包殼材料的輻照損傷及腐蝕模擬試驗(yàn)研究課件

項(xiàng)目名稱：面向環(huán)境探測(cè)的宏觀尺度納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑與應(yīng)用基礎(chǔ)研究

(申請(qǐng)納米研究之三、2.方向)

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：孟國文

申報(bào)單位：中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院

參加單位：中科院固體所、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、山東大學(xué)、廈門大學(xué)重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)內(nèi)容介紹

項(xiàng)目名稱：面向環(huán)境探測(cè)的宏觀尺度納米結(jié)構(gòu)重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目1課題設(shè)置及承擔(dān)單位本項(xiàng)目設(shè)置如下5個(gè)課題：01課題：零維納米單元構(gòu)筑宏觀尺度納米結(jié)構(gòu)及其環(huán)境敏感性研究；(廈門大學(xué)、固體所)02課題：宏觀尺度納米線陣列的構(gòu)筑及其對(duì)微流體響應(yīng)特性研究；(固體所、浙江大學(xué))03課題：宏觀尺度異質(zhì)復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)筑的新原理與新方法研究；(固體所)04課題：用于有害氣體痕量探測(cè)的大尺度納米結(jié)構(gòu)的無束縛可控生長研究；(清華大學(xué))05課題：由納米孔構(gòu)筑的宏觀尺度金屬納米材料的功能化設(shè)計(jì)。

(山東大學(xué))課題設(shè)置及承擔(dān)單位本項(xiàng)目設(shè)置如下5個(gè)課題：2課題01:零維納米單元構(gòu)筑宏觀尺度納米結(jié)構(gòu)及其環(huán)境敏感性研究課題負(fù)責(zé)人：朱賢方廈門大學(xué)中國澳大利亞聯(lián)合功能納米材料實(shí)驗(yàn)室中國科學(xué)院固體物理研究所課題01:零維納米單元構(gòu)筑宏觀尺度納米結(jié)構(gòu)及其環(huán)境敏感性研3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)零維納米結(jié)構(gòu)正由單相、個(gè)體、隨機(jī)生長邁向多相、多元可控復(fù)合制備和大面積、周期、有序組裝,以期實(shí)現(xiàn)其功能化。其功能化目標(biāo)之一:利用零維納米結(jié)構(gòu)極強(qiáng)表面吸附和其他化學(xué)物理特性構(gòu)筑環(huán)境傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)人類生存環(huán)境和生物環(huán)境成本低、高度靈敏監(jiān)測(cè)和檢測(cè),以確保人類安全和生命健康。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)零維納米結(jié)構(gòu)正由單相、個(gè)體、隨機(jī)生4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)基于單個(gè)金屬納米顆粒的氣敏探測(cè)器件貴金屬納米顆粒對(duì)被測(cè)分子的吸附，會(huì)引起納米顆粒的表面等離子體振蕩峰(SPR)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣敏和生物化學(xué)環(huán)境檢測(cè)。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)5朱賢方等,未發(fā)表工作國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)基于納米球殼結(jié)構(gòu)的敏感生物環(huán)境傳感器Mei理論模擬預(yù)言,相對(duì)單相銀納米顆粒,生物環(huán)境中有機(jī)玻璃/銀有機(jī)無機(jī)納米球殼復(fù)合結(jié)構(gòu)使SPR共振峰紅移到生物窗口，且峰寬變窄,峰移更快和敏感。峰移更敏感PMMA/Ag納米球殼結(jié)構(gòu)被檢測(cè)生物分子300-1100nm生物窗口峰寬變窄峰位紅移朱賢方等,未發(fā)表工作國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)峰移更敏感P6存在的問題1、非平衡低維(尤其是零維)納米結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性問題尚未正確理解和控制;2、缺乏對(duì)零維納米結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能(如吸附性能)真正理解和設(shè)計(jì),目前僅局限于其大表面積效應(yīng)理解;3、

較少打破傳統(tǒng)材料種類局限,進(jìn)行零維納米結(jié)構(gòu)復(fù)合(或者復(fù)合結(jié)果很差),尤其是有機(jī)無機(jī)球殼納米結(jié)構(gòu)復(fù)合；4、缺乏成本低可操作性強(qiáng)的宏觀大面積周期、有序可控組裝技術(shù);5因此,零維納米結(jié)構(gòu)傳感器尚存在信號(hào)弱、敏感性差、信號(hào)不穩(wěn)定、重復(fù)差、信號(hào)不可設(shè)計(jì)和工藝不可確定等一系列嚴(yán)重問題。存在的問題1、非平衡低維(尤其是零維)納米結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性問題尚7廈大固體所相關(guān)研究基礎(chǔ)1、零維納米結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性研究；2、零維有機(jī)無機(jī)納米球殼結(jié)構(gòu)復(fù)合技術(shù)研究；3、零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究4、零維納米結(jié)構(gòu)大面積環(huán)境傳感器原型研究廈大固體所相關(guān)研究基礎(chǔ)1、零維納米結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性研究；81.1納米粒子(np)和納米孔(nc)反對(duì)稱關(guān)系np:表面負(fù)曲率、表面張應(yīng)力、低”德拜溫度”、低熔點(diǎn)、易脫附nc:表面正曲率、表面壓應(yīng)力、高”德拜溫度”、高熔點(diǎn)、易吸附

ZhuXF,JPhys:CondensedMatter,15(2003)L253-261,ZhuXFetal,InterJNanotechnology,3(2006)492-516(特邀綜述),零維納米結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性研究基礎(chǔ)1.1納米粒子(np)和納米孔(nc)反對(duì)稱關(guān)系ZhuXF91.2納米粒子和納米孔不穩(wěn)定性因受與納米曲曲率有關(guān)的表面能驅(qū)動(dòng)np膨脹融化nc收縮凝聚比經(jīng)典熱力學(xué)描述的要快零維納米結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性研究基礎(chǔ)ZhuXF,JPhys:CondensedMatter,15(2003)L253-261,ZhuXFetal,JPhys:APL,79(2001)3416-3418預(yù)言結(jié)果1.2納米粒子和納米孔不穩(wěn)定性因受與納米曲曲率有關(guān)的表面能10零維有機(jī)無機(jī)納米球殼結(jié)構(gòu)復(fù)合技術(shù)研究基礎(chǔ)特點(diǎn):制備出單分散(直徑分布均勻、表面光滑)的PMMA納米球芯;利用硅和硫官能團(tuán)表面改性實(shí)現(xiàn)了鍵性過渡;在納米尺度,實(shí)現(xiàn)了PMMA球芯表面銀膜均勻致密包覆;克服納米粒子極大表面能,實(shí)現(xiàn)了納米粒子間較好機(jī)械分離;為下一步零維納米結(jié)構(gòu)大面積優(yōu)越性能傳感器組裝打下了良好基礎(chǔ)100nm包覆銀前PMMA納米粒子包覆銀后PMMA/銀納米球殼結(jié)構(gòu)零維有機(jī)無機(jī)納米球殼結(jié)構(gòu)復(fù)合技術(shù)研究基礎(chǔ)特點(diǎn):100nm包11零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.1高度可控納米光刻陣列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：加相應(yīng)軟件可在任何掃描電鏡上實(shí)現(xiàn);花樣圖案完全由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì);最小結(jié)構(gòu)可達(dá)10nm;基片和納米結(jié)構(gòu)材料種類可靈活改變;為周期有序納米組裝或生長提供了最關(guān)鍵技術(shù)

200nm金量子點(diǎn)PMMA納米結(jié)構(gòu)零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.1高度可控納米12納米光刻制備的周期有序鎢形核晶籽steptitled+rotatedtitledonly零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.2斜角氣相沉積納米陣列結(jié)構(gòu)200nm硅硅θrotationtitled陰影效應(yīng)納米光刻制備的周期有序鎢形核晶籽steptitled+13零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.3納米臺(tái)階化學(xué)氣相沉積納米陣列結(jié)構(gòu)<001><011><011><001><011><001>200um20um10um2um氧化鋅納米陣列結(jié)構(gòu)納米熟化零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.3納米臺(tái)階化14WithZnOsourceWithoutZnOsource(controlsample)<001><001>2um零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.4氣相沉積退火形成硅基片上氧硅鋅銅化合物定向多孔結(jié)構(gòu)WithZnOsourceWithoutZnOsou15零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.5溶液浸漬傾斜基片重力自組裝技術(shù)特點(diǎn)：溶膠-凝膠過程(僅在室溫);設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、工藝參數(shù)簡(jiǎn)單;成密排結(jié)構(gòu)PMMA納米球零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.5溶液浸漬傾16大尺度單層膠體晶體模板(直徑2厘米)。左圖：樣品的真實(shí)照片，右圖為左圖的局域FESEM照片。

在這種模板的基礎(chǔ)上，發(fā)展了宏觀尺度零維納米結(jié)構(gòu)陣列的構(gòu)筑技術(shù)，如：(i)電沉積技術(shù)；(ii)溶液浸漬技術(shù)。相關(guān)派生技術(shù)，如兩步復(fù)型構(gòu)筑技術(shù)、模板漂浮構(gòu)筑技術(shù)等。這些技術(shù)具有一定的普適性、適合于許多材料。

零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.6電沉積技術(shù)和溶液浸漬技術(shù)大尺度單層膠體晶體模板(直徑2厘米)。左圖：樣品的真實(shí)照片，17基于單層膠體晶體與蒸發(fā)沉積技術(shù)構(gòu)筑的Au納米顆粒陣列（平方厘米尺度）(AFM照片,圖中橫軸刻度：1m)。FQSun,etal,Appl.Phys.B.(2005)81,765–768基于溶液浸漬模板技術(shù)構(gòu)筑的Fe2O3納米環(huán)陣列（平方厘米尺度）(AFM照片,圖中橫軸刻度：1m)。FQSun,etal,Adv.Funct.Mater.,(2004)14(3),283-288

零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.6電沉積技術(shù)和溶液浸漬技術(shù)(續(xù))基于單層膠體晶體與蒸發(fā)沉積技術(shù)構(gòu)筑的Au納米顆粒陣列（平方厘18基于單層膠體晶體與電沉積技術(shù)構(gòu)筑的Au有序孔陣列（平方厘米尺度）FQSun,etal,Adv.Mater.,(2004),16(13),1116-1121基于單層膠體晶體與電沉積技術(shù)構(gòu)筑的Ni(OH)2分級(jí)結(jié)構(gòu)空心球陣列（平方厘米尺度）(左上插圖：樣品邊緣處形貌，表明空心結(jié)構(gòu)；右上圖：局域放大圖，表明分級(jí)結(jié)構(gòu))。GT.Duan,etal，AdvFunct.Mater.,2006,inpress零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.6電沉積技術(shù)和溶液浸漬技術(shù)(續(xù))基于單層膠體晶體與電沉積技術(shù)構(gòu)筑的Au有序孔陣列（平方厘米尺19基于納米結(jié)構(gòu)有序孔膜的氣敏器件。左圖：陶瓷管表面上SnO2納米結(jié)構(gòu)有序孔膜氣敏器件照片，插圖為SnO2納米結(jié)構(gòu)有序孔膜（4層）表面形貌（孔徑350nm）；右圖：乙醇?xì)夥罩?100ppm)的電響應(yīng)曲線。[FQ.Sun,etal,Adv.Mater.2005,17,2872-2877]

零維納米結(jié)構(gòu)大面積環(huán)境傳感器原型研究基礎(chǔ)4.1環(huán)境中痕量物質(zhì)探測(cè)的原型器件:有序孔膜的氣敏器件基于納米結(jié)構(gòu)有序孔膜的氣敏器件。左圖：陶瓷管表面上SnO2納20基于單層空心球納米結(jié)構(gòu)光子晶體的光學(xué)氣敏器件。插圖：Ni(OH)2單層空心球納米陣列局域形貌；曲線a：為對(duì)應(yīng)的光透射譜；曲線b：為在乙醇?xì)夥罩斜┞?0分鐘后的光透射譜；曲線c：為隨后在100oC、5分鐘后的光透射譜。展示出氣敏的光學(xué)截至帶。[GT.Duan,etalAdvFunct.Mater.,2006,inpress]零維納米結(jié)構(gòu)大面積環(huán)境傳感器原型研究基礎(chǔ)4.2環(huán)境中痕量物質(zhì)探測(cè)的原型器件:有序空心球光學(xué)氣敏器件基于單層空心球納米結(jié)構(gòu)光子晶體的光學(xué)氣敏器件。插圖：Ni(O21基于金屬納米顆粒陣列的SERS痕量物質(zhì)探測(cè)器件。插圖：金顆粒陣列（每個(gè)大顆粒上均具有納米尺度的表面粗糙度）；各曲線為若丹明(6G)在不同尺度上的拉曼譜(用10－6M濃度溶液浸泡)。曲線c:為對(duì)應(yīng)于插圖所示的襯底；曲線b為對(duì)應(yīng)于相同表面粗糙度的金膜襯底；曲線a對(duì)應(yīng)于表面光滑的金膜襯底。曲線c’:為光滑表面金顆粒陣列襯底。(這種結(jié)構(gòu)的可檢測(cè)濃度可低達(dá)10-12M,見右圖)[GT.Duan,etalAppl.PhysLett.,2006,inpress]零維納米結(jié)構(gòu)大面積環(huán)境傳感器原型研究基礎(chǔ)4.3環(huán)境中痕量物質(zhì)探測(cè)的原型器件:金屬納米顆粒陣列的SERS痕量物質(zhì)探測(cè)器件基于金屬納米顆粒陣列的SERS痕量物質(zhì)探測(cè)器件。插圖：金顆粒22擬研究?jī)?nèi)容(僅廈大部分)1、銀金屬納米粒子單元宏觀尺度結(jié)構(gòu)構(gòu)筑組裝及對(duì)其生物化學(xué)環(huán)境敏感性；2、有機(jī)玻璃/銀納米球殼單元宏觀尺度結(jié)構(gòu)構(gòu)筑組裝及其對(duì)生物化學(xué)環(huán)境敏感性。擬研究?jī)?nèi)容(僅廈大部分)1、銀金屬納米粒子單元宏觀尺度結(jié)構(gòu)231、宏觀尺度納米銀粒子和有機(jī)玻璃/銀納米球殼結(jié)構(gòu)形態(tài)可控構(gòu)筑的方法探索:(1)溶液浸漬傾斜基片重力自組裝法;(2)光刻組裝法;(3)其他結(jié)構(gòu)和其他方法待定。2、宏觀納米結(jié)構(gòu)表面等離子共振消光譜對(duì)生物化學(xué)環(huán)境敏感性能測(cè)量:重點(diǎn)研究:(1)構(gòu)筑單元(納米銀粒子和有機(jī)玻璃/銀納米球殼結(jié)構(gòu))表面態(tài)與所測(cè)分子耦合元激發(fā)消光譜;(2)構(gòu)筑單元之間的相互作用耦合行為;(3)對(duì)特定生物化學(xué)環(huán)境,構(gòu)筑單元尺寸大小、結(jié)構(gòu)形狀及其界面表面態(tài)對(duì)消光譜影響；(4)構(gòu)筑單元納米結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性,尤其是其與所測(cè)分子耦合界面不穩(wěn)定性對(duì)消光譜影響。3、宏觀尺度納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用:具有實(shí)用價(jià)值的生物化學(xué)環(huán)境痕量物質(zhì)探測(cè)原型器件的設(shè)計(jì)。

擬研究?jī)?nèi)容(僅廈大部分)1、宏觀尺度納米銀粒子和有機(jī)玻璃/銀納米球殼結(jié)構(gòu)形態(tài)可控構(gòu)筑24光刻組裝法簡(jiǎn)介特定表面特性的納米構(gòu)筑單元納米光刻改性局域基片表面粘合組裝光刻組裝法簡(jiǎn)介特定表面特性的納米構(gòu)筑單元納米光刻改性局域基25項(xiàng)目名稱：面向環(huán)境探測(cè)的宏觀尺度納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑與應(yīng)用基礎(chǔ)研究

(申請(qǐng)納米研究之三、2.方向)

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：孟國文

申報(bào)單位：中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院

參加單位：中科院固體所、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、山東大學(xué)、廈門大學(xué)重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)內(nèi)容介紹

項(xiàng)目名稱：面向環(huán)境探測(cè)的宏觀尺度納米結(jié)構(gòu)重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目26課題設(shè)置及承擔(dān)單位本項(xiàng)目設(shè)置如下5個(gè)課題：01課題：零維納米單元構(gòu)筑宏觀尺度納米結(jié)構(gòu)及其環(huán)境敏感性研究；(廈門大學(xué)、固體所)02課題：宏觀尺度納米線陣列的構(gòu)筑及其對(duì)微流體響應(yīng)特性研究；(固體所、浙江大學(xué))03課題：宏觀尺度異質(zhì)復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)筑的新原理與新方法研究；(固體所)04課題：用于有害氣體痕量探測(cè)的大尺度納米結(jié)構(gòu)的無束縛可控生長研究；(清華大學(xué))05課題：由納米孔構(gòu)筑的宏觀尺度金屬納米材料的功能化設(shè)計(jì)。

(山東大學(xué))課題設(shè)置及承擔(dān)單位本項(xiàng)目設(shè)置如下5個(gè)課題：27課題01:零維納米單元構(gòu)筑宏觀尺度納米結(jié)構(gòu)及其環(huán)境敏感性研究課題負(fù)責(zé)人：朱賢方廈門大學(xué)中國澳大利亞聯(lián)合功能納米材料實(shí)驗(yàn)室中國科學(xué)院固體物理研究所課題01:零維納米單元構(gòu)筑宏觀尺度納米結(jié)構(gòu)及其環(huán)境敏感性研28國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)零維納米結(jié)構(gòu)正由單相、個(gè)體、隨機(jī)生長邁向多相、多元可控復(fù)合制備和大面積、周期、有序組裝,以期實(shí)現(xiàn)其功能化。其功能化目標(biāo)之一:利用零維納米結(jié)構(gòu)極強(qiáng)表面吸附和其他化學(xué)物理特性構(gòu)筑環(huán)境傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)人類生存環(huán)境和生物環(huán)境成本低、高度靈敏監(jiān)測(cè)和檢測(cè),以確保人類安全和生命健康。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)零維納米結(jié)構(gòu)正由單相、個(gè)體、隨機(jī)生29國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)基于單個(gè)金屬納米顆粒的氣敏探測(cè)器件貴金屬納米顆粒對(duì)被測(cè)分子的吸附，會(huì)引起納米顆粒的表面等離子體振蕩峰(SPR)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣敏和生物化學(xué)環(huán)境檢測(cè)。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)30朱賢方等,未發(fā)表工作國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)基于納米球殼結(jié)構(gòu)的敏感生物環(huán)境傳感器Mei理論模擬預(yù)言,相對(duì)單相銀納米顆粒,生物環(huán)境中有機(jī)玻璃/銀有機(jī)無機(jī)納米球殼復(fù)合結(jié)構(gòu)使SPR共振峰紅移到生物窗口，且峰寬變窄,峰移更快和敏感。峰移更敏感PMMA/Ag納米球殼結(jié)構(gòu)被檢測(cè)生物分子300-1100nm生物窗口峰寬變窄峰位紅移朱賢方等,未發(fā)表工作國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)峰移更敏感P31存在的問題1、非平衡低維(尤其是零維)納米結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性問題尚未正確理解和控制;2、缺乏對(duì)零維納米結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能(如吸附性能)真正理解和設(shè)計(jì),目前僅局限于其大表面積效應(yīng)理解;3、

較少打破傳統(tǒng)材料種類局限,進(jìn)行零維納米結(jié)構(gòu)復(fù)合(或者復(fù)合結(jié)果很差),尤其是有機(jī)無機(jī)球殼納米結(jié)構(gòu)復(fù)合；4、缺乏成本低可操作性強(qiáng)的宏觀大面積周期、有序可控組裝技術(shù);5因此,零維納米結(jié)構(gòu)傳感器尚存在信號(hào)弱、敏感性差、信號(hào)不穩(wěn)定、重復(fù)差、信號(hào)不可設(shè)計(jì)和工藝不可確定等一系列嚴(yán)重問題。存在的問題1、非平衡低維(尤其是零維)納米結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性問題尚32廈大固體所相關(guān)研究基礎(chǔ)1、零維納米結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性研究；2、零維有機(jī)無機(jī)納米球殼結(jié)構(gòu)復(fù)合技術(shù)研究；3、零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究4、零維納米結(jié)構(gòu)大面積環(huán)境傳感器原型研究廈大固體所相關(guān)研究基礎(chǔ)1、零維納米結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性研究；331.1納米粒子(np)和納米孔(nc)反對(duì)稱關(guān)系np:表面負(fù)曲率、表面張應(yīng)力、低”德拜溫度”、低熔點(diǎn)、易脫附nc:表面正曲率、表面壓應(yīng)力、高”德拜溫度”、高熔點(diǎn)、易吸附

ZhuXF,JPhys:CondensedMatter,15(2003)L253-261,ZhuXFetal,InterJNanotechnology,3(2006)492-516(特邀綜述),零維納米結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性研究基礎(chǔ)1.1納米粒子(np)和納米孔(nc)反對(duì)稱關(guān)系ZhuXF341.2納米粒子和納米孔不穩(wěn)定性因受與納米曲曲率有關(guān)的表面能驅(qū)動(dòng)np膨脹融化nc收縮凝聚比經(jīng)典熱力學(xué)描述的要快零維納米結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性研究基礎(chǔ)ZhuXF,JPhys:CondensedMatter,15(2003)L253-261,ZhuXFetal,JPhys:APL,79(2001)3416-3418預(yù)言結(jié)果1.2納米粒子和納米孔不穩(wěn)定性因受與納米曲曲率有關(guān)的表面能35零維有機(jī)無機(jī)納米球殼結(jié)構(gòu)復(fù)合技術(shù)研究基礎(chǔ)特點(diǎn):制備出單分散(直徑分布均勻、表面光滑)的PMMA納米球芯;利用硅和硫官能團(tuán)表面改性實(shí)現(xiàn)了鍵性過渡;在納米尺度,實(shí)現(xiàn)了PMMA球芯表面銀膜均勻致密包覆;克服納米粒子極大表面能,實(shí)現(xiàn)了納米粒子間較好機(jī)械分離;為下一步零維納米結(jié)構(gòu)大面積優(yōu)越性能傳感器組裝打下了良好基礎(chǔ)100nm包覆銀前PMMA納米粒子包覆銀后PMMA/銀納米球殼結(jié)構(gòu)零維有機(jī)無機(jī)納米球殼結(jié)構(gòu)復(fù)合技術(shù)研究基礎(chǔ)特點(diǎn):100nm包36零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.1高度可控納米光刻陣列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：加相應(yīng)軟件可在任何掃描電鏡上實(shí)現(xiàn);花樣圖案完全由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì);最小結(jié)構(gòu)可達(dá)10nm;基片和納米結(jié)構(gòu)材料種類可靈活改變;為周期有序納米組裝或生長提供了最關(guān)鍵技術(shù)

200nm金量子點(diǎn)PMMA納米結(jié)構(gòu)零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.1高度可控納米37納米光刻制備的周期有序鎢形核晶籽steptitled+rotatedtitledonly零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.2斜角氣相沉積納米陣列結(jié)構(gòu)200nm硅硅θrotationtitled陰影效應(yīng)納米光刻制備的周期有序鎢形核晶籽steptitled+38零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.3納米臺(tái)階化學(xué)氣相沉積納米陣列結(jié)構(gòu)<001><011><011><001><011><001>200um20um10um2um氧化鋅納米陣列結(jié)構(gòu)納米熟化零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.3納米臺(tái)階化39WithZnOsourceWithoutZnOsource(controlsample)<001><001>2um零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.4氣相沉積退火形成硅基片上氧硅鋅銅化合物定向多孔結(jié)構(gòu)WithZnOsourceWithoutZnOsou40零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.5溶液浸漬傾斜基片重力自組裝技術(shù)特點(diǎn)：溶膠-凝膠過程(僅在室溫);設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、工藝參數(shù)簡(jiǎn)單;成密排結(jié)構(gòu)PMMA納米球零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.5溶液浸漬傾41大尺度單層膠體晶體模板(直徑2厘米)。左圖：樣品的真實(shí)照片，右圖為左圖的局域FESEM照片。

在這種模板的基礎(chǔ)上，發(fā)展了宏觀尺度零維納米結(jié)構(gòu)陣列的構(gòu)筑技術(shù)，如：(i)電沉積技術(shù)；(ii)溶液浸漬技術(shù)。相關(guān)派生技術(shù)，如兩步復(fù)型構(gòu)筑技術(shù)、模板漂浮構(gòu)筑技術(shù)等。這些技術(shù)具有一定的普適性、適合于許多材料。

零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.6電沉積技術(shù)和溶液浸漬技術(shù)大尺度單層膠體晶體模板(直徑2厘米)。左圖：樣品的真實(shí)照片，42基于單層膠體晶體與蒸發(fā)沉積技術(shù)構(gòu)筑的Au納米顆粒陣列（平方厘米尺度）(AFM照片,圖中橫軸刻度：1m)。FQSun,etal,Appl.Phys.B.(2005)81,765–768基于溶液浸漬模板技術(shù)構(gòu)筑的Fe2O3納米環(huán)陣列（平方厘米尺度）(AFM照片,圖中橫軸刻度：1m)。FQSun,etal,Adv.Funct.Mater.,(2004)14(3),283-288

零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.6電沉積技術(shù)和溶液浸漬技術(shù)(續(xù))基于單層膠體晶體與蒸發(fā)沉積技術(shù)構(gòu)筑的Au納米顆粒陣列（平方厘43基于單層膠體晶體與電沉積技術(shù)構(gòu)筑的Au有序孔陣列（平方厘米尺度）FQSun,etal,Adv.Mater.,(2004),16(13),1116-1121基于單層膠體晶體與電沉積技術(shù)構(gòu)筑的Ni(OH)2分級(jí)結(jié)構(gòu)空心球陣列（平方厘米尺度）(左上插圖：樣品邊緣處形貌，表明空心結(jié)構(gòu)；右上圖：局域放大圖，表明分級(jí)結(jié)構(gòu))。GT.Duan,etal，AdvFunct.Mater.,2006,inpress零維納米結(jié)構(gòu)大面積可控制備組裝技術(shù)研究基礎(chǔ)3.6電沉積技術(shù)和溶液浸漬技術(shù)(續(xù))基于單層膠體晶體與電沉積技術(shù)構(gòu)筑的Au有序孔陣列（平方厘米尺44基于納米結(jié)構(gòu)有序孔膜的氣敏器件。左圖：陶瓷管表面上SnO2納米結(jié)構(gòu)有序孔膜氣敏器件照片，插圖為SnO2納米結(jié)構(gòu)有序孔膜（4層）表面形貌（孔徑350nm）；右圖：乙醇?xì)夥罩?100ppm)的電響應(yīng)曲線。[FQ.Sun,etal,Adv.Mater.2005,17,2872-2877]

零維納米結(jié)構(gòu)大面積環(huán)境傳感器原型研究基礎(chǔ)4.1環(huán)境中痕量物質(zhì)探測(cè)的原型器件:有序孔膜的氣敏器件基于納米結(jié)構(gòu)有序孔膜的氣敏器件。左圖：陶瓷管表面上SnO2納45基于單層空心球納米結(jié)構(gòu)光子晶體的光學(xué)氣敏器件。插圖：Ni(OH)2單層空心球納米陣列局域形貌；曲線a：為對(duì)應(yīng)的光透射譜；曲線b：為在乙醇?xì)夥罩斜┞?0分鐘后的光透射譜；曲線c：為隨后在100oC、5分鐘后的光透射譜。展示出氣敏