离子束制备金属纳米颗粒对介电材料光学特性的调控及应用

发布时间：2021-08-06 07:33

　　金属纳米颗粒由于其独特的局域表面等离激元共振（Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR）效应,在信息存储、医学检测、生物传感以及集成电路等众多方面,都具有广泛的应用。自二十世纪五十年代费曼首次提出纳米技术以来,金属纳米颗粒在光子学领域的研究迎来了蓬勃的发展,其中,局域表面等离激元共振对介电材料的线性及非线性的光学调制效应,已经成为集成光子学领域的研究热点之一。然而,传统的金属纳米颗粒合成技术,如化学合成等,工艺复杂,成本较高,易受环境影响,且相对不利于器件集成化发展。因此,制备性能稳定可控的金属纳米颗粒并实现其工业化生产,对于新型纳米复合材料的研究和多功能集成光子学器件的发展,都具有重要的意义。近年来,离子束技术在金属纳米颗粒制备改性介电材料方面展现出巨大的潜力。通过离子辐照过程,将加速的金属离子轰击到介电材料表面,可以将金属离子的能量传递给靶材料;由于靶材料固溶度的限制,注入的金属离子超饱和析出,从而在介电材料内部合成嵌入式的金属纳米颗粒。不同于传统的金属纳米颗粒合成方法,离子束技术为金属纳米颗粒对介电材料光学特性的调控及应用带来了崭新的前景。... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：177 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图２．１．１金属纳米颗粒的局域表面等离激元共振示意图??

粒物理合成方法之一。按照注入能量的大小，可将载能离子束注入／辐照技术分??为离子注入（注入能量一般为几百ｋｅＶ？几ＭｅＶ量级，通常把几百ｋｅＶ离子注??入称为低能离子注入）和快重离子辐照（注入能量大于几十ＭｅＶ，或者大于??ＩＭｅＶ／ｕ）。前者通常被用于球形金属纳米颗粒的制备，后者主要用于加工纳米颗??粒形貌，实现嵌入式金属纳米棒的形成。本文中的工作主要基于以上两种离子束??技术在介电材料中制备金属纳米颗粒。??；鑛银Ｉ????????????＿＾??ｗ??图２．２．１低能离子注入制备金属纳米颗粒及其演化过程示意图??２．２．１低能离子注入技术［２°］??低能离子注入技术，通过离子源将金属原子电离，利用电场对金属离子加速??至ｋｅＶ能量，注入到处于真空环境的介电材料表面，从而打破整个热力学平衡??体系，实现超过材料本身固溶度的高浓度掺杂。金属离子进入介电材料内部后，??会与介电材料中的原子相互作用，将能量传递给介电材料，最终形成金属原子单??体停留在材料表面以下一定深度。其能量传递方式有两种，包括电子能损和核能??损。电子能损过程是指金属离子与介电材料中的原子周围电子碰撞，使得电子被??激发到高能态或通过电离作用脱离原子核，而注入的金属离子的能量降低，在材??２２??

乎没??有任何误差。（５）纳米颗粒制备过程，即离子注入过程，技术成熟，速度快，既??可大批量工业化生产，也可精确地控制注入区域，可重复性高，无污染。（６）纳??米颗粒层与介电材料无缝衔接，有利于小型化和集成化发展。??２．２．２快重离子辐照技术［２４］??快重离子辐照技术??ｆ？？？？？？?ｆ?隨胃＋??／／／／／／／／??／／／／／／／／??／／／／／／／／??／?／?／?／?／?／?／?／??金属纳米颗粒?／?／?／?／?／?／?／?＞??＇?—一介电材料??图２．２．２快重离子辐照技术拉长介电材料中中金属纳米颗粒过程示意图??快重离子辐照技术，又称为高能离子辐照技术。快重离子一般是指原子序数??大于８，具有能量大于ＩＭｅＶ／ｕ的离子，如氙（Ｘｅ）离子、氩（Ａｉ＿）离子等。通??过加速快重离子并辐照介电材料表面，可以实现介电材料的改性１２４］。??与低能离子注入不同，快重离子辐照和介电材料之间的能量传递主要以电子??能损为主。辐照的离子与介电材料的原子周围电子云发生非弹性碰撞，能量首先??传递给电子，并由电子传递给介电材料原子核，最终造成原子核的移动，并在介??电材料中的运动路径上形成缺陷，也叫做离子径迹（Ｉｏｎ?ｔｒａｃｋ）。关于这个过程，??２５??

【参考文献】：
期刊论文
[1]表面等离激元——机理、应用与展望[J]. 童廉明,徐红星.  物理. 2012(09)



本文编号：3325359