关键词： 光谱学   表面增强拉曼散射   时域有限差分   碳纳米管   Ag纳米颗粒  

摘要： 为了分析Ag纳米颗粒修饰碳纳米管(AgNPs/CNTs)复合结构的表面增强拉曼散射(SERS)电磁增强特性,用FDTD Solutions软件建立了AgNPs/CNTs复合结构的仿真模型,通过改变AgNPs尺寸、颗粒之间的间距及激励光源参数对AgNPs/CNTs进行了电场强度分布的仿真计算。仿真结果表明:AgNPs/CNTs复合结构存在两种"热点",一是CNTs和AgNPs之间的耦合,二是CNTs上两个AgNPs之间的耦合。在仿真参数范围内,随着AgNPs尺寸增大,最大电场强度先增强后减弱;随着AgNPs间距增大,周围电场强度减弱;当激励光波长为532nm时,AgNPs/CNTs周围的电场强度最大。以SiO_2膜作为基底材质,当AgNPs尺寸为60nm,颗粒间距为2nm,入射光波长为532nm时,AgNPs/CNTs周围的电场强度最大,计算增强因子约为108;理论和实验都证明Ag膜基底的SERS增强效果比SiO_2膜的增强效果更好。

关键词： 复合核壳纳米颗粒   铜金属   银金属   锡锑钎料   制备工艺   微观组织   剪切性能  

摘要： 即将推广的第三代半导体的工作温度将达到200℃，为满足第三代半导体高温服役的要求，研究新型耐高温钎料势在必行。SnSb系合金的熔化温度在240℃左右，与市场主流无铅钎料相比，其高温服役方面具有一定的优势，但其他性能仍待优化。本文研究了纳米颗粒复合SnSb钎料的制备工艺和性能优化。\n 首先本文采用液相还原法制备了纳米Cu@Ag颗粒，通过XRD、SEM和TEM等手段分析了核壳颗粒制备中出现的粉末团聚、包覆不完整以及残留多等问题，讨论了包覆颗粒制备工艺的优化方案。然后将包覆效果良好的核壳颗粒与Sn-5Sb钎料复合制备了复合焊膏，对复合焊膏进行润湿性、组织形貌、剪切性能等测试，研究了不同含量的核壳包覆颗粒对复合焊膏性能的影响，并按Cu@Ag的Cu/Ag比例将纳米Cu粉和Ag粉混入焊膏与Cu@Ag复合焊膏进行对比试验。\n 研究结果表明:液相还原法制备纳米Cu@Ag核壳颗粒的工艺优化方案如下:PVP浓度范围在5g/L～10g/L之间，Cu/Ag摩尔比***=7·1，溶液搅拌速度控制在3000r/min左右，制备的Cu@Ag核壳粉末分散和包覆效果较好，且产物杂质较少。\n 通过复合焊膏焊后微观组织形貌可知，随着包覆纳米颗粒含量的增加，Cu板与钎料界面IMC厚度略有增加，IMC形貌由扇贝状变为不规则，这是由于外层Ag消耗殆尽而致使Cu内核参与反应的现象。当纳米颗粒量达到3％时，焊膏烧结后的组织内气孔量增加。\n 纳米Cu@Ag核壳颗粒的添加，使Sn-5Sb焊膏的润湿角降低，改善了Sn-5Sb焊膏的润湿性;纳米颗粒含量从0～30％，复合Sn-5Sb焊膏的润湿性整体趋势是先增加后降低，在含量添加到10％时润湿角降到最小。\n 纳米颗粒增加，复合焊膏的剪切强度也随之增大，在10％含量时达到最高值，纳米颗粒含量进一步添加会导致剪切强度下降。断口分析表明纳米核壳复合焊膏焊点断裂机制均为韧性断裂，断裂位置是在体钎料处，纳米颗粒添加到30％时，焊点内部产生较多气孔，影响复合焊膏的抗剪切性能。\n 为明晰纳米Cu@Ag包覆颗粒与分别加入纳米Cu&Ag混合颗粒的差别，本文对比了Cu@Ag颗粒与机械混合纳米Cu&Ag颗粒加入焊膏后的组织和性能差异。分析表明，包覆型Cu@Ag颗粒对于焊点剪切性能的强化效果优于混合型Cu&Ag型颗粒，Cu@Ag颗粒强化的焊膏焊后组织的细化程度较好，混合型Cu&Ag颗粒的加入使焊膏焊后组织内部的Cu6Sn5金属间化合物明显增多，这也表明了包覆结构中Ag充分发挥了阻碍Cu与Sn反应的作用。

关键词： Sn0.3Ag0.7Cu焊料   CeO2纳米颗粒   金属间化合物   界面反应  

摘要： 随着微电子封装朝着小型化方向发展,改善并提高焊点的可靠性成为对焊料研究的重点,因此研究互连界面的脆性金属间化合物(IMC)的微观组织和界面反应等对研究焊点可靠性有着重要的意义。论文系统研究了回流焊和时效过程中掺杂CeO纳米颗粒对Sn-0.3Ag-0.7Cu-x CeO/Cu焊点界面反应和IMC生长机理的影响,探索了有效抑制IMC生长和改善互连可靠性的掺杂方案。其主要研究结果如下:研究回流焊过程中掺杂CeO纳米颗粒对焊点界面液-固反应影响的结果表明,微量的CeO纳米颗粒可以起到抑制IMC层生长,细化IMC晶粒的作用。用曲线拟合方法研究回流焊过程中Sn-0.3Ag-0.7Cu-x CeO焊点界面IMC层和IMC晶粒的生长动力学的结果表明,IMC层生长指数范围是0.337.380,回流焊过程中IMC层厚度的生长主要受IMC晶粒间的通道扩散控制;IMC晶粒的生长指数范围是0.297.311,IMC晶粒的生长是由界面反应和原子扩散共同作用的结果。回流焊过程CeO纳米颗粒可能是CuSn晶粒的形核剂,增加掺杂CeO纳米颗粒含量可以增加CuSn的成核速率,减小IMC晶粒的尺寸。当CeO纳米颗粒含量为0.15wt.%时,IMC生长速率有最小值,抑制IMC层生长和细化IMC晶粒效果最明显。研究100℃、150℃和190℃时效过程掺杂CeO纳米颗粒对焊点界面固-固反应影响的结果表明,老化温度和老化时间对IMC层的生长均有影响,焊点界面形成了双层IMC结构,其成分为CuSn和CuSn。通过线性拟合的方法研究整体IMC层的生长动力学的结果表明,在时效过程中IMC层厚度大小与老化时长的关系满足菲克定律,证明原子扩散是IMC生长的主要动力;当CeO纳米颗粒掺杂含量为0.15wt%时,焊点界面反应具有最大的活化能;掺杂微量的CeO纳米颗粒可以提高焊料的活化能,降低原子的扩散速率,抑制IMC层生长。掺杂CeO纳米颗粒可以细化IMC晶粒的主要机理为晶界钉扎机制,随着CeO纳米颗粒含量增加,钉扎在晶界的细小颗粒数量增加,阻碍晶粒间的合并和原子扩散,从而减小IMC层的生长速率。

关键词： 磁控溅射   TiO2薄膜   Ag纳米颗粒   ZnS/TiO2纳米复合薄膜   光催化活性  

摘要： TiO2薄膜由于化学性质稳定、低成本、无污染等优点在光催化领域有着巨大的应用前景,但因其较大的禁带宽度、光生电子-空穴对复合速率高以及比表面积小等不足限制了 TiO2薄膜的应用,因此提高TiO2薄膜光催化性能具有重要意义。本文以微弧氧化技术提高纯钛的表面粗糙度,在粗糙基底上采用磁控溅射技术制备Ag/TiO2:N纳米薄膜与ZnS/TiO2纳米薄膜。通过调节N流量优化TiO2基薄膜的光催化活性,研究Ag纳米颗粒嵌入式制备Ag/TiO2:N纳米薄膜的光催化性能;通过控制ZnS功率和TiO2厚度可以实现对ZnS/TiO2纳米复合薄膜光生载流子复合速率的调控,研究ZnS/TiO2纳米薄膜的光催化活性。探讨了不同改性技术的作用及机制。研究结果表明:(1)适量的N掺杂拓宽了 Ti02的光吸收范围,提高载流子浓度,进而提高TiO2基薄膜的催化活性,最优的N掺杂Ti02薄膜光催化活性达到最高,为纯TiO2薄膜的1.36倍;Ag纳米颗粒产生的表面等离子体共振效应(SPR)使Ag/TiO2:N纳米薄膜在500～700nm波段内显示出较强的共振吸收峰,其中当Ag沉积时间增加时,500--700nm波段内共振吸收峰也随之增强,SPR吸收峰的峰位变宽且显著红移,当Ag沉积时间为40s时,Ag纳米颗粒的SPR效应最为显著,光催化活性最高,为TiO2薄膜的1.51倍。(2)ZnS/TiO2纳米薄膜的光催化活性随着ZnS功率的增加表现为先增后降的规律,当ZnS功率为35W时,ZnS/TiO2复合薄膜光催化活性达到最高,为纯TiO2薄膜的1.30倍。这是因为ZnS功率的增加会使其晶格内部产生缺陷,导致ZnS衍射峰发生向左偏移;ZnS/TiO2纳米复合薄膜光致发光强度先减后增,表明适量的的晶格缺陷有利于光生电子-空穴对的分离及光催化性能的提高。不同TiO2厚度下ZnS/TiO2纳米复合薄膜吸收边红移,光致发光强度呈先减后增规律,TiO2沉积时间为90min时复合薄膜发光强度最低,载流子复合几率最低,光催化活性最佳。通过对比本文中的两种不同改性方法的研究结果,嵌入式Ag颗粒制备的Ag/TiO2:N纳米复合薄膜结构具有更高的光催化效率。

关键词： Ag纳米颗粒   原子相互作用势   分子动力学   晶格动力学   纳米结构演变  

摘要： 纳米技术应用领域广泛,应用前景与应用价值十分可观。纳米结构材料在性质上与体相材料相比差异十分显著,主要归因于小尺寸纳米结构具有较大的比表面积及表面原子显著的配位环境差异。实验上对Ag纳米颗粒研究手段仍有诸多限制,且对于Ag纳米颗粒形貌调控的手段也颇为复杂,原子级的模拟计算不仅可以辅助实验研究,为实验结果提供理论数据的支撑,同时也可以摆脱实验手段和条件的束缚,拓展纳米颗粒存在的环境和研究尺度范围,模拟特定情况下纳米颗粒的演变过程及规律,从而为今后的深入研究提供方向。本论文基于原子间相互作用势,主要以Ag纳米颗粒为研究对象,针对文献中存在的问题与不足,考虑Ag纳米颗粒的尺寸、形状及温度三个主要因素,完成了以下工作:在本组前期晶格反演LI-Liu势的基础上,从计算的有效性、移植性和计算效率上综合评价了晶格反演势相对于Sutton-Chen势、MEAM-1nn势、LJ+AT势和LI-Liu势的优缺点。以分子力学能量极小化方法,通过结构弛豫对Ag纳米颗粒的结构从配位环境、表面原子比例和平均原子键长等细节进行了表征,也从能量的角度对不同形貌的Ag纳米颗粒的稳定性进行了比较,给出了LI-Liu势在不同形貌Ag纳米颗粒稳定性比较的计算结果。补充了基于原子相互作用势的Ag纳米颗粒晶格动力学计算,针对FCC结构的不同形貌Ag纳米颗粒声子态密度进行了比较与分析,并结合晶格比热高温Dulong-Petit极限进一步分析了Ag纳米颗粒的分形维度特征,计算了Ag纳米颗粒晶格动力学性质如晶格比热和德拜温度。以分子动力学方法讨论了温度对具有(100)面和(111)面特征的立方体和八面体Ag纳米颗粒热稳定性和结构的影响,在0-1200K为升温过程中探讨Ag纳米颗粒的尺寸、形貌与热稳定性的关系及温度对结构变化的影响。通过降低模拟退火温度,模拟Ag纳米颗粒的低温退火过程,从分子动力学角度模拟了温度控制对Ag纳米颗粒形貌调控的过程,从理论角度提供了一种Ag纳米颗粒形貌调控的变温范围指导途径。

关键词： 钙钛矿   光电探测器   响应度   归一化探测率   Ag纳米颗粒  

摘要： 近年来,有机金属卤化物钙钛矿材料由于其载流子迁移率高、光吸收系数高等优点得到了广泛的关注。短短几年,钙钛矿太阳电池的效率就从3.8%升高到了 22.7%。随着对钙钛矿材料研究的深入,钙钛矿光电探测器的研究也取得了重大的进步。本课题采用一步旋涂法,在玻璃基底上制备电极/钙钛矿/电极横向结构的钙钛矿光电探测器。本文首先采用PbCl2作为铅源,制备了 CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器,并研究了加热时间、前驱体溶液配比、不同铅源以及不同制备方法等参数对CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器的性能的影响,并在此基础上,探究了滴加氯苯反溶剂和前驱体溶液中掺入少量还原氧化石墨烯对光电探测器的光电性能的影响。最后,在前期已经探索的钙钛矿光电探测器的基础上,探究了Ag纳米颗粒对钙钛矿光电探测器的影响。经过上述实验过程,得到如下结论:(1)前驱体溶液中铅源为PbCl2时,随着加热时间的增加,生成的CH3NH3PbI3衍射峰强度逐渐增强,结晶性能逐渐改善;前驱体溶液中PbCl2浓度过高或过低都会对最终生成的薄膜形貌和制备的光电探测器的性能有影响,结合最终光电探测器性能情况,确定制备P-C1钙钛矿光电探测器时PbCl2的最优浓度为 0.8 mol/L。(2)前驱体溶液中铅源PbI2时,旋涂过程中滴加氯苯,形成的钙钛矿薄膜均匀致密,但钙钛矿光电探测器的性能并没有提高;通过在前驱体溶液中加入少量还原氧化石墨烯,薄膜对基底的覆盖性有所改善,并且有效地提高了器件的性能。(3)在相同测试条件下,一步法制备的钙钛矿光电探测器的响应度和归一化探测率均比两步法制备的钙钛矿光电探测器高一个数量级。两步法与一步法旋涂过程滴加氯苯均能制备出致密的钙钦矿薄膜,但这两种薄膜制备的光电探测器的性能并不好,这表明致密的钙钛矿薄膜并不适用于横向结构的钙钛矿光电探测器。(4)Ag纳米颗粒的引入改变了原本两种不同铅源的前驱体溶液制备的钙钛矿薄膜的形貌和结晶性,也对最终光电探测器的性能产生了影响。引入Ag纳米颗粒后,在同一测试条件下,铅源为PbC12的钙钛矿光电探测器的响应度和归一化探测率有所提升,而铅源为PbI2的钙钛矿光电探测器的性能则有所下降。

关键词： Cu@Ag纳米颗粒   烧结行为   柔性电子印刷   导电性能  

摘要： 印刷电子技术作为一种可应用于柔性电子器件的、大面积制备、简单而低廉的方法在近年来飞速发展,可以应用在传感器、薄膜晶体管(TFT)、太阳能电池以及射频天线(RFID)等众多领域。其关键技术之一在于制备环保、低成本、高性能的新型导电墨水,而金属纳米颗粒是构成导电墨水最主要的材料之一。然而,Ag纳米颗粒价格高昂且存在电迁移风险,Cu纳米颗粒又极易氧化,所需烧结温度过高。因此,如何在降低成本的同时,能在低温下烧结并满足导电性需求,同时在柔性基板上具有一定的稳定性,是亟待解决的关键问题。本文将Cu的低成本和Ag的抗氧化性特点进行优势整合,通过置换与化学沉积复合的方法制备不同尺寸的Cu@Ag纳米颗粒并对其烧结机理进行探究。对Cu纳米颗粒和Cu@Ag纳米颗粒烧结下微观形貌进行对比,并通过TEM等表征手段,发现随着烧结温度的升高,Ag层会在Cu核表面进行反润湿、聚集,二者分离生成Ag颗粒同时伴随Cu核的裸露。在温度较低时首先会发生Ag和Ag的烧结,形成Ag烧结颈;随着温度升高,Cu之间也会发生烧结,进一步使得组织致密化。由于在烧结过程中生成的小尺寸Ag颗粒造成的尺寸差异,导致的烧结动力增加和烧结时间的降低,使得较大尺寸的Cu@Ag纳米颗粒烧结组织致密度高于较小尺寸的Cu@Ag纳米颗粒,能产生更多Ag颗粒的厚Ag层Cu@Ag纳米颗粒组织致密度高于薄Ag层Cu@Ag纳米颗粒的。为了对其进行电子印刷应用,探究了导电墨水的优化配比和最佳烧结工艺。对墨水溶剂组分配比、固含量对印刷效果影响进行了细致的研究,对预固化温度、烧结时间对印刷图案导电性能的影响进行了系统的分析。同时,根据对Cu@Ag纳米颗粒烧结机理的分析,将Cu@Ag纳米颗粒与小尺寸Ag颗粒进行混合,制备得到复合颗粒导电墨水。在聚酰亚胺(PI)膜上150℃下烧结,电阻率仅为16.12μΩ·cm;提高烧结温度后电阻率可降低到10.99μΩ·cm,同时,在长时间多次弯折后具有极高稳定性,导电性变化不大。这种复合颗粒导电墨水不但满足低温烧结的需求,同时具有极好的导电性和稳定性,极具柔性电子印刷前景。

关键词： LiFePO4   Ag纳米颗粒   改性   石墨烯   锂离子电池  

摘要： 磷酸铁锂是一种非常重要的锂离子电池正极材料,大量应用在各种电子器件以及电动汽车上。作为一种电极材料,磷酸铁锂具有原料来源丰富,热稳定性好,以及理论容量高等特点。但是电导率低和离子扩散系数低这两个缺点很大程度上限制了它的发展。本论文通过添加导电剂来改善它的电导率,通过控制合成尺寸更小的磷酸铁锂纳米颗粒来降低锂离子传输的距离,从而改进磷酸铁锂的电化学性能。(1)采用AgNO与抗坏血酸在研磨的过程中发生固相反应的方法,成功的制备出Ag@LiFePO复合材料。并通过改变AgNO的添加量,制备出不同含银量的复合材料。并且将材料制备成电池测试其电化学性能,结果表明:添加2 wt%硝酸银获得的复合材料表现出最优的电化学性能,且与纯的磷酸铁锂相比,在0.1 C时电池的比容量从128mAh/g提高到156 mAh/g,并且在循环了80次之后还能保有97%的比容量,比容量衰减很少。在高倍率5 C充放电的情况下还能有94 mAh/g的比容量。然后我们又在Ag@LiFePO复合材料的表面包覆一层碳,进一步的提高了LiFePO的循环和倍率性能。(2)采用溶剂热的方法制备磷酸铁锂,通过改变反应的温度,时间,以及表面活性剂的加入量来控制磷酸铁锂的尺寸。通过减少材料的尺寸来降低锂离子在活性物质中的传输距离从而提高磷酸铁锂的电化学性能。我们成功的制备出磷酸铁锂纳米片,纳米棒和纳米颗粒。电化学性能测试证实纳米颗粒与纳米棒以及纳米片相比具有更好的电化学性能。从纳米片到纳米颗粒,随着尺寸的逐渐减少其电化学性能逐渐提高,比容量从65 mAh/g逐渐提高到105 mAh/g。(3)通过添加石墨烯和纳米Ag复合导电剂来改进上文提到的磷酸铁锂纳米颗粒。首先将实验室制备的氧化石墨烯、硝酸银和磷酸铁锂纳米颗粒在溶液中混合,然后将材料蒸干后进行热处理反应。在热处理过程中,氧化石墨烯被热还原为还原石墨烯,硝酸银被热分解为约10纳米且牢固吸附在石墨烯表面的Ag纳米颗粒。石墨烯/Ag复合导电剂很大程度上改善了磷酸铁锂电导率低的缺点,从而提高电化学性能。对比纯的LiFePO,rGO@LiFePO和rGO/Ag@LiFePO这三种材料的电化学性能,发现rGO/Ag@LiFePO复合材料具有最优良的电化学性能。通过加入5 wt%石墨烯和2 wt%硝酸银之后,rGO/Ag@LiFePO的首次充放电的比容量可达到160 mAh/g,在5 C的倍率下仍可保持140 mAh/g比容量。

关键词： ZnO纳米棒   Ag纳米颗粒   表面增强拉曼散射   Ga掺杂  

摘要： 作为第三代半导体材料,ZnO是一种直接宽带隙半导体,室温禁带宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV,因此在半导体光电器件中具有巨大的应用潜力。相比于单晶或薄膜材料,一维ZnO纳米棒由于其特殊的几何尺寸,具有许多低维材料的独特性能。目前,对于一维ZnO纳米棒阵列的研究相对丰富,但阵列整体的测量往往掩盖了单根纳米棒独特的光电性质。利用光刻或电子束曝光技术,单根ZnO纳米棒可以构筑成效应晶体管,可以较为方便地研究单根Zn O纳米棒的电学性能。另一方面,由于单根ZnO纳米棒定位难、横截面积小等原因,对单根Zn O纳米棒的光学性能的表征比电学性能更具有挑战性。因此,本文利用化学气相沉积法(CVD)制备Zn O纳米棒阵列,在溶液中分散得到单根Zn O纳米棒,利用光刻技术制备了带有图形化坐标的衬底,对单根ZnO纳米棒进行准确定位,并以此为基础深入研究了单根ZnO纳米棒的光学性质。本文的主要研究内容如下:1.通过CVD法制备了ZnO纳米棒阵列,ZnO纳米棒的平均长度约为25μm,直径约为250 nm,并研究了在不同体积的乙醇溶液中,单根ZnO纳米棒的分散程度,发现当乙醇溶液的体积为2 mL时,ZnO纳米棒的分散程度较好,适合实验对象的选择与测量。2.为了能准确定位单根ZnO纳米棒,我们利用光刻技术,通过旋涂、曝光、显影等操作,在Si/SiO衬底上制作了带有图形化的坐标。3.通过光化学沉积的方法,我们在单根ZnO纳米棒上沉积了Ag纳米颗粒,并通过改变硝酸银的浓度,实现Ag纳米颗粒的数量和尺寸的调控。由于Ag与ZnO之间的电荷转移,ZnO/Ag复合纳米结构的带边发光减弱,缺陷发光得到了增强。我们在ZnO/Ag复合纳米结构中观察到由于化学增强机制而产生表面增强拉曼散射(SERS)效应,利用该效应,我们可以研究单根ZnO纳米棒的Raman散射机制。4.同样利用CVD法,我们制备了单根ZnO:Ga纳米棒,并对其样貌、结构和性能进行了表征。研究表明,单根ZnO:Ga纳米棒可以作为非贵金属SERS衬底,增强有机分子R6G的拉曼信号。