等離子體輔助納米結(jié)構(gòu)大面積自組織制造技術(shù)課件

1、等離子體輔助納米結(jié)構(gòu)大面積自組裝制造技術(shù)主講人：劉文耀2015年11月2日Outline231納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用背景納米粒子的自組裝過(guò)程面向高靈敏生化傳感應(yīng)用等離子體輔助納米結(jié)構(gòu)大面積自組裝制造技術(shù) 單一維度或多個(gè)維度尺寸達(dá)到納米級(jí) 尺寸效應(yīng)優(yōu)異 對(duì)光的反射率很低，約幾微米的厚度就能完全消光制作高效率的光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料、紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)納米結(jié)構(gòu)的性能及應(yīng)用：兼容MEMS工藝，與微納器件集成，在力學(xué)、電學(xué)、生化傳感等領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用前景！比表面積/表面活性大用于催化等方面電子和光子傳輸維度受限 新物理量子特性(表面拉曼增 強(qiáng)效應(yīng))生物分子傳感器Outline231納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用背景

2、納米粒子的可控制造過(guò)程面向高靈敏生化傳感應(yīng)用等離子體輔助納米結(jié)構(gòu)大面積自組裝制造技術(shù)1.納米顆粒結(jié)構(gòu)可控合成方法研究-氣態(tài)凝聚技術(shù)超高真空環(huán)境，磁控濺射產(chǎn)生帶電原子，經(jīng)過(guò)冷凝區(qū)凝聚成帶電納米顆粒；調(diào)控四極質(zhì)量過(guò)濾器的極子交直流電壓比，精確篩選特定質(zhì)荷比顆粒；采用純物理的方法合成納米顆粒。納米顆粒沉積系統(tǒng)納米顆?？煽刂苽溥^(guò)程納米顆粒的篩選金納米顆粒形貌模型通過(guò)改變通道距離(L)、功率、交直流電壓比(U/V) 以及氣體流量調(diào)控粒徑尺寸；采用分子動(dòng)力學(xué)方法，結(jié)合氣態(tài)凝聚機(jī)理，建立顆粒的可控納米合成模型；電壓比氣流量功率通道距離不同粒徑的金納米顆粒制備了不同粒徑、密度的納米顆?？煽亓匠叽?nm20n

3、m，尺寸純凈度高于80%；對(duì)襯底輔助施加高電壓，實(shí)現(xiàn)圓片級(jí)密度不同的納米顆粒薄膜。不同密度的納米顆粒合成生長(zhǎng)了不同材料的納米顆粒Au，Ag，Cu，ZnO等納米顆粒；合成生長(zhǎng)了不同形貌的納米顆粒結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)球狀、棒狀、棱邊狀等。銀納米顆粒金納米顆粒銅納米顆粒氧化鋅納米顆粒銅納米顆粒氧化鋅納米顆粒銀納米顆粒2.等離子體輔助納米結(jié)構(gòu)大面積自組裝制造過(guò)程Ostwald Ripening效應(yīng)，大粒子比小粒子表面能低，在總界面自由能趨性降低驅(qū)動(dòng)下，小粒子趨向大粒子，逐漸溶解，大粒子攝取小粒子生長(zhǎng)；Ostwald Ripening效應(yīng)Plasma 技術(shù)具有大面積腔體范圍內(nèi)等離子體均勻分布特性，實(shí)現(xiàn)圓片級(jí)二維納

4、米結(jié)構(gòu)粒徑、密度、組分可控制造。圓片級(jí)制造加工工藝流程不同Plasma時(shí)間制備納米結(jié)構(gòu)不同Plasma功率制備納米結(jié)構(gòu)Plasma功率越大、時(shí)間越長(zhǎng)，納米顆粒的粒徑越大；調(diào)控Plasma工藝技術(shù)的功率、時(shí)間、氣流量，可控制造二維納米薄膜。0 W5 W10 W20 W1.5 min6 min8 minplsama元素重量原子百分比百分比O K3.9621.77Ag L96.0478.23總量100.00元素重量原子百分比百分比O K7.1734.23Ag L92.8365.77總量100.00元素重量原子百分比百分比O K11.4346.52Ag L88.5753.48總量100.00(b)(c

5、)(d)不同O2:Ar比制備納米結(jié)構(gòu)不同O2:Ar比制備的納米結(jié)構(gòu)能譜圖調(diào)控Plasma氣體O2組分，實(shí)現(xiàn)二維納米薄膜材料形貌、粒徑、密度、類別可控。O2/Ar=0:100%O2/Ar=100%:0O2/Ar=50%:50%O2/Ar=25%:75%不同區(qū)域顆粒粒徑不同區(qū)域含O2量圓片級(jí)納米薄膜結(jié)構(gòu)均勻性表征示意圖采用Plasma技術(shù)，制備了3英寸圓片級(jí)二維納米薄膜結(jié)構(gòu)；Plasma等離子分布不均勻?qū)е略吘壊痪鶆?，原片均勻度大?0%。Outline231納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用背景納米粒子的可控制造過(guò)程等離子體輔助納米結(jié)構(gòu)大面積自組裝制造技術(shù)面向高靈敏生化傳感應(yīng)用納米顆粒粒徑為6nm時(shí)，退火溫度到

6、達(dá)500C，拉曼增強(qiáng)效應(yīng)最明顯；激光與納米線的入射角度平行時(shí)，拉曼增強(qiáng)效應(yīng)最明顯。不同粒徑不同退火溫度激發(fā)與納米線角度不同不同沉積時(shí)間生化傳感靈敏度影響因子： Localized Surface Plasmons (LSP) 6 nm15 min500 C平行Si和SiO2襯底上制備的納米薄膜結(jié)構(gòu)的拉曼光譜Ar氣處理不同時(shí)間O2氣處理不同時(shí)間Ar氣處理不同功率拉曼增強(qiáng)效應(yīng)與處理功率和時(shí)間有關(guān)；SiO2襯底相比Si襯底具有更加強(qiáng)的拉曼增強(qiáng)效應(yīng)；相比氧氣(O2)處理，氬氣(Ar)處理具有更高的拉曼增強(qiáng)效應(yīng)。激光從周期性結(jié)構(gòu)頂端開始沿著結(jié)構(gòu)平行移動(dòng) 低維納米結(jié)構(gòu)與探測(cè)分子的拉曼信號(hào)共振產(chǎn)生增強(qiáng)有極大的關(guān)系。 Localized Surface Plasmons (LSP)周期性結(jié)構(gòu)頂端（納米線區(qū)域）比其他結(jié)構(gòu)區(qū)域（粗糙納米薄膜）表面拉曼增強(qiáng)效應(yīng)強(qiáng)度高約3倍；有序納米結(jié)構(gòu)相比無(wú)序納米結(jié)構(gòu)具有更高的靈敏度。納米線結(jié)構(gòu)利用奇點(diǎn)結(jié)構(gòu)電磁增強(qiáng)效應(yīng)，結(jié)合自組裝技術(shù)，制備的納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)單分子量級(jí)生物分子檢