包壳材料的辐照损伤及腐蚀模拟试验研究

厦大固体所相关研究基础
1、零维纳米结构不稳定性研究；
2、零维有机无机纳米球壳结构复合技术研究；
3、零维纳米结构大面积可控制备组装技术研究
4 、零维纳米结构大面积环境传感器原型研究
零维纳米结构不稳定性研究基础
1.1纳米粒子(np)和纳米孔(nc)反对称关系 np: 表面负曲率、表面张应力、低”德拜温度”、低熔点、易脱附 nc: 表面正曲率、表面压应力、高”德拜温度”、高熔点、易吸附
Zhu XF, J Phys: Condensed Matter, 15(2003) L253-261, Zhu XF et al, Inter J Nanotechnology, 3(2006) 492-516(特邀综述),
零维纳米结构不稳定性研究基础
1.2 纳米粒子和纳米孔不稳定性
因受与纳米曲曲率 有关的表面能驱动 • np 膨胀融化 • nc 收缩凝聚
国内外研究现状和发展趋势 基于单个金属纳米颗粒的气敏探测器件
贵金属纳米颗粒对被测分子的吸附，会引起纳米颗粒的 表面等离子体振荡峰(SPR)移动，实现气敏和生物化学环境检 测。
国内外研究现状和发展趋势
基于纳米球壳结构的敏感生物环境传感器
Mei理论模拟预言,相对单相银纳米颗粒, 生物环境中有 机玻璃/银有机无机纳米球壳复合结构使SPR共振峰红移到生 物窗口，且峰宽变窄,峰移更快和敏感。
零维纳米结构大面积可控制备组装技术研究基础
3.4 气相沉积退火形成硅基片上氧硅锌铜化合物定向 多孔结构
With ZnO source
Without ZnO source (control sample)
零维纳米结构大面积可控制备组装技术研究基础
3.5 溶液浸渍倾斜基片重力自组装技术
PMMA纳米球
3.2 斜角气相沉积纳米阵列结构 rotation 纳米光刻制备的周期有序钨形核晶籽
阴影效应 200nm step titled + rotated
θ titled
硅 titled onlyFra bibliotek硅零维纳米结构大面积可控制备组装技术研究基础
3.3 纳米台阶化学气相沉积纳米阵列结构
氧化锌纳米阵列结构
纳米熟化
比经典热力学描述 的要快
预 言 结 果
Zhu XF, J Phys: Condensed Matter, 15(2003) L253-261, Zhu XF et al, J Phys: APL, 79(2001) 3416-3418
零维有机无机纳米球壳结构复合技术 研究基础 特点:
包覆银前 PMMA纳 米粒子
PMMA/Ag纳米球壳结构 被检测生物分子
峰移更敏感 峰宽变窄 峰位红移 300-1100nm 生物窗口
朱贤方等, 未发表工作
存在的问题
1、非平衡低维(尤其是零维)纳米结构不稳定性问 题尚未正确理解和控制; 2、缺乏对零维纳米结构表面结构和物理化学性 能(如吸附性能)真正理解和设计,目前仅局限于其 大表面积效应理解; 3 、 较少打破传统材料种类局限, 进行零维纳米结 构复合(或者复合结果很差), 尤其是有机无机球壳 纳米结构复合； 4、缺乏成本低可操作性强的宏观大面积周期、 有序可控组装技术; 5 因此,零维纳米结构传感器尚存在信号弱、敏感 性差、信号不稳定、重复差、信号不可设计和工艺 不可确定等一系列严重问题。
零维纳米结构大面积可控制备组装技术研究基础
重大科学研究计划项目申请内容介绍 项目名称：面向环境探测的宏观尺度纳米结构 的构筑与应用基础研究
(申请纳米研究之 三、2.方向)
项目负责人： 孟 国 文
申报单位：中国科学院合肥物质科学研究院 参加单位：中科院固体所、清华大学、 浙江大学、山东大学、厦门大学
课题设置及承担单位
本项目设置如下5个课题： 01课题：零维纳米单元构筑宏观尺度纳米结构及其 环境敏感性研究；(厦门大学、固体所) 02课题：宏观尺度纳米线阵列的构筑及其对微流体 响应特性研究；(固体所、浙江大学) 03课题：宏观尺度异质复杂纳米结构设计、构筑的 新原理与新方法研究；(固体所)
国内外研究现状和发展趋势
零维纳米结构正由单相、个体、随机生长迈向多相、 多元可控复合制备和大面积、周期、有序组装, 以期 实现其功能化。 其功能化目标之一:利用零维纳米结构极强表面吸 附和其他化学物理特性构筑环境传感器, 实现对人类 生存环境和生物环境成本低、高度灵敏监测和检测, 以确保人类安全和生命健康。
特点： 溶胶-凝胶过程(仅在室 温);
设备简单、成本低、工 艺参数简单;
成密排结构
零维纳米结构大面积可控制备组装技术研究基础
3.6电沉积技术和溶液浸渍技术
大尺度单层胶体晶体模板(直径2厘米)。左图：样品的真实照片， 右图为左图的局域FESEM照片。
在这种模板的基础上，发展了宏观尺度零维纳米结构阵列的构筑 技术 ，如：(i)电沉积技术；(ii)溶液浸渍技术。 相关派生技术，如两步复型构筑技术、模板漂浮构筑技术等。这 些技术具有一定的普适性、适合于许多材料。
零维纳米结构大面积可控制备组装技 术研究基础
3.1高度可控纳米光刻阵列结构 PMMA纳米结构
特点：
加相应软件可在任何扫 描电镜上实现;
200nm
花样图案完全由计算机 设计; 最小结构可达10nm; 基片和纳米结构材料种 类可灵活改变;
金 量 子 点
为周期有序纳米组装或 生长提供了最关键技术
零维纳米结构大面积可控制备组装技术研究基础
制备出单分散(直径分 布均匀、表面光滑)的 PMMA纳米球芯; 利用硅和硫官能团表面 改性实现了键性过渡; 在纳米尺度, 实现了 PMMA球芯表面银膜均 匀致密包覆;
包覆银后 PMMA/ 银纳米球 壳结构 100 nm
克服纳米粒子极大表面 能,实现了纳米粒子间 较好机械分离;
为下一步零维纳米结构 大面积优越性能传感器 组装打下了良好基础
04课题：用于有害气体痕量探测的大尺度纳米结构 的无束缚可控生长研究；(清华大学)
05课题：由纳米孔构筑的宏观尺度金属纳米材料的 功能化设计。 (山东大学)
课题01: 零维纳米单元构筑宏观尺度纳米 结构及其环境敏感性研究 课题负责人：朱贤方 厦门大学中国澳大利亚联合功能纳米 材料实验室 中国科学院固体物理研究所