关键词： 全息存储   异质结界面   电荷转移   ZnO纳米线   Ag纳米颗粒   WO3纳米颗粒  

摘要： 全息存储技术因同时具备高密度、低能耗、高冗余度和抗干扰等特性,已成为信息存储的重要方式。发展性能优异的光敏感介质是构筑先进光学信息存储系统的前提。光致变色材料在激光辐照下,展现出许多优异的光学性质,其中无机半导体复合体系因其无毒性、制备简单、成本低等优势,引起研究者们的广泛关注。纤锌矿ZnO是典型的宽禁带半导体材料,其电子迁移率高、激子束缚能大,纳米微结构丰富多样,可以被制备成纳米线、纳米管、纳米片等多种低维结构。ZnO一维纳米线具有优异的物理化学性质,已被应用于光催化、光电化学、表面增强拉曼等多个领域,特别是其抗弯折性有望拓宽在柔性器件中的应用。但在全息存储领域,基于ZnO纳米线的研究鲜有报道。为填补该领域的研究空白、明确ZnO纳米线基复合体系全息存储的微观机制,本论文开展了以下几方面的工作:(1)采用两步水热法进行ZnO纳米线的制备,通过控制水热时间得到了三种不同长度的ZnO纳米线。通过扫描电子显微镜的测试,对三种样品的表面形貌和纳米线长度进行了分析,并对比了不同长度下纳米线的表面密度和线直径分布。为探究样品的缺陷及光学性质,我们分别进行了电子顺磁共振、吸收光谱和光致发光光谱的测试。结果表明水热法制备的ZnO纳米线内部存在氧缺陷,在可见光波段具备一定的光吸收能力。(2)针对Ag/ZnO纳米线复合体系中存在的金属向半导体电子转移效率低、不易全息存储的困难,提出使用浸泡法来制备高透明度的Ag/ZnO纳米复合薄膜。基于“电子逆向转移”过程,在蓝紫激光的辐照下,ZnO被激发所产生的导带电子通过纳米线界面转移至Ag离子,进行还原反应,实现了银从一价到零价的转变。而一维纳米线的空间限域效应进一步促进了Ag纳米棒的形成。通过Ag离子/Ag纳米棒的空间交替排布,实现了全息光学存储。此外还发现,纳米线阵列表面均匀性和光散射特性强烈依赖于水热生长时间,1小时水热生长的Ag/ZnO纳米线阵列展现出最高的全息衍射效率,并能实现红光探测下的全息图重构。该部分工作为ZnO在短波长光存储中的应用开辟了新的途径。(3)针对WO自身可逆光致变色所导致的全息存储稳定性差的难题,采用滴涂法制备了WO纳米粒子/ZnO纳米线复合薄膜。高分辨率透射电子显微镜测试结果证实在复合体系中形成了点/线异质界面。在蓝紫光刺激下,WO价带形成的光生空穴通过点/线界面转移至ZnO价带,有效抑制了电子-空穴对的再复合,光吸收幅度显著提升,光致变色性能增强。该空间分散的电荷转移通道使WO着色后的弛豫时间延长至26000 s,有利于全息存储稳定读出。在2 m W低功率全息写入下,复合体系的衍射效率仍可达到1.1%。同时,利用共聚焦显微镜,在ZnO纳米线阵列中观测到WO/HWO空间交替排布的持久性全息条纹。由于ZnO纳米线的引入,复合体系在全可见区的光致变色能力得到提升,利用红(671 nm)、绿(532 nm)和蓝(473 nm)激光作为探测光,实现了三基色全息图重构。该部分工作为开发高密度光存储与全彩色激光显示一体化的纳米器件提供了重要思路。

关键词： Au@Ag纳米颗粒有序阵列   Au@多孔Au-Ag纳米颗粒有序阵列   LSPR   衍射峰   光学传感  

摘要： 与单金属纳米颗粒相比,双金属复合纳米颗粒因其独特的物理化学性质一直是纳米技术领域研究的热点。Au、Ag贵金属纳米颗粒具有良好的表面等离子体共振(SPR)特性,将二者复合,制备Au/Ag复合纳米颗粒,由于Au、Ag间的协同作用,可以形成的新的光学特性,已将其广泛应用于生化传感、表面增强拉曼散射(SERS)和催化等领域。然而,目前所制备的Au/Ag复合纳米颗粒大多呈现出杂乱无序分布状态,导致性能的稳定性和可重复性较差,不利于实际应用。为此,本文通过制备二维Au@Ag和Au@多孔Au-Ag纳米颗粒有序阵列,利用Au、Ag纳米颗粒自身的局部表面等离子体共振(LSPR)特性与周期性纳米结构阵列所产生的衍射特性互补,实现高稳定光学传感器的构筑。本文的主要内容如下:1、采用模板-沉积金属层-高温退火法制备出二维Au纳米颗粒有序阵列,经化学还原法在其表面包覆一层Ag,获得了二维Au@Ag纳米颗粒有序阵列,并进一步探索了Ag壳厚度对其光学性质的影响。结果表明随Ag壳厚度的增加,Ag的LSPR峰逐渐增强,并出现红移,且由于Ag壳的屏蔽效应,导致Au纳米颗粒的LSPR峰发生蓝移。同时由于阵列中Au纳米颗粒周围介电环境的改变,导致阵列衍射峰随着Ag壳厚度的增加发生红移。2、利用上述制备的二维Au@Ag纳米颗粒有序阵列在室温下对液态I和气态I进行感应。结果表明,由于壳层的Ag与I反应生成了Ag I,随着碘浓度及感应时间的增加,Au@Ag纳米颗粒阵列宏观颜色及微观形貌都发生了变化,并伴随有光学性质的变化,即LSPR峰及阵列衍射峰都发生红移。故而可以从颜色的变化实现I浓度的定性探测,从峰位的偏移实现其定量探测。进一步研究发现,Au@Ag纳米颗粒阵列对气态I展示出高的敏感性,检测极限可达痕量级。此外,该二维Au@Ag纳米颗粒有序阵列作为传感器,具有良好的稳定性和重现性。3、采用模板法结合化学置换法制备出了二维Au@多孔Au-Ag纳米颗粒有序阵列,并探讨了Ag壳厚度及置换时间对其表面形貌的影响。首先以制备的二维Au纳米颗粒为模板,通过化学还原获得Au@Ag纳米颗粒阵列,之后于HAu Cl溶液中进行置换反应,经氨水去掉反应过程中产生的Ag Cl,获得二维Au@多孔Au-Ag纳米颗粒有序阵列。结果表明Ag壳厚度相同时,置换时间越长阵列的有序性越差,约1 min时效果最优。在置换时间相同的条件下,随Ag壳厚度的增加Au核外面的多孔Au-Ag网状结构呈现出从无到有的趋势,Ag壳越厚多孔网状结构越明显。

关键词： Ag-DLC薄膜   高功率脉冲磁控溅射   异质双靶放电特性   Ag纳米颗粒   抑菌效率  

摘要： 类金刚石(Diamond like carbon,DLC)具有优良的物理机械性能和生物相容性,在航空航天、医疗器械、光电器件等领域得到了广泛应用。在DLC薄膜中掺杂加入Ag元素,不仅能够有效缓解内应力高、表面结合力弱的问题,还能够提高其光学和生物医学性能。但是,目前的多元薄膜掺杂制备工艺存在着设备复杂、薄膜成分调节困难等问题,极大地限制了掺杂类DLC薄膜的应用。针对这一问题,本文提出了异质双靶高功率脉冲磁控溅射方法,采用双直流电源分别控制正负脉冲电压的方式,能够在满足Ag靶和石墨靶的放电稳定性的同时,灵活调节制备工艺参数,实现对Ag-DLC薄膜的成分和组织结构调控。本文采用电信号波形、基底离子电流和等离子体质谱诊断的方法,研究了Ag/C异质双靶的高功率脉冲放电特性。在脉冲放电时间一定的条件下,溅射靶材的放电特性和靶电压是溅射过程中粒子循环机制的决定性因素,其中石墨靶放电过程由气体循环机制主导,而Ag靶放电随着靶电压升高由气体溅射向自溅射循环机制转变。综合等离子体的时间平均和时间分辨诊断结果,发现离子能量分布函数(IEDF)中的高能量部分是在正脉冲放电初始阶段产生的,随着放电进行,离子能量分布向低能方向延伸,而高能量部分消失,最终以0～10 e V的低能态存在,并且占据了等离子体的主要成分。在异质双靶放电体系下,由于C的溅射产额和离化率远低于Ag,随着石墨靶放电强度的升高,Ag靶在负脉冲放电阶段的溅射和原子离化过程受到了明显的抑制。根据Ag/C异质双靶高功率脉冲放电的等离子体诊断结果,设计并制备了Ag含量在19.1～32.0 at.%范围内的Ag-DLC薄膜,并对薄膜的表面形貌和结构进行了分析。随着Ag含量升高,Ag-DLC薄膜表面的纳米颗粒尺寸逐渐增加,形成大范围的纳米颗粒团聚结构,提高基底偏压能够减小薄膜表面的纳米颗粒尺寸并抑制大范围团聚的出现。薄膜中的Ag和C之间不形成稳定的化学键连接,Ag以纳米晶形式分布在非晶碳基体中。Ag掺杂能够促进基体结构向石墨态转化,使非晶碳中sp

关键词： 重金属离子检测   比色法   Au/Ag纳米颗粒   蚀刻法  

摘要： 冶炼、采矿等工业废弃物的不合理排放,致使重金属对土壤、水源和农作物造成污染,严重影响食品安全,并且通过食物链富集和生物放大效果,对人类健康安全构成威胁。人体中重金属含量超标会导致多器官功能衰竭,严重时会致癌,危及生命。目前,重金属检测的常用手段主要依赖于电感耦合等离子体质谱仪(Inductively coupled plasma mass spectrometer,ICP-MS)等传统大型仪器,这些方法检测成本高,需要专业操作和复杂的样品前处理,无法实现现场快速检测。因此,建立和开发简单、便捷、高效的重金属离子检测方法对食品安全和人类健康尤为重要。纳米比色检测技术为重金属离子检测提供了一种方便、有效、肉眼可观的方法。而基于Au/Ag纳米材料的蚀刻比色法因制备简单、响应快速、效果直观等优点,可用于重金属离子的检测。本论文基于HO对银纳米方块(Ag nano-cubes,Ag NCs)、HBr对金纳米双锥@银纳米棒(Au nano-double cone@Ag nano-rods,Au NDC@Ag NRs)和NaSO对银纳米三角@金纳米六角(Ag nano-triangle@Au nano-hexagons,Ag NT@Au NHs)的蚀刻作用,构建了三种纳米比色探针,采用透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)和紫外-可见分光光度计对所合成的纳米颗粒和所构建的纳米比色探针进行了形貌表征和光学性能研究。探究了纳米比色探针对Cu、Cr和Pb三种不同重金属离子检测的响应与性能。并将所构建的纳米比色探针成功用于环境水和食品样本中Cu、Cr和Pb的现场快速检测。主要研究内容如下:(1)采用硫化物介导的多元醇合成工艺,制备了正六面体的Ag NCs。基于Cu对HO蚀刻Ag NCs的弱化作用而引起Ag NCs溶液紫外吸收光谱中约417.5 nm处吸光度和溶液颜色强度的变化,成功构建了Ag NCs纳米比色探针以实现对溶液中Cu的可视化定量检测。结果表明,最佳实验条件下,该探针对Cu的线性检测范围为0.01～40μM(R=0.9917),肉眼检测可低至0.01μM。不同Cu浓度(2.5～40μM)下Ag NCs纳米比色探针溶液的颜色变化图像RGB值的欧氏距离(ED)与Cu浓度之间呈较好的线性关系,且该探针对Cu的选择性良好。此外,在江水、大米和洋葱样本的加标回收中也取得了令人较为满意的回收率,分别为90.60～96.10%、91.80～96.45%和94.60～96.40%,检测结果与ICP-MS测量结果接近。以上结果均表明所构建的Ag NCs纳米比色探针具有实际应用价值。(2)通过种子生长法合成了具有核壳结构的Au NDC@Ag NRs。基于Cr对HBr蚀刻Au NDC@Ag NRs的催化作用而引起Au NDC@Ag NRs溶液LSPR吸收峰的红移和溶液颜色的变化,成功构建了Au NDC@Ag NRs纳米比色探针对溶液中Cr的可视化定量检测。最优实验条件下,该探针对Cr的线性检测范围为2.5～40μM(R=0.9920),检测限(LOD)为0.02μM(S/N=3)。不同Cr浓度(2.5～50μM)下Au NDC@Ag NRs纳米比色探针溶液的颜色变化图像RGB值的ED与Cr浓度之间呈良好的线性相关关系,并且该探针在Cr的检测过程中表现出了良好的选择性。此外,在江水、大米和洋葱样品的加标回收中也取得了令人较为满意的回收率,分别为90.50～97.10%、90.80～98.00%和94.40～95.77%,检测结果接近于ICP-MS测量结果。以上结果均表明所构建的Au NDC@Ag NRs纳米比色探针具有实际应用价值。(3)通过外延生长法合成了具有核壳结构的Ag NT@Au NHs。基于Pb和Cu对NaSO蚀刻Ag NT@Au NHs的催化作用而分别引起的Ag NT@Au NHs溶液紫外吸收光谱约585 nm处吸光度的降低和LSPR吸收峰的红移以及溶液不同的颜色变化,成功构建了Ag NT@Au NHs纳米比色探针以分别实现对溶液中Pb和Cu的可视化定量检测。最适实验条件下,该探针检测Pb的线性范围为10～200μM、200～300μM和300～550μM(R分别为0.9714、0.9908和0.9824),LOD为0.41μM(S/N=3);对Cu的线性检测范围为1～50μM和50～250μM(R分别为0.9918和0.9804),LOD为0.11μM(S/N=3)。不同Pb或Cu浓度下,Ag NT@Au NHs纳米比色探针溶液的颜色变化图像RGB值的ED与Pb或Cu浓度之间分别呈良好的线性关系;且该探针在Pb或Cu的检测过程中表现出了良好的选择性,并能很好的区分Pb和Cu。在江水、大米和洋葱样品

关键词： 纳米金颗粒(Au NPs)   纳米银颗粒(Ag NPs)   白光有机发光器件(WOLED)   局域表面等离子体激元共振效应(LSPR)  

摘要： 本论文研究了金纳米颗粒(Au NPs)、银纳米颗粒(Ag NPs)和它们的混合纳米颗粒的局域表面等离子体激元共振效应(LSPR)对于白光有机电致发光器件(WOLED)的电致发光(EL)性能的影响。首先本文研究了不同浓度的、和处于不同位置的Au NPs、Ag NPs对蓝光OLED器件EL性能的影响。通过比较Au NPs、Ag NPs处于铟锡氧化物(ITO)和空穴注入层材料PEDOT:PSS中间作为中间层的器件以及Au NPs和PEDOT:PSS混合作为空穴注入层的器件,发现Au NPs和Ag NPs作为ITO和PEDOT:PSS中间层的器件的EL性能更佳,并且确定了 Au NPs和Ag NPs的最适宜的浓度。研究了 Au NPs、Ag NPs 和不同体积比(4:1、3:1、1:1、1:3、1:4)混合的 Au、Ag混合NPs的LSPR效应对蓝光、绿光和白光OLED器件EL性能的影响。结果表明无论是Au NPs、Ag NPs还是Au、Ag混合NPs都对器件的EL性能有所提升,并且以3:1体积比混合的Au、Ag混合NPs对三种器件的提升最为明显,其中蓝光B3-1器件(Au NPs溶液和Ag NPs溶液体积比为3:1的蓝光器件,以下G3-1,W3-1器件分别指相同体积比的绿光和白光器件)的外部量子效率(EQE)和功率效率(PE)分别为21.88%和22.48 1m/W,相比于B0器件(未添加NPs的蓝光器件,以下G0和W0器件分别指未添加NPs的绿光和白光器件)分别提升了 33.41%和45.31%;绿光G3-1器件的最大EQE和PE分别为12.79%和45.21 lm/W,相比于G0器件分别提升了 32.40%和64.52%;白光W3-1器件的最大EQE和PE分别为15.19%和15.03 lm/W,相比于G0器件分别提升了 29.06%和23.00%。EL性能提升的原因可归功于Au、Ag混合NPs的吸收光谱相较于单独的Au、Ag NPs吸收光谱有所展宽,导致发光层(EML)发射光谱和金属纳米颗粒(MNPs)的吸收光谱重合度增加,显著增强了 LSPR效应。但是较大粒径的Ag NPs缩短了 MNPs和发光层之间的距离,削弱了 LSPR效应;同时这一过短的距离也会导致激子的猝灭而影响器件EL性能。所以Au、Ag混合NPs能改善OLED器件EL性能是混合NPs吸收光谱展宽带来的LSPR效应的增强和激子猝灭之间相互竞争的结果。所以需要调控Au、Ag混合NPs的混合比例,本论文得到的最佳Au NPs和Ag NPs溶液混合比例是3:1。深入研究了白光发光层的瞬态荧光(Transient PL)光谱与激子寿命等光物理性能,结论表明因为引入Au、Ag混合NPs后激子的辐射跃迁速率增大,激子寿命大幅降低。阐述了 LSPR效应改善OLED器件EL性能的内在机制。分析了白光发光层之间的能量转移速率KET,发现了 W3-1器件的发光层中蓝光到红+绿光层和绿光到红光层的KET都得到极大提升,说明了合适比例的Au、Ag混合NPs的LSPR效应可以使得白光OLED器件中的红绿蓝三种光的发射都得到增强,在整体上提高了白光的EL性能。

关键词： Au-Ag合金纳米颗粒   局域表面等离激元共振   吸收与后向散射   生物传感特性  

摘要： 金属纳米颗粒能够表现出与体相材料所不同的物理性质,当与特性波长的入射光相互作用时,将会产生纳米颗粒独特的物理现象——局域表面等离激元共振现象。在共振波长处,金属纳米颗粒强烈地吸收和散射入射光的同时,其表面附近的局部电场也会大幅度增强。基于这一独特现象,金属纳米颗粒常被用于光热治疗、生物成像和生物传感领域。本文主要以Mie散射理论和T矩阵方法研究Au-Ag合金纳米颗粒（球、球壳和椭球）的光吸收特性、后向散射特性和折射率传感特性,给出优化结果。首先,本文研究了尺寸参数对Au-Ag合金纳米球、Au-Ag合金纳米球壳和Au-Ag合金纳米椭球共振吸收波长和强度的影响。计算出最佳的吸收系数和优化的尺寸参数,分别研究了金摩尔分数和生物组织折射率对优化结果的影响,优化的合金纳米颗粒可以作为理想的光热转化剂。其次,本文分析研究了尺寸参数对Au-Ag合金纳米球、Au-Ag合金纳米球壳的共振后向散射特性的影响。给出最佳的后向散射系数和优化的尺寸,分别研究了金摩尔分数和生物组织折射率对优化结果的影响,优化的合金纳米颗粒可以作为理想的造影剂。最后,本文进一步研究了尺寸参数对Au-Ag合金纳米球壳、Au-Ag合金纳米椭球折射率灵敏度、半峰宽和品质因子的影响。计算出最佳的品质因子和优化的尺寸参数。同时,研究了金摩尔分数对Au-Ag合金纳米球壳优化结果的影响,优化后的合金纳米颗粒为其生物传感领域的应用提供理论依据。

关键词： 纳米颗粒   烧结   分子动力学   核壳结构  

摘要： Cu-Ag核壳纳米颗粒作为纯Ag纳米颗粒的替代品,在电子封装领域和导电墨水领域受到了人们广泛的关注。壳层厚度是影响核壳纳米颗粒烧结性能的重要因素之一。在本研究中,基于分子动力学模拟,采用双纳米颗粒烧结模型和多纳米颗粒模型来探究不同温度下壳层厚度对烧结的影响。在进行烧结模拟前,通过熔化模拟探究壳层厚度对Cu-Ag核壳纳米颗粒的热稳定性的影响。发现核壳纳米颗粒的熔点会随着壳层厚度的减小呈现出先降低后升高的趋势,其中AgCu的熔点最低,为960K。在加热过程中,当温度低于熔化温度时,颗粒会发生表面预熔化的现象,而且预熔化的程度会随着壳层厚度的减小而加剧。双颗粒和多颗粒烧结模拟的结果均表明核壳纳米颗粒的壳层厚度越小,烧结过程中的势能降低量越小。在双颗粒模拟中,颗粒之间的收缩率会随着壳层厚度的减小而升高。而在多颗粒模型中,系统的致密化在达到0.59后不再增加。当温度大于或等于700K时,壳层厚度对致密化曲线的影响较小。该研究主要包括两种烧结机制,塑性变形机制和扩散机制。在烧结过程中,塑性变形机制对烧结的贡献会随着壳层厚度减小而减小。壳层厚度降低导致核壳界面处存在更多晶格错配,从而阻碍烧结过程中的结晶化,/因此更多的非晶态Ag原子存在于烧结颈中。对于扩散机制来说,在500K虽然扩散率很低,但缓慢的扩散可以填充孔洞从而进一步促进烧结。表面原子的自扩散系数会随着壳层厚度的减小而升高。更高的烧结温度可以导致核壳界面处的Cu原子扩散到烧结颈处。尤其是对于壳层厚度较小的核壳纳米颗粒来说尤为明显。

关键词： Sn   熔化特性   润湿性能   力学性能   显微组织  

摘要： 随着高新技术产业的不断兴起,电子信息工业向集成化和多元化方向发展,电子封装技术逐渐进入人们的视野。由于Pb具有良好的浸润性,长期以来,Sn-Pb钎料一直是焊接电子元件的首选材料。但同时Pb有很大的毒性,限制了Sn-Pb钎料的使用,因此研究者研究出了许多新型的无铅钎料:Sn-Bi、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu等。纯Sn钎料具有良好的扩散性,常被用于电子封装瞬时液相键合,但是纯Sn钎料的熔点（232℃）较高,在焊接过程中容易对电路板产生热损伤。本次实验以纯Sn钎料作为基础,通过添加碳纳米管（CNTs）以及纳米Ag颗粒,对纯Sn钎料的熔化特性、润湿特性、力学性能、可靠性等进行了研究。实验结果如下:1)添加CNTs和纳米Ag颗粒对纯Sn钎料的熔点的改善并不明显,当CNTs的添加量为0.075wt.%时,Sn-0.075CNTs复合钎料的熔点比纯Sn钎料的熔点降低了大约6℃,添加纳米Ag颗粒后制备的对Sn-0.075CNTs-x Ag的熔化特性没有太大的影响。（2）添加适量的CNTs可以有效的改善纯Sn钎料的润湿性。随着CNTs的添加,Sn-x CNTs钎料的润湿面积呈现出先增大后减小的趋势,并且当CNTs的添加量为0.075wt.%时,钎料的润湿面积达到最大,为64.2mm,比纯Sn钎料的铺展面积提高了大约16.7%,即当CNTs的添加量为0.075wt.%时,复合钎料的润湿性最佳。随着纳米Ag颗粒添加量的增多,Sn-0.075CNTs复合钎料的润湿面积也呈现出先增大后减小的趋势,并且当纳米Ag颗粒的添加量为0.10wt.%时,钎料的润湿性能最佳。（3）添加适量的CNTs后,复合钎料焊点断口中的韧窝数量明显增多,表现出明显的韧性断裂,并且焊点的剪切力也随着CNTs的添加呈现出先增大后减小的趋势,当CNTs的添加量为0.075wt.%时,焊点的韧窝数量最多,剪切应力最大,为25MPa,比纯Sn钎料的焊点的剪切应力提高了大约32.7%,即当CNTs的添加量为0.075wt.%时,焊点的力学性能最好。随着纳米Ag颗粒添加量的增多,Sn-0.075CNTs复合钎料的剪切力也呈现出先增大后减小的趋势,并且当纳米Ag颗粒的添加量为0.10wt.%时,钎料的力学性能最好。（4）随着CNTs的添加,Sn-x CNTs/Cu间IMC层的厚度呈现出先降低后上升的趋势,并且当CNTs的添加量为0.075wt.%时,IMC层的厚度最薄,并且此时IMC层较为平坦均匀。纳米Ag颗粒的增加可以有效的抑制CuSn化合物的生长,并且当纳米Ag颗粒的添加量为0.10wt.%时,焊点界面IMC层的厚度最薄。（5）随着CNTs的添加,焊点内部的针状相逐渐消失,显微组织逐渐细化,并且当CNTs的添加量为0.075wt.%时,焊点内部的粗大组织已经基本消失,增强相均匀的分布在焊点内部。添加适量的Ag纳米颗粒可以显著细化Sn-0.075CNTs/Cu焊点的显微组织,从而提高了Sn-0.075CNTs的性能。（6）碳纳米管能有效抑制CuSn的生长,并且经过多次热时效和回流后,Sn-x CNTs钎料体系中的Kerkendall孔洞数量也比纯Sn钎料体系减少,在经过时效后,Sn/Cu体系的活化能为33.256KJ/mol,Sn-0.075CNTs/Cu体系的活化能为58.19KJ/mol。随着热循环时间的逐渐增加,Sn-0.075CNTs-0.1Ag/Cu间IMC层的厚度逐渐增加,并且CuSn晶粒的尺寸也随着热循环时间的增加而变大,随着时间的增加,焊点内部逐渐产生Kirkendall孔洞以及裂纹源,并且焊点的显微组织逐渐粗化,Sn-0.075CNTs-0.1Ag/Cu焊点的可靠性下降。

关键词： MoS2   类芬顿反应   TiO2   碳纤维   Ag纳米颗粒   光催化  

摘要： 近些年来,随着工业化和城市化的快速发展,许多难降解的有机染料和药物残渣不断地被排放到水体中,有毒物质的排放不仅对水体生物生长造成了一定的危害,而且对人类的健康也是一大威胁。因此,面对如此严峻的有机污水问题,现阶段已开发了各种处理有机环境污水的方法。光催化反应由于能够产生强氧化性的活性自由基团,而备受研究人员的关注。在众多光催化材料中,二维硫属半导体MoS材料由于其自身独特的物理化学特性而较为常见。本论文以MoS材料为基本出发点,研究了粉体MoS催化剂以及与其他材料复合光催化剂的制备、表征和光催化性能分析,主要研究内容如下:(1)首先以钼酸铵为钼源、硫脲为硫源,通过简单的水热法制备出了金属1T相MoS催化剂,之后通过在管式炉中煅烧得到半导体2H相MoS材料。使用SEM、XRD和Raman测试对两种晶相催化剂的形貌和结构进行了表征,结果表明成功合成出了两种晶相MoS纳米片;在类芬顿反应过程中,由于金属1T相MoS的边缘和基面均有催化活性,因此,与2H相MoS相比(36.53%),1T相MoS与HO形成的类芬顿试剂对亚甲基蓝(MB)溶液具有更高的催化性能。在最佳条件下(p H值为3、HO浓度为1.0 mmol/L、催化剂量为0.050 g/L、MB浓度为10 mg/L),90 min对MB的降解率达到了90.84%。在1T-MoS样品作为助催化剂促进Fe SO·7HO催化HO的过程中,由于助催化剂1T-MoS的加入,在5 min时,对MB溶液几乎降解完全,降解率为97.13%。(2)为了解决粉体催化剂难回收的问题,将MoS纳米片通过水热的方法负载到TiO/NCNFs纤维膜载体上,不仅使粉体催化剂易于回收,而且MoS和TiO之间形成的异质结可以促进光生载流子的分离,进而提高光催化降解盐酸四环素溶液(TCH)的效率。此外,为了进一步提高光催化TCH溶液的效果,在MoS/TiO/NCNFs复合材料上沉积贵金属Ag纳米颗粒,得到Ag@MoS/TiO/NCNFs复合材料。在降解TCH溶液时,复合材料在最优条件下(p H值为5、TCH浓度为10 mg/L),180 min时,降解率达到81.82%。(3)以暗沉积Ag纳米颗粒后的样品为催化剂(Ag@MoS/TiO/NCNFs-DD),分析了2KHSO·KHSO·KSO、NaSO和Na Br O氧化剂的加入对类芬顿反应的光催化性能。结果显示:当加入浓度为2.0 mmol/L的HO时,p H值为5时,在120 min时,催化剂对TCH溶液的降解率达到98.00%。同时发现在其余的类芬顿试剂中,NaSO在60 min时几乎使TCH溶液完全降解。此外,由于碳材料和Ag纳米粒子具有储存电子的能力,因此,在黑暗条件下,所制备的Ag@MoS/TiO/NCNFs催化剂可以实现优异的“记忆催化”活性,可以实现全天候的催化效果。最后对“记忆催化”反应的机理进行了详细的分析。

关键词： 金属锂负极   亲锂3D载体   泡沫铜   纳米花ZnO   Ag纳米颗粒  

摘要： 随着传统能源的无节制滥用和开采,能源危机和环境问题日益突出,亟需开发高性能的新型能源存储和转换器件技术。在诸多的储能技术中,锂二次电池因具有高能量密度、长循环寿命、高输出电压、低自放电及无记忆效应等优势在储能系统中脱颖而出。另一方面,电动汽车产业和高精尖便携式电子设备的飞跃发展,进一步提出了对高能量密度锂电池的迫切需求。金属锂负极因具有较高的质量比容量(3860 mAh g),以及较低的电化学还原电势(-3.04 V ***),被认为是最具潜力的负极材料之一。此外,匹配不同的高容量正极(如硫、氧气等)的锂金属电池表现出较高的能量密度,这将成为下一代高性能电池的广泛研究对象。然而,金属锂负极的实际应用仍受到一些严重问题的限制。主要是锂枝晶生长、电解液与锂的不可逆副反应所形成的不稳定SEI界面层以及循环过程中的相对无限体积变化,造成低库伦效率、短寿命以及安全问题。金属基的三维载体材料(3D载体)已被证明是一种有效的调控锂沉积的策略,但其自身的憎锂性和对液态锂的润湿性较差。本文立足于构建亲锂的3D载体以稳定锂负极,主要研究了不同的亲锂材料修饰的3D金属基载体。具体研究内容如下:(1)通过溶剂热-退火的方法合成了具有纳米花形貌的Zn O颗粒,均匀的负载于3D泡沫铜(Cu F)表面上。在随后熔融锂热注入的过程中,表现出较好的亲锂性,成功制备了复合锂负极(Cu F/LiO-Li Zn@Li电极,记为CLZL电极)。所制备的CLZL电极得益于3D结构可限制体积变化,亲锂的Zn O位点可调控锂的均匀沉积等优势,表现出较高的库伦效率和较低的锂沉积形核过电势。在电流密度为1 mA cm,容量为1 mAh cm下,能稳定循环1600 h且具有15 m V较低的极化电压。(2)基于简易的电化学镀工艺制备了Ag纳米颗粒层修饰的3D多孔铜(PC)的复合材料。采用熔融锂热注入工艺,实现了熔融锂在短短数秒内(时间为5s)就铺展润湿于载体中,获得复合锂负极(Ag@PC@Li电极,记为APCL电极)。因Ag纳米颗粒层的均匀分布,锂沉积表现出几乎接近于零的形核过电势来引导锂离子优先沉积;此外,基于该电极组装的对称电池在较大电流密度3 m A cm,面容量为1 mAh cm下,实现了1500周期的超长稳定循环。