Pb包裹团簇的热力学稳定性和BN团簇薄膜的场发射性质研究

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纳米团簇的性质和行为已经有很多年的研究历史,作为纳米颗粒的团簇在目前的新兴的纳米科技中有了一席之地。团簇束流技术是制备团簇组装纳米材料的最方便和最容易控制的方法,我的工作就是在我们团簇束流沉积系统UHV-CBS上面开展的关于沉积团簇材料的性质和行为的研究。主要包括以下的几个问题。 氧化层包裹的Pb团簇的热力学稳定性研究和纳米喷射的产生。在这一研究中,我们首先制备了氧化层包裹的Pb纳米团簇薄膜,之后通过加热和原位检测的方法观察它的形貌变化,我们发现当团簇薄膜被加热到一定程度的时候,熔化的团簇内核冲破氧化层的阻碍,喷射而出,之后凝结在衬底上形成蝌蚪状的长尾结构,即液体经过纳米尺寸的微孔喷射(NANOJET)。变温拉曼的结果表明,这一现象是由内核膨胀受到限制,事实上也就是由此产生的随温度变化的内压强驱动的,这一压力首先随着温度上升内核膨胀受限积累而上升,之后随着外壳被冲破形成纳米喷射之后压力被释放。这些证据充分证明了NANOJET的首次成功实验制备并且也给出了纳米喷射产生的机制。同时加热温度改变下的最小爆炸颗粒尺寸变化的效应也证明了我们提出的喷射机制。另外当我们通入惰性气体改变加热时候的真空条件,包裹团簇的爆炸形态也发生了变化,在低真空的时候形成纳米喷射,而在粗真空的时候形成四射的爆炸,也即纳米团簇结构的非库仑爆炸。我们在文中也考虑了颗粒晶化、表面完整度和气体气压在喷射机制中的参与方式。 利用团簇束流方法改善BN薄膜的场发射性能。这一工作是从考察BN薄膜的场发射工作中的消耗和寿命开始的,从中我们总结出纳米级别下的形貌和场发 射的性能有着直接的关系。最后我们制备了团簇组装的BN薄膜,并且测量了它的场发射性能,发现它比起普通方法制备的薄膜有着更高的发射电流和更低的阈值电压(1mA/cm<’2> at 5V/um),而且更进一步的比较发现,即使比起目前很流行的碳纳米管场发射阵列也并不逊色(S.H.Jo et a1Appl.Phys.Lett.2004 84(3)413),有一定的应用价值。 低能Ar<’+>离子轰击MgF<,2>表面形成周期性纳米波纹的研究。我们利用定向的低能离子束在MgF<,2>表面制备了周期为83nm的纳米波纹,而且我们改变了入射离子的能量观察了制备的纳米波纹的深度变化,发现在600eV附近,可以制造深度最大的波纹,我们利用扩散抹平和离子轰击蚀刻两个因素参与的一个简单模型,解释了这一现象。
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