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现代电子技术的进步,对微纳米结构的控制制备提出了要求。本论文通过热蒸发方法研究了SiO2纳米线生长、微米尺度ZnO准二维片状结构生长及其机理,并通过热应力作用在微米尺度平面薄膜结构及球形核/壳结构中制备出有序结构。
通过共蒸发Ag2O和SiO产生前驱SiO2蒸汽和催化剂Ag粒子,我们实现了通过气-液-固(VLS)过程利用Ag催化生长SiO2纳米线。与常规的VLS机制中生长单元通过端部的催化剂粒子体扩散传输不同,不溶于液态金属中的SiO2形成纳米线的实际传质过程是包覆于金属液滴表面的SiO2液膜层通过粘性流动方式向液滴底部与衬底接触位置传质。
在含氧环境中热蒸发金属Zn,Zn凝结粒子表面可气相生长微米尺度准二维ZnO简单六边形晶片及六角枝晶形貌晶片。表面氧化反应形成的ZnO晶核与其下Zn颗粒接触面为(0001)Zn原子密排晶面,晶核顶面为(0001)O原子密排晶面。最快速生长的(0001)Zn面被衬底限制,而接触气相生长单元的(0001)O原子面呈现化学惰性,生长速度慢,因此Zn粒子表面的ZnO晶粒主要是侧面横向生长,形成准二维晶片结构。当ZnO晶片的生长受到气相生长单元的扩散传质过程限制时,生长前沿的物质浓度分布不均匀将导致最初形成的简单六边形晶片平整生长界面失稳,生长单元主要在六边形晶片的六个顶角位置结合,顶角快速向外延伸,最终形成ZnO六角枝晶结构晶片。
薄膜在应力作用下发生屈曲形变最终可形成有序褶皱花样的性质使得通过应力工程可实现微纳米尺度有序结构的制备。形成的有序屈曲花样受应力体系不同的几何结构影响。通过热蒸发实验分别研究了微米尺度SiO2圆薄膜结构及球形Ag核/SiO2壳结构的应力屈曲花样。与常规的平面基底上的薄膜迷宫形或鲱鱼骨形波状褶皱不同,硬质Si基底上微米尺度SiO2圆薄膜在热应力作用下可形成花瓣状轴对称屈曲结构,而球形核/壳体系在大的基底曲率下形成的应力分布呈三角铺排花样,当基底面从球面变形为锥形曲面时,膜内的应力分布则表现为菲波纳契螺旋。