删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)

螺旋波等离子体制备多种碳基薄膜原位诊断研究

本站小编 Free考研考试/2021-12-29

摘要:利用自行研制的强磁场螺旋波等离子体化学气相沉积装置(HWP-CVD), 通过改变等离子放电参数, 实现多种碳基薄膜制备. 利用朗缪尔探针、发射光谱以及质谱对Ar/CH4等离子体放电进行原位诊断; 用扫描电子显微镜和拉曼光谱对碳基薄膜进行表征. 结果表明: 在给定参数下, 等离子体放电模式均为螺旋波放电模式; 在给定CH4流量下, 等离子体中电子能量分布均足以使甲烷分子离解, 并形成含碳活性自由基. 通过CH4流量调整, 实现了不同碳基薄膜的制备. 研究表明: 当等离子体中富含CH和H自由基时, 适合类金刚石薄膜生长; 当等离子体中富含C2自由基和少H时, 适合垂直石墨烯纳米片生长. 根据等离子体诊断和薄膜表征结果, 提出了Ar螺旋波等离子体作用下甲烷分子的裂解机理, 建立了碳基薄膜的生长模型; 验证了Ar/CH4–HWP在碳基纳米薄膜制备中的可行性, 为HWP-CVD技术制备碳基纳米薄膜提供借鉴.
关键词: 发射光谱/
质谱/
碳基薄膜/
螺旋波等离子体

English Abstract


--> --> -->
碳的同素异构体种类很多, 是化学周期表中唯一具有从零维到三维同素异形体的元素, 其原子存在sp1, sp2和sp3杂化成键方式[1]. 碳纳米薄膜化学键的性质、尺寸和形状共同决定了其介观性能[2]. 零维(0-DCNs)的碳纳米结构有富勒烯、纳米金刚石、类洋葱碳等; 一维(1-DCNs)的碳纳米结构包括碳纳米管和碳纳米纤维; 二维(2-DCNs)的碳纳米结构包括石墨烯、碳纳米墙(也称为垂直石墨烯); 三维(3-DCNs)碳纳米薄膜包括纳米晶金刚石(NCD)、类金刚石(DLC)[2,3]. 碳纳米薄膜因其独特的物理、化学和机械特性在电化学器件、场发射器、新能源材料、传感器、多相催化、生物和医学等领域具有广泛的应用前景[1-4]. 事实上, 同素异形体的电、热、机械和化学性质与它们的杂化状态和结构直接相关, 形成了同一种材料应用于不同领域的可能性. 到目前为止, 离子束[5]、溅射[6]、脉冲激光沉积[7,8]和等离子体增强化学气相沉积技术[9]在碳基相关薄膜制备中得到了广泛的应用. 相比于其他等离子体化学气相沉积法制备碳基薄膜, 螺旋波等离子体具有更高的电离率和更高的等离子体密度等特点. 自1960年以来, 已应用于等离子体处理材料、等离子体火箭推进、以及空间物理学的研究等领域中[10]. Yu等[11]报道了利用螺旋波等离子体技术成功制备了纳米碳化硅和氮化硅薄膜. 在此之前, 本课题组已经报道利用螺旋波等离子体成功制备了DLC、氮掺杂类金刚石(N-DLC)、硅氧氮(SiON)薄膜、垂直石墨烯(VGs)以及非晶碳化硅(α-SiC)薄膜[12-15].
等离子体化学气相沉积制备碳基薄膜受到等离子体中不同种类自由基浓度的影响, 活性物质和离子浓度的变化影响碳基薄膜的形态和结构特性. 利用发射光谱对等离子体中离子和亚稳态基团浓度进行分析. 结合质谱对Ar/CH4螺旋波等离子体气相反应进行研究, 诊断气相物质中存在的自由基阳离子和中性物质. 通过朗缪尔探针诊断等离子体中电子能量的分布以及电子密度的变化情况. 在维持基本放电参数(射频功率、磁场强度、氩气流量、薄膜沉积时间)不变, 只改变甲烷流量的情况下, 分析制备类金刚石和垂直石墨烯纳米片的螺旋波等离子体物质组分区别. 结合等离子体特性诊断和扫描电子显微镜表征提出Ar/CH4螺旋波等离子体在碳基纳米薄膜制备领域广泛应用的可行性, 系统地研究了薄膜形态与等离子体特性和气氛之间的关系. 为强磁场螺旋波等离子体化学气相沉积(HWP-CVD)技术制备碳基纳米薄膜提供借鉴.
通过调节甲烷流量利用强磁场螺旋波等离子体装置(HMHX)成功制备了类金刚石薄膜和垂直石墨烯纳米片. HMHX装置分为源区和反应室, 如图1所示, 装置的详细参数可见参考文献 [16]. m = +1的右螺旋半波长水冷天线置于源区, 腔体外设置水冷电磁铁提供稳态均匀磁场, 用以产生高密度螺旋波等离子体, 发射光谱(AvaSpec-2048FT-8-RM)诊断位于反应区衬底边缘位置, 质谱能谱诊断仪(EQP, electrostatic quadrupole plasma-hiden analytical 1000)位于薄膜沉积位置采集等离子体信息. 前驱体CH4通过流量控制器进入反应室, 在氩气螺旋波等离子体(波耦合)的作用下发生解离、化合形成薄膜生长所需的活性物质, 碳基薄膜在无加热、无催化剂、无偏压的硅衬底上生长. 实验中, 氩气作为螺旋波的放电气体设置为30 sccm (1 sccm = 1 mL/min), 磁场强度设置为1480 G (1 G = 10–4 T), 采用13.56 MHz的射频电源, 射频功率为1500 W, CH4流量分别为25, 65, 85, 105, 125, 145 sccm, 实验过程中其他参数保持相同.
图 1 HMHX系统原理图
Figure1. Schematic diagram of HMHX system.

为了阐明形成不同类型碳基薄膜的生长条件, 对螺旋波放电产生等离子体中物质成分进行了诊断分析. 诊断方式包括朗缪尔探针(Hiden ESPION RF/DC)、发射光谱(OES)、质谱分析. 利用扫描电子显微镜和拉曼光谱对薄膜的表面形貌和结构进行表征. 分析了Ar/CH4螺旋波等离子体物质形成过程. 结合诊断和表征分析不同种类碳基薄膜形成的因素.
发射光谱可以确定等离子体的物质组成. 图2(a)是纯氩、CH4流量为85和145 sccm时螺旋波放电产生等离子体的发射光谱图, 图2(b)(d)分别对应纯氩放电、CH4流量为85和145 sccm时螺旋波放电图. 纯氩气放电时等离子体气氛中含有大量的Ar I和Ar II离子[17]. 甲烷流量增加后等离子体气氛具有不同含量的活性基团. 发射谱线波长在350—850 nm范围内含有CH基团(431.2 nm, $ {\rm{A}}^{2}\Delta \to {\rm{X}}^{2}\Pi $), C2基团(516.5 nm, Swan $ {\rm{D}}^{3}{\Pi }_{\rm{g}} \to $$ {\rm{A}}^{3}{\Pi }_{\text{μ}} $), H Balmer (656.2 nm, Hα, n = 3→2; 486.1 nm, Hβ, n = 4→2; 434.5 nm, Hγ, n = 5→2)和激发态氩原子Ar* (751, 764, 812 nm). 发射谱线强度的变化定性反映了粒子浓度变化情况[18]. 因此根据发射光谱强度的变化分析了CH4流量变化对等离子体中活性基团浓度的影响. 图3是CH, C2, H Balmer, Ar*发射谱线强度随着CH4流量增加的变化情况. 激发态的H和Ar数密度随CH4流量增加降低, 而激发态的C2数密度随CH4流量增加而增加, 激发态CH数密度在CH4流量为105 sccm时达到峰值, 随后降低. 可以发现在CH4流量小于105 sccm时等离子体中是富含H自由基和CH活性基团, CH4流量大于105 sccm时等离子体中富含C2活性基团, 而H自由基减少. 根据文献报道, CHx是类金刚石薄膜形成的主要前驱体[3], Cheng和Teii[4]提出垂直石墨烯纳米片(VGs)的生长主要基团是C2以及不饱和自由基. H原子在DLC和VGs成膜过程中对非晶相的刻蚀起着重要作用. 氩离子在促进CH4解离以及对样品表面刻蚀起到一定的作用. 随着CH4浓度的增加, 等离子体的化学性质在衬底附近发生变化, 这将影响碳基薄膜的成核密度和质量[19].
图 2 (a)纯氩、CH4流量为85和145 sccm时的发射谱线图; (b)?(d)对应纯氩气、CH4流量为85和145 sccm时的放电照片图
Figure2. (a) OES of pure argon, methane with the flow rate of 85 and 145 sccm; (b)?(d) discharge photos of pure argon, methane with the flow rate of 85 and 145 sccm.

图 3 CH, C2, H Balmer和Ar*的发射强度与CH4流量的关系
Figure3. Emission intensity of CH, C2, H Balmer and Ar* as a function of methane flow rate.

在Ar/CH4螺旋波放电产生等离子体体系中对反应过程起主导作用的是电子与甲烷分子的碰撞、电子与气氛中中性粒子的碰撞[20]. 因此, 等离子体电子能量分布决定了CH4分子的离解和电离程度. 利用朗缪尔探针研究了Ar/CH4混合气体放电的等离子体电子密度($ {n}_{\rm{e}} $)和电子能量分布(EEDF). 等离子体的电子密度和电子能量分布通过探针采集的伏安特性曲线分析得出[21]:
${n}_{\rm{e}} \!=\! \displaystyle\int_0^\infty {f\left({\varepsilon }_{\rm{e}}\right){\rm{d}}{\varepsilon }_{\rm{e}},\;~ f\left(V\right) \!=\! \dfrac{2{m}_{\rm{e}}}{{e}^{2}{A}_{\rm{p}}}{\left(\dfrac{2 eV}{{m}_{\rm{e}}}\right)}^{1/2}\dfrac{{{\rm{d}}}^{2}{I}_{\rm{p}}}{{\rm{d}}{V}^{2}}},$
这里, Ap是暴露在等离子体中探针的表面积; $V= $$ {\varPhi }_{\rm{P}}- {V}_{\rm{p}}$, $ {\varPhi }_{\rm{P}} $是等离子体电势, $ {V}_{\rm{p}} $是探针电压; e是电子荷电量; $ {m}_{\rm{e}} $ 电子质量; $ {\varepsilon }_{\rm{e}} $是电子能量.
根据伏安特性曲线推导出EEDF, 如图4所示, 插图为伏安特性曲线. 电子能量大小的分布表明, 电子通过碰撞能够解离甲烷分子、氩原子、氢原子、氢气分子(电离能为: CH4, 17.1, 12.2, 19 eV; Ar, 13.5 eV; H, 12.75 eV; H2, 17 eV. 离解能为: C—H, 3.52—4.57 eV; H—H, 4.5 eV). 随着CH4流量的增加, 电子能量分布区域增大, 峰值位置先向高能位置移动, 再向低能位置移动. 图5给出了等离子体密度随甲烷流量的增加呈线性下降. 这主要是因为甲烷流量的增加导致放电气压增加, 电子平均自由程变短, 碰撞频率增加, 电子在两次碰撞之间不能有效地吸收能量, 在输入功率相同的情况下, 不能直接与电离气体分子碰撞, 导致新的电子、离子减少. 探针诊断结果也显示平均电子能量降低. 因此等离子体密度随着气压的增加而降低.
图 4 不同CH4流量下的电子能量分布函数
Figure4. Electron energy distribution function at different methane flow rates.

图 5 电子密度和放电气压随CH4流量增加的变化情况
Figure5. Electron density and discharge pressure as a function of methane flow.

一般而言, OES可以提供物质激发态自由基的信息. 为了获得基态和激发态自由基的信息, 利用EQP分析仪对Ar/CH4螺旋波等离子体气相物质分别进行正离子(+Ion)和中性粒子(RGA)原位诊断研究. 在+Ion模式下发现气相物质中存在大量自由基阳离子; 在RGA模式下发现气相物质中存在大量的中性物质. Ar/CH4放电气氛中+Ion谱图如图6(a)所示, 甲烷分子在氩气螺旋波等离子体中电离、解离成多种烃类离子, 薄膜沉积区域离子流的主要成分是H+, ${\rm{H}}_2^+ $, ${\rm{H}}_3^+ $, CH+, ${\rm{CH}}_2^+ $, ${\rm{CH}}_3^+ $, ${\rm{CH}}_4^+ $, ${\rm{C}}_2^+ $, C2H+, ${\rm{C}}_2{\rm{H}}_2^+ $, ${\rm{C}}_2{\rm{H}}_3^+ $, ${\rm{C}}_2{\rm{H}}_4^+ $, ${\rm{C}}_3^+ $, C3H+, ${\rm{C}}_3{\rm{H}}_2^+ $, Ar+, ArH+. 对应的质荷比($ m/e $)分别是1, 2, 3, 13, 14, 15, 16, 24, 25, 26, 27, 28, 36, 37, 38, 40, 41. 不同甲烷流量下等离子体中相对离子强度的变化如图6(b)所示, 可以发现Ar+随着甲烷流量的增加呈现下降的趋势, 这主要是因为氩初级离子的电子碰撞电离阈值高于碳氢化合物的电离能[22], 此外根据氩离子损失过程${\rm{Ar}}^{+}+ $${\rm{CH}}_{4}\Rightarrow {\rm{A}}{\rm{r}}+{\rm{CH}}_{3}^{+}+{\rm{H}},\; {\rm{Ar}}^{+}+{{\rm{H}}}_{2}\Rightarrow {\rm{H}}+{{\rm{A}}{\rm{r}}{\rm{H}}}^{+},\; {\rm{Ar}}^{+}+$$ {\rm{CH}}_{4}\Rightarrow {\rm{CH}}_{4}^{+}+{\rm{A}}{\rm{r}} $, ${\rm{Ar}}^{+}\!+\!{\rm{CH}}_{4}\Rightarrow {\rm{CH}}_{2}\!+\!{{\rm{H}}}_{2}\!+\!{\rm{A}}{\rm{r}}$[22,23], 可以判断随着甲烷含量增加, 氩离子促进了碳氢基团的形成, 随着甲烷流量的增加含碳离子呈现增长趋势. Ar/CH4放电气氛中中性气相物质谱图如图6(c)所示, 测得的质谱以Ar原子, H2分子, CH3, CH4, C2H2, C2H3, C2H4烃类物质为主. 图6(d)显示烃类物质浓度随甲烷含量的增加而增大, 大量含碳活性基团的存在能够反映Ar/CH4螺旋波等离子体中物质反应动力学过程. EQP诊断表明成膜基团的反应动力学过程受CH4流量的影响, 甲烷分子在亚稳态氩原子和电子的作用下形成Cx Hy基团, 经过连续的解离过程最终形成C2, CH, H, Cx Hy (x = 1—3; y = 1—4)活性基团. 基于Ar/CH4射频放电的反应模型[24], 结合高密度氩螺旋波等离子体的特性, 推断Ar/CH4螺旋波等离子体化学气相沉积生长碳基薄膜动力学过程, 如图7所示. 1)螺旋波激励氩等离子体产生: 射频功率通过右螺旋半波长天线激发产生主要由氩离子、自由电子和激发态粒子组成的等离子体[17,25], 是促进甲烷裂解的主要物质[22]. 2)甲烷分子解离和裂解: 激发态氩离子和自由电子沿磁力线运动至反应区与甲烷分子碰撞、电离、解离反应形成 CxHy (x = 0—3; y = 0—4). 3)气相反应动力学过程: 经过裂解产生的物质发生复合、裂解、分离等物理化学反应, 涉及的物质反应过程包括电子与原子和分子的碰撞、中性与中性粒子的碰撞、离子和中性粒子的碰撞反应. 表1列出了主要物质产生过程, 最终输运至衬底表面[20,22,24,26]. 4)薄膜生长过程: 成膜基团吸附到衬底表面, 在衬底上经过表面反应、扩散、成核、生长等复杂的物理化学反应过程.
图 6 (a) +Ion谱图(CH4 85 sccm); (b)不同CH4流量下等离子体中+Ion含量变化; (c)中性粒子谱图(CH4 85 sccm); (d)不同CH4流量下等离子体中中性粒子含量变化. SEM, 二次电子倍增
Figure6. (a) +Ion mass spectrometry (CH4 85 sccm); (b) +Ion content in plasma under different methane flow; (c) RGA mass spectrometry (CH4 85 sccm); (d) RGA content in plasma under different methane flow. SEM, secondary electron multiplier.

图 7 Ar/CH4螺旋波等离子体化学气相沉积制备碳基薄膜动力学过程
Figure7. Kinetic process of carbon-based thin films prepared by Ar/CH4 HWP-CVD.

等离子体中
主要物质
产生过程参考文献
Ar+/*${\rm{A} }{\rm{r} }\stackrel{ {{E} }\;{\rm{a} }{\rm{n} }{\rm{d} }\;{{H} } }{\longrightarrow }{\rm{Ar} }^{*}+{\rm{e} }^{-}$[22, 24]
$ {\rm{Ar}}^{*}+{\rm{e}}^{-}\Rightarrow {\rm{Ar}}^{+}+{2{\rm{e}}}^{-} $
$ {\rm{A}}{\rm{r}}+{\rm{e}}^{-}\Rightarrow {\rm{Ar}}^{*}+{\rm{e}}^{-} $
H$ {\rm{Ar}}^{*}+{{\rm{H}}}_{2}\Rightarrow {{\rm{A}}{\rm{r}}{\rm{H}}}^{*}+{\rm{H}} $[20, 22, 24]
$ {\rm{CH}}_{4}+{\rm{e}}\Rightarrow {{\rm{CH}}_{3}}^{+}+{\rm{H}}+2{\rm{e}} $
$ \Rightarrow {{\rm{CH}}_{2}}^{+}+{{\rm{H}}}_{2} $
$ \Rightarrow {\rm{C}}{\rm{H}}+{\rm{H}}+{{\rm{H}}}_{2} $
$ \Rightarrow {\rm{C}}+{2{\rm{H}}}_{2} $
CH$ {\rm{C}}+{\rm{CH}}_{4}\rightleftharpoons {\rm{C}}{\rm{H}}+{\rm{CH}}_{3} $[26]
$ {\rm{CH}}_{2}^{*}+{\rm{H}}\leftrightarrows {\rm{C}}{\rm{H}}+{{\rm{H}}}_{2} $
C2$ {\rm{A}}{\rm{r}}+{{\rm{C}}}_{2}{{\rm{H}}}_{2}\Rightarrow {{\rm{C}}}_{2}+{{\rm{H}}}_{2}+{\rm{A}}{\rm{r}} $[24]
$ {\rm{C}}+{\rm{C}}{\rm{H}}\rightleftharpoons {{\rm{C}}}_{2}+{\rm{H}} $
$ {{\rm{C}}}_{2}{\rm{H}}+{\rm{H}}\rightleftharpoons {{\rm{C}}}_{2}+{{\rm{H}}}_{2} $
$ {{\rm{C}}}_{2}{\rm{H}}+{\rm{M}}\rightleftharpoons {{\rm{C}}}_{2}+{\rm{H}}+{\rm{M}} $
C2H2$ {\rm{C}}{\rm{H}}+{\rm{CH}}_{2}\rightleftharpoons {{\rm{C}}}_{2}{{\rm{H}}}_{2}+{\rm{H}} $[24, 26]
$ {\rm{CH}}_{2}+{\rm{CH}}_{2}\rightleftharpoons {{\rm{C}}}_{2}{{\rm{H}}}_{2}+{{\rm{H}}}_{2} $
$ {\rm{CH}}_{2}+{\rm{CH}}_{2}\rightleftharpoons {{\rm{C}}}_{2}{{\rm{H}}}_{2}+2{\rm{H}} $
CHn$ {\rm{Ar}}^{+}+{\rm{CH}}_{4}\rightleftharpoons {\rm{CH}}_{n}+\left(4-n\right){\rm{H}}+{\rm{A}}{\rm{r}} $[24]
$ {\rm{e}}+{\rm{CH}}_{4}\rightleftharpoons {\rm{CH}}_{n}+\left(4-n\right){\rm{H}}+{\rm{e}} $


表1Ar/CH4螺旋波等离子体中物质反应过程
Table1.Species reaction process in Ar/CH4 HWP-CVD.

不同甲烷流量下制备的碳基薄膜在波长为514 nm可见光激发下的拉曼表征结果如图8(a)所示, 出现了碳薄膜典型的特征峰D峰和G峰. 与sp2键的石墨结构在平面内振动有关的G峰在1588 cm–1处出现. 在1321 cm–1处出现的D峰是由k ≠ 0的石墨声子对应的跃迁引起的, D峰与样品的“无序”性相关[27,28]. 对应结晶度较高的薄膜则会出现D峰和G峰的二阶峰, 即2D峰和D + G峰, 分别位于2673和2920 cm–1处. SEM表征结果如图8(b)图8(g)所示, 在低流量(25, 65 sccm)时薄膜表面呈现菜花状的团簇形貌, Robertson[3]称之为类金刚石. CH4流量增加到85和105 sccm时, 薄膜表面呈现细小米粒结构, 当CH4流量进一步增加到125和145 sccm时, 可以明显地看出薄膜表面结构出现类似墙壁状的结构, Wu等[29]称之为垂直石墨烯. OES诊断结果表明在甲烷流量小于105 sccm时, 等离子体气氛中CH充足、原子H充足, 更适合类金刚石薄膜生长, 这与Liu等[26]研究结果相符, 他们认为在类金刚石膜生长反应中CHx (x = 1—3)自由基的增加促进了DLC膜的生长. 由于非晶碳、sp2和sp3杂化碳的腐蚀速率不同, 原子氢有利于从sp2到sp3的C=C键的形成和稳定. 而在CH4流量大于等于105 sccm时, 等离子体气氛中C2充足、氢原子含量少, 更适合垂直石墨烯生长, 这与Cheng和Teii[4]以及Wu等[29]的研究结果相符, Cheng和Teii[4]的研究结果表明在弱氢条件下C2是VGs形成的优势物质, 而原子氢迁移到石墨烯层的生长表面或边缘, 去除纳米片边缘的非晶相[30,31], 通过蚀刻弱键碳原子和石墨碎片来防止额外石墨烯层的形成, 以增强碳前驱体在表面迁移到稳定的位点. 研究结果表明, 可以通过调节螺旋波等离子体的参数制备应用于不同场景的不同种类的碳基薄膜.
图 8 (a)不同CH4流量下碳基薄膜拉曼光谱图; (b)—(g)不同CH4流量情况下制备的碳基薄膜表面形貌图
Figure8. (a) Raman spectra of carbon-based thin films under different methane flow rates; (b)–(g) surface morphology of carbon nano-film under different methane flow.

利用螺旋波等离子体化学气相沉积成功实现了类金刚石和垂直石墨烯纳米片的制备. 发射光谱和质谱诊断研究了Ar/CH4螺旋波等离子体物质组成, 分析了甲烷分子在氩气螺旋波等离子体条件下碰撞解离过程. 等离子体电子能量分布表明甲烷分子与众多活性粒子在氩气螺旋波等离子体作用下能够充分解离. 诊断结果表明在甲烷流量小于105 sccm时等离子体富含CH自由基和H原子, 甲烷含量大于等于105 sccm时等离子体中富含C2活性基团, 而H原子含量减少. 甲烷含量的增加提高了含碳自由基参与碰撞解离和化学反应的频率, 是活性基团Cx Hy (x = 1—3; y = 1—4)含量增加的主要原因. 扫描电子显微镜和拉曼结果表明在富含CH自由基的等离子体中易于类金刚石薄膜的生长, 在富含C2自由基的等离子体中易于垂直石墨烯纳米片的生长. 这一研究为螺旋波等离子体化学气相沉积技术用于制备碳基纳米功能薄膜提供了借鉴.
相关话题/物质 电子 纳米 过程 化学

  • 领限时大额优惠券,享本站正版考研考试资料!
    大额优惠券
    优惠券领取后72小时内有效,10万种最新考研考试考证类电子打印资料任你选。涵盖全国500余所院校考研专业课、200多种职业资格考试、1100多种经典教材,产品类型包含电子书、题库、全套资料以及视频,无论您是考研复习、考证刷题,还是考前冲刺等,不同类型的产品可满足您学习上的不同需求。 ...
    本站小编 Free壹佰分学习网 2022-09-19
  • 随机激励下Frenkel-Kontorova模型的纳米摩擦现象
    摘要:基于一维Frenkel-Kontorova(FK)模型,借助随机龙格库塔方法,在非公度(incommensurate)和公度(commensurate)两种情形下,分别研究了高斯白噪声激励下,随机FK模型的纳米摩擦现象(滞回和超滑)随噪声强度的变化而变化的规律.两种情形表明随着噪声强度的增大, ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 基于流体模型的碳纳米管电离式传感器的结构优化方法
    摘要:与常规电离式传感器相比,碳纳米管三电极电离式气体传感器具有体积小、工作电压低的优势,对智能电网、泛在物联网的发展具有重要作用,但存在输出电流低、灵敏度低的缺点,需要从结构上对其进行优化.本文基于汤生放电原理,采用COMSOLMultiphysics多物理场直接耦合分析软件,建立了传感器二维等离 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 金纳米双球系统的高灵敏光学传感与其消光系数及局域场增强之关联
    摘要:系统地研究了最基本的单/双金纳米球系统的共振峰移动、局域场增强和消光谱等光学响应行为.发现在双金纳米球系统中,入射光除了能激发每个金纳米球的局域表面等离激元共振模式外,调整金纳米球间隙可使共振模式间产生强烈耦合,使系统局域场增强因子进一步提升,并增强光学传感能力和消光系数.有趣的是,受限于有限 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 原子替位掺杂对单层Janus WSeTe电子结构的影响
    摘要:基于第一性原理计算系统地研究了氮族、卤族和3d过渡金属元素(Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co)替位掺杂对单层Janus过渡金属硫族化合物WSeTe电子结构的影响.通过对能带结构、电荷转移以及磁性的分析,发现氮(卤)族原子替位掺杂单层WSeTe会发生本征半导体-p(n)型半导体的转变,Ti,V原 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 不同堆垛结构二硫化铼/石墨烯异质结的光电化学特性
    摘要:能源及污染是新时代所面临的重要难题,光催化技术可通过电解水产氢以及降解有机物污染物,在一定程度上解决此问题.而制备光催化活性较好、光生载流子分离效率高的光催化剂是这项技术的关键.本文采用液相剥离法结合电泳沉积法制备得到具有不同堆垛结构的二硫化铼-石墨烯(ReS2-Gra,ReS2在上)与石墨烯 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 闪电M分量光谱特征及通道温度和电子密度特性
    摘要:利用无狭缝光栅摄谱仪记录的一次闪电首次回击后3个M分量的光谱资料,分析了其光谱特征.并结合等离子体理论,首次计算了闪电M分量内部核心通道和周围电晕层通道的温度和电子密度.研究了这两个物理量沿通道的变化特性,并与相应回击放电进行了对比.结果表明:闪电M分量的光谱特征相比回击的光谱特征有明显差异, ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 高品质激光尾波场电子加速器
    摘要:激光尾波场电子加速的加速梯度相比于传统直线加速器高了3—4个量级,对于小型化粒子加速器与辐射源的研制具有重要的意义,成为当今国内外的研究热点.台式化辐射源应用需求的提高,特别是自由电子激光装置的快速发展,对电子束流品质提出了更高的要求,激光尾波场电子加速的束流品质和稳定性是目前实现新型辐射源的 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 强激光驱动高能极化正负电子束与偏振伽马射线的研究进展
    摘要:高能自旋极化正负电子束与偏振伽马射线在高能物理、实验室天体物理与核物理等领域有十分重要的应用.近年来随着超短超强激光脉冲技术的快速发展,利用强激光与物质相互作用的非线性康普顿散射和多光子Breit-Wheeler过程为制备高极化度、高束流密度的高能极化粒子束提供了新的可能.本文对基于强激光产生 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 极强激光场驱动超亮伽马辐射和正负电子对产生的研究进展
    摘要:高功率超短超强激光脉冲的诞生开启了相对论非线性光学、高强场物理、新型激光聚变、实验室天体物理等前沿领域.近年来,随着数拍瓦级乃至更高峰值功率激光装置的建成,超强激光与等离子体相互作用进入到一个全新的高强场范畴.这种极强激光场与等离子体相互作用蕴含着丰富的物理过程,除了经典的波与粒子作用、相对论 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 原位液相透射电子显微镜及其在纳米粒子表征方面的应用
    摘要:近年来,基于透射电子显微技术、微纳加工技术和薄膜制造技术的发展,原位液相透射电子显微技术产生,为构建多种纳米级分辨率尺度下的微实验平台,发展新型纳米表征技术和众多领域的相关研究提供了途径.本文首先介绍了应用于原位液相透射电子显微技术的液体腔设计要求,然后介绍了液体腔的发展和典型的制备工艺,最后 ...
    本站小编 Free考研考试 2021-12-29