异种金属纳米颗粒飞秒激光连接作用机理及物理性能研究

发布时间：2017-03-30 10:17

  本文关键词：异种金属纳米颗粒飞秒激光连接作用机理及物理性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纳米颗粒以其优良的性能被广泛应用于物理、化学、生物和电子领域,因此纳米尺度的连接技术就显得尤为重要,然而纳米尺度的连接技术正处于起步阶段,面临着巨大的挑战,还未大量应用在工业制造和批量生产中。由于连接的对象尺度极小,连接过程中对于力、热等能量的控制需要十分的精确,才能获得良好的纳米尺度连接接头且不对基体和其他纳米元器件的结构和性能造成破坏。随之而来的是人们对于连接异种材料纳米颗粒的强烈需求,因为混合多种金属元素提供了另一种改变材料性能的途径。但目前很少有报道专注于异种金属纳米颗粒的连接。在纳米合金的研究中,目前已经有学者在试验中合成了球壳结构、混合结构、多层壳结构的纳米合金,并且在很多领域中有着重要应用。然而,还有一种纳米合金为子团簇分离的结构,这种纳米合金在理论上证实是可能的,但是至今没有在实验中找到其存在的证据。而连接异种金属纳米颗粒是合成此结构纳米合金的有效途径。为此,本文使用飞秒激光,连接异种金属纳米颗粒,首次在试验中合成了子团簇分离的纳米合金,并分析了其纳米结构和界面形貌,解释了异种金属纳米颗粒连接的机理,阐述了不同材料体系纳米颗粒的连接界面行为。最后,测试了纳米合金的光学性质和表面增强拉曼光谱。在真空中使用飞秒激光烧蚀金属靶材得到纳米颗粒,调节激光功率和照射时间控制颗粒的大小和分布密度。研究了飞秒激光与金属纳米颗粒的相互作用,讨论了不同基板对其相互作用的影响。结果表明,硅片上的金属纳米颗粒会沿飞秒激光电场方向发生移动,碳膜上的金属纳米颗粒会在飞秒激光作用下部分发生脱落。此外,研究了真空度对于飞秒激光同金属作用的影响,结果表明一定的真空度是飞秒激光诱导金属纳米颗粒连接的必要条件。使用飞秒激光连接可混溶金属纳米颗粒,首次在试验中合成了有混合界面的子团簇分离纳米合金。试验中选取Al-Fe纳米颗粒为研究对象,结果发现颗粒内部均保持晶体结构,而在界面处生成不定型结构,元素分析结果表明Al-Fe界面处有一定厚度的混合层,且元素分布与理论计算结果吻合良好,阐述了可混溶金属连接的界面行为。使用飞秒激光连接了难混溶金属纳米颗粒,首次在试验中合成了无混合界面的子团簇分离纳米合金,试验中研究了Ag-Ni和Ag-Fe两组难混溶金属纳米颗粒的连接,发现了界面处的两组晶面有着特殊夹角,面心立方(200)Ag和面心立方(200)Ni两晶面之间有着30°的夹角,从而使两晶面间的失配度为1.39%,(200)Ag和体心立方(111)Fe,两组晶面间有着35°的夹角,使得晶面间的失配度为1.12%。同时在界面处发现结构台阶,可以减少体系的表面能,揭示了难混溶金属纳米颗粒的界面特征。测试Ag-Fe纳米合金对可见光的吸收性能和Ag-Au纳米合金的表面增强拉曼光谱,发现飞秒激光照射后,对于Ag-Au纳米颗粒的拉曼光谱有增强效果。
【关键词】：纳米颗粒 飞秒激光 纳米合金 可混溶金属 难混溶金属
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-30
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义13-14
• 1.2 纳米颗粒的研究概况14-17
• 1.2.1 纳米颗粒的特点14-15
• 1.2.2 纳米颗粒的制备方法15-16
• 1.2.3 纳米颗粒连接的研究现状16-17
• 1.3 纳米合金的研究现状17-21
• 1.3.1 纳米合金的分类18-19
• 1.3.2 纳米合金的合成方法19-21
• 1.4 飞秒激光与物质的作用21-26
• 1.4.1 飞秒激光与纳米材料的作用21-24
• 1.4.2 飞秒激光引起材料烧蚀24-26
• 1.4.3 飞秒激光纳米连接技术26
• 1.5 纳米合金的应用26-28
• 1.6 本文的主要研究内容28-30
• 第2章 试验条件及方法30-36
• 2.1 试验材料30-31
• 2.2 试验设备31-33
• 2.3 纳米颗粒沉积和连接试验方法33-34
• 2.4 微观分析与性能检测34-35
• 2.4.1 微观组织分析34
• 2.4.2 光学性能检测34-35
• 2.5 数值模拟方法35-36
• 2.5.1 分子动力学模拟35
• 2.5.2 FDTD模拟35
• 2.5.3 COMSOL模拟35-36
• 第3章 飞秒激光与金属作用的研究36-59
• 3.1 引言36
• 3.2 飞秒激光引起金属烧蚀36-44
• 3.2.1 飞秒激光能量对金属烧蚀的影响36-39
• 3.2.2 飞秒激光作用时间对烧蚀的影响39-40
• 3.2.3 真空度对金属烧蚀的影响40-41
• 3.2.4 飞秒激光对金属微米线的烧蚀41-44
• 3.3 飞秒激光与金属纳米颗粒的相互作用44-55
• 3.3.1 飞秒激光对硅片上的纳米颗粒的作用44-52
• 3.3.2 飞秒激光对碳膜上的纳米颗粒的作用52-53
• 3.3.3 真空度的影响53-55
• 3.4 沉积后金属纳米颗粒的形貌55-57
• 3.5 本章小结57-59
• 第4章 飞秒激光连接可混溶金属纳米颗粒59-80
• 4.1 引言59
• 4.2 飞秒激光连接Al-Fe纳米颗粒59-75
• 4.2.1 Al-Fe连接概况59-60
• 4.2.2 Al-Fe纳米颗粒的沉积60-62
• 4.2.3 Al-Fe纳米颗粒的连接62-75
• 4.3 飞秒激光连接无限固溶体金属纳米颗粒75-79
• 4.3.1 Cu-Ni纳米颗粒的连接75-78
• 4.3.2 Fe-Cr纳米颗粒的连接78-79
• 4.4 本章小结79-80
• 第5章 飞秒激光连接难混溶金属纳米颗粒80-100
• 5.1 引言80
• 5.2 飞秒激光连接Ag-Ni纳米颗粒80-92
• 5.2.1 Ag-Ni合金体系概况80-81
• 5.2.2 Ag-Ni纳米颗粒的沉积81-83
• 5.2.3 Ag-Ni纳米颗粒的连接83-92
• 5.3 飞秒激光连接Ag-Fe纳米颗粒92-98
• 5.4 本章小结98-100
• 第6章 飞秒激光合成纳米合金颗粒的性能研究100-114
• 6.1 引言100
• 6.2 Ag-Ni纳米颗粒的热稳定性100-102
• 6.3 Ag-Fe纳米合金颗粒的光学性能102-107
• 6.4 Ag-Au纳米合金颗粒的表面增强拉曼光谱107-112
• 6.5 本章小结112-114
• 结论114-115
• 创新点115-116
• 参考文献116-125
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果125-127
• 致谢127-128
• 个人简历128

  本文关键词：异种金属纳米颗粒飞秒激光连接作用机理及物理性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：276879