基于原子组装的表面纳米结构的构筑及性能研究

发布时间：2020-07-03 08:29

【摘要】：纳米结构是指基于纳米级材料单元的新系统,它的合成与组装是将纳米粒子、纳米线、纳米管等,以某种方式将其组装以实现所需的性能,其在整个纳米科技中意义重大,是整个纳米科学和技术的基础。本论文主要研究了基于单原子、单分子组装法来构建纳米结构,通过单分子、单原子操纵与表面辅助化学合成的方式实现了特定功能纳米结构的构建。以下为本论文的主要研究成果:1、使用扫描隧道显微镜(STM)在超高真空环境实现了对吸附在硅(111)-(7×7)表面上银原子的可重复、可逆操控。建立了利用扫描隧道显微镜(STM)针尖准确提取表面的单个银原子并将该银原子放置在重建表面上的指定位置的技术路线。通过优化参数,获得了最佳的操纵条件,实现了精准原子数的银团簇纳米结构的构筑。给予所建立的操作路线,设计并构造出了一个简单的信息动态存储结构,通过STM尖端在Si表面上构建不同尺寸的“团簇-原子”纳米结构来实现纳米尺寸的信息写入,并且通过拆解团簇还可进行信息的擦除。研究了银原子团簇对最近邻位置的单个银原子的吸附结构及运动行为的调控,发现银团簇对单个银原子有长程的库伦排斥。2、在超高真空环境下,利用扫描隧道显微镜在低温环境(77K)下实现对富勒烯分子(C_(60))的可重复操控;系统研究分子操纵与电流、电压、针尖距离、操纵时间等因素之间的关系,获得了最佳的操纵条件,实现了可控、可逆操纵;此外,将Si(111)表面的单个富勒烯分子吸附于STM针尖末端后放置于Si表面有层错缺陷半单胞的中心位置,通过多次成功的操纵,统计得到半单胞的中心位点与目标分子中心位点之间的方均根误差不超过1?,证明了在硅(111)重构表面可实现原子级精度分子的操纵。利用STM垂直操纵,在无堆砌缺陷半单胞的中心与角洞位点也实现了原子级的单分子操纵。通过针尖的垂直操纵将十个C_(60)分子依次相邻地放置在硅(111)表面的角孔处,并且在分子尺度上构建了双柱分子算盘。通过操作STM针尖“拾取”并“放下”算盘珠(C_(60)分子)可实现简单数学计算。原则上,可以在两位数内实现任意加法和减法运算。此外,通过针尖将Si表面的C_(60)分子“拎起”后可释放在一微米外的目标位置,首次实现了微米级别的有机大分子搬运,为将来在宏观范围内组装功能性的分子纳米结构提供了可行性。3、采用表面化学合成法在铜(111)单晶表面,通过热解1,1'-二茂铁二羧酸分子制备了三角形石墨烯量子点结构。通过扫描隧道谱直接测量了该类三角形石墨烯量子点的局域电子态密度,揭示了非磁性局域边界态的出现,其幅度表现为向石墨烯量子点的内部衰减。成功观察到边界态的非磁性能量劈裂随着石墨烯量子点的尺寸减少而增加的现象,结合匹配了密度泛函理论计算,揭示了石墨烯与衬底的杂化效应对非磁性边界态的影响。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.1;O641.3
【图文】：

化学反应,合成化学,表面化学反应,绪论

第 1 章绪论.2.2.2 表面化学反应合成化学反应合成是一种典型的自下而上的自组装方法，通过某些化学反子和原子中制备特定的纳米材料。与传统溶液中的化学反应相比，固体生的化学反应一直是研究的焦点。因为固体表面作为一个模板可以将化限制在 2D 空间，而且没有溶剂的存在，反应温度的范围可以更大，观察并操纵反应的进行。

脱氢环化

第 1 章绪论 TPP 分子末端未被溴原子修饰，就不会形成共价超分子结构。2010 年，Mullen 研究组制备了不同形状与宽度的石墨烯纳米带，即把分 10,10'-二溴-9,9'-二蒽分子沉积在 Au(111)表面上，并在退火时诱导经ann 反应。再将其退火至 400℃进行脱氢环化，形成扶手椅型石墨烯纳米2013 年，Studer 等人利用表面受限的格拉泽偶联反应高效构建了线形聚这在溶液反应中是不会实现的[28]。Otero 等人利 STM、XPS(X-oelectron spectroscopy)在超高真空条件下，把分子前体沉积在 Pt(111)表退火至 750K 后，分子前体从三角形分子转变为圆形分子，如图 1.3 所示烯最终通过聚芳烃(C60H30)分子的脱氢环化过程形成[29]。

【参考文献】