Ag离子注入SiO2纳米颗粒的合成及后续重离子辐照改性研究

摘要

离子束注入绝缘体材料是合成纳米复合材料的重要手段,它在光电子器件、生物传感器、光开关等方面有重要的应用前景。本论文围绕Ag离子注入SiO2中Ag纳米颗粒的合成及后续重离子辐照改性开展了相应的研究。其主要研究内容和结果如下:
　　(1)采用能量为45keV、剂量为5×1016ions/cm2的Ag离子注入到SiO2基底中合成Ag纳米颗粒,研究了Ag纳米颗粒的光学和结构性质。Ag离子注入到SiO2后样品在400nm处出现表面等离子共振峰。横断面透射电子显微镜(XTEM)观测结果显示,注入在SiO2浅表层产生了(111)和(200)结构的Ag纳米颗粒,并且大尺寸的纳米颗粒主要分布在靠近基底材料表面的区域,而小尺寸的纳米颗粒则分布在Ag离子的射程末端。高分辨透射电镜(HRTEM)观测结果显示,所合成的Ag纳米颗粒大部分呈现球形,且晶格排列规则整齐。
　　(2)采用Ar和Xe在相同的能量(500keV)和相同的剂量(1×1016ions/cm2)下对合成的Ag纳米颗粒进行了后续辐照,对比研究了辐照引起的Ag纳米颗粒的结构和光学性质的变化。结果表明,经Xe离子辐照后,Ag纳米颗粒的SPR峰吸收显著增强,半高宽变窄,并且在530nm出现吸收伴峰。XTEM观测分析显示,Xe离子辐照射程末端的小纳米颗粒消失,大尺寸的纳米颗粒数量显著增多,且纳米颗粒的尺寸分布均匀性有所改善。另外,HRTEM结果显示Xe离子辐照造成了纳米颗粒内部产生了各种缺陷。研究还发现在相同辐照条件下,Xe离子辐照比Ar离子辐照对纳米颗粒尺寸分布和SPR吸收峰调制效果更好。
　　(3)对比研究了不同剂量相同能量2×1016的Xe离子辐照对Ag纳米颗粒结构和光学性质的影响。结果发现,增加Xe离子的辐照剂量会显著地增强Ag纳米颗粒长波长处伴峰吸收的强度。较高剂量的Xe离子辐照后,400nmSPR峰吸收减弱,530nm吸收峰反而增强。XTEM及HRTEM观测显示,辐照剂量增加会导致具有多种结构的Ag纳米颗粒形成,如星形,八面体等。针对实验研究结果,我们提出Xe离子辐照下SPR吸收峰长波长处伴峰的出现应该与辐照引起的纳米颗粒结构损伤密切相关。同时论文还对Xe离子辐照Ag纳米颗粒结构改性的微观机理进行讨论。
　　本论文研究成果将为重离子辐照金属纳米颗粒进行尺寸和光学性质的调制提供实验和理论依据。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 离子注入合成金属纳米颗粒研究现状

1.3 金属纳米颗粒相关理论知识

1.4 离子辐照引起的纳米颗粒改性研究

1.5 本论文的选题意义和主要研究内容

第二章 实验过程及测试方法

2.1 样品的制备

2.2 测试方法及其原理

第三章 Ag离子注入SiO2纳米颗粒的合成

3.1 Ag纳米颗粒的表面等离子共振及其热演变规律

3.2 Ag纳米颗粒的结构特性

3.3 本章小结

第四章 重离子辐照对SiO2中Ag纳米颗粒光学性质及结构的影响

4.1 Ar和Xe离子辐照对Ag纳米颗粒光学性质及结构的影响

4.2 两种重离子辐照对Ag纳米颗粒等离子共振峰影响的机制研究

4.3 较高剂量Xe离子辐照对Ag纳米颗粒的光学性质及其结构的影响

4.4 Ag离子注入及后续重离子辐照SiO2样品的光致发光研究

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本论文的主要结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢