SiO2中Cu納米顆粒合成及輻照改性研究.pdf

1、納米顆粒具有優(yōu)異的光、電、磁和力學(xué)等性能，在光電器件、生物傳感器、光開關(guān)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。離子注入方法具有深度和濃度精確可控等優(yōu)勢，已成為制備納米復(fù)合材料的重要方法。然而，由于離子注入引入的元素?fù)诫s分布不均勻，導(dǎo)致了合成的納米顆粒在空間分布及尺寸分布上不均勻，嚴(yán)重影響了離子注入合成的納米顆粒的性能及在各領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。因而，如何控制納米顆粒的尺寸分布，進(jìn)而調(diào)節(jié)其性能成為離子注入合成納米顆粒研究最大的挑戰(zhàn)。本論文首先采用高劑量的C

2、u離子注入SiO2，在基體中合成一定分布的Cu納米顆粒。然后分別采用N離子和Zn離子對Cu納米顆粒進(jìn)行輻照，借助于掠角X射線衍射(GXRD)、橫截面試樣透射電子顯微鏡(XTEM)、紫外－可見分光光度計(jì)(UV-Vis)和光致發(fā)光光譜(PL)等測試手段詳細(xì)地研究了Cu納米顆粒的合成及輻照引起的Cu納米顆粒結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的變化。具體研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　(1)采用45keV Cu離子注入到SiO2基體到1×1017ions/cm2的

3、劑量，在形成Cu納米顆粒的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步使用190keV N離子輻照Cu納米顆粒到兩個不同的劑量5×1015和1×1016ions/cm2，研究了輻照引起的Cu納米顆粒結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的變化。研究結(jié)果表明，低劑量的N離子輻照的樣品在經(jīng)過600℃退火后，Cu納米顆粒的SPR峰明顯增強(qiáng)，而高劑量N離子輻照的樣品Cu納米顆粒的SPR峰沒有明顯的變化。800℃退火后，SPR吸收峰幾乎消失。隨著退火溫度的升高，Cu原子的分布逐漸變窄，擴(kuò)散加快。實(shí)驗(yàn)

4、研究還觀測到了與Cu納米顆粒相關(guān)的位于500-600nm的發(fā)光帶。
　　(2)采用能量為45keV、劑量為1×1017ions/cm2的Cu離子和Zn離子順次注入到SiO2基體，并在氮?dú)庵羞M(jìn)行400-600℃退火，研究了合金納米顆粒的結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)及其熱演變。研究結(jié)果表明，Zn離子附加注入結(jié)合熱處理導(dǎo)致了Cu-Zn合金顆粒形成。在500℃退火觀測到了Cu-Zn合金顆粒引起的強(qiáng)SPR峰及相應(yīng)的光致發(fā)光帶。600℃退火后，發(fā)現(xiàn)Cu-Z