異種金屬納米顆粒飛秒激光連接作用機(jī)理及物理性能研究.pdf

1、納米顆粒以其優(yōu)良的性能被廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物和電子領(lǐng)域，因此納米尺度的連接技術(shù)就顯得尤為重要，然而納米尺度的連接技術(shù)正處于起步階段，面臨著巨大的挑戰(zhàn)，還未大量應(yīng)用在工業(yè)制造和批量生產(chǎn)中。由于連接的對象尺度極小，連接過程中對于力、熱等能量的控制需要十分的精確，才能獲得良好的納米尺度連接接頭且不對基體和其他納米元器件的結(jié)構(gòu)和性能造成破壞。隨之而來的是人們對于連接異種材料納米顆粒的強(qiáng)烈需求，因?yàn)榛旌隙喾N金屬元素提供了另一種改變材料性能的

2、途徑。但目前很少有報(bào)道專注于異種金屬納米顆粒的連接。
　　在納米合金的研究中，目前已經(jīng)有學(xué)者在試驗(yàn)中合成了球殼結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)、多層殼結(jié)構(gòu)的納米合金，并且在很多領(lǐng)域中有著重要應(yīng)用。然而，還有一種納米合金為子團(tuán)簇分離的結(jié)構(gòu)，這種納米合金在理論上證實(shí)是可能的，但是至今沒有在實(shí)驗(yàn)中找到其存在的證據(jù)。而連接異種金屬納米顆粒是合成此結(jié)構(gòu)納米合金的有效途徑。
　　為此，本文使用飛秒激光，連接異種金屬納米顆粒，首次在試驗(yàn)中合成了子團(tuán)簇分離的

3、納米合金，并分析了其納米結(jié)構(gòu)和界面形貌，解釋了異種金屬納米顆粒連接的機(jī)理，闡述了不同材料體系納米顆粒的連接界面行為。最后，測試了納米合金的光學(xué)性質(zhì)和表面增強(qiáng)拉曼光譜。
　　在真空中使用飛秒激光燒蝕金屬靶材得到納米顆粒，調(diào)節(jié)激光功率和照射時(shí)間控制顆粒的大小和分布密度。研究了飛秒激光與金屬納米顆粒的相互作用，討論了不同基板對其相互作用的影響。結(jié)果表明，硅片上的金屬納米顆粒會(huì)沿飛秒激光電場方向發(fā)生移動(dòng)，碳膜上的金屬納米顆粒會(huì)在飛秒激光作

4、用下部分發(fā)生脫落。此外，研究了真空度對于飛秒激光同金屬作用的影響，結(jié)果表明一定的真空度是飛秒激光誘導(dǎo)金屬納米顆粒連接的必要條件。
　　使用飛秒激光連接可混溶金屬納米顆粒，首次在試驗(yàn)中合成了有混合界面的子團(tuán)簇分離納米合金。試驗(yàn)中選取 Al-Fe納米顆粒為研究對象，結(jié)果發(fā)現(xiàn)顆粒內(nèi)部均保持晶體結(jié)構(gòu)，而在界面處生成不定型結(jié)構(gòu)，元素分析結(jié)果表明Al-Fe界面處有一定厚度的混合層，且元素分布與理論計(jì)算結(jié)果吻合良好，闡述了可混溶金屬連接的界面行

5、為。
　　使用飛秒激光連接了難混溶金屬納米顆粒，首次在試驗(yàn)中合成了無混合界面的子團(tuán)簇分離納米合金，試驗(yàn)中研究了Ag-Ni和Ag-Fe兩組難混溶金屬納米顆粒的連接，發(fā)現(xiàn)了界面處的兩組晶面有著特殊夾角,面心立方(200) Ag和面心立方(200) Ni兩晶面之間有著30°的夾角，從而使兩晶面間的失配度為1.39％，(200)Ag和體心立方(111) Fe，兩組晶面間有著35°的夾角，使得晶面間的失配度為1.12%。同時(shí)在界面處發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)