近二十多年以來,由于金屬納米棒在表面增強拉曼散射、生物檢測、生物治療等領(lǐng)域的廣闊應用前景,越來越多的科學工作者投入大量的時間和精力研究金屬納米棒的合成制備。由于晶種生長法和電化學法等傳統(tǒng)方法制備的金屬納米棒操作復雜、產(chǎn)物表面附著有毒物質(zhì)等不利因素,基于傾斜式生長和物理氣相沉積合成金屬納米棒正得到越來越多的重視。在物理氣相沉積制備金屬納米棒的發(fā)展中,臺階勢壘由于被發(fā)現(xiàn)在制備金屬納米棒時具備重要作用,因此引起廣泛的關(guān)注與研究。首先,本論文通過結(jié)合CI-NEB方法和第一性原理方法準確計算了Ag(111)面的二維臺階勢壘和三維臺階勢壘。發(fā)現(xiàn)Ag原子在Ag(111)面的二維臺階勢壘和三維臺階勢壘分別為0.19eV和0.48eV。并且,通過對電荷分布計算結(jié)果的分析,發(fā)現(xiàn),臺階勢壘來源于交換擴散過程交換擴散原子的價鍵破裂,并且由于在三維臺階擴散中,交換擴散原子破裂更加嚴重,所以Ag原子在Ag(111)面的三維臺階勢壘大于二維臺階勢壘。隨后,本論文在仔細研究分析金屬納米棒的物理氣相沉積生長過程的基礎(chǔ)上,建立了金屬納米棒二維蒙特卡洛模型。通過模型對各種不同臺階勢壘情況下的生長模擬和結(jié)果分析,發(fā)現(xiàn)二維臺階勢壘促進了臺階的出現(xiàn)和生長,三維臺階勢壘則是進一步促進了多層臺階的出現(xiàn)和生長,從而促進金屬薄膜的豎向生長,導致金屬納米棒的形成與生長。并且,隨著臺階勢壘的增大,金屬納米棒的直徑將減小,金屬納米棒將變得更加細長。接下來,利用該模型進一步的研究了溫度、沉積速率和入射角度對臺階勢壘作用的影響,發(fā)現(xiàn)了溫度減弱了臺階勢壘的作用,溫度升高,模擬體系內(nèi)臺階數(shù)量和高度和都下降,不利于金屬納米棒的生長。與溫度的影響相反,沉積速率和入射角度則是增強了臺階勢壘的作用,沉積速率或者入射角度的增大都到會增加模擬體系內(nèi)的臺階數(shù)量和高度和,金屬納米棒變得更加的細長,從而促進了金屬納米棒的生長。最后,本論文考慮到金屬納米棒制備趨勢,提出了結(jié)合沉底預處理技術(shù)和物理氣相沉積技術(shù)從而實現(xiàn)可控生長金屬納米棒的方法。為了檢驗該方法,本論文設(shè)計包含預沉積島的三維蒙特卡洛模型,經(jīng)過生長模擬與結(jié)果分析,預沉積島可以實現(xiàn)金屬納米棒的生長位置控制,并且預沉積島大小不會影響到金屬納米棒的直徑。此外,針對不同溫度、沉積速率和入射角度情況下的模擬結(jié)果分析,預沉積島的間距和納米棒的直徑具備線性關(guān)系,并且,預沉積島的間距越大,金屬納米棒的直徑越大。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;TG111
【部分圖文】：

圖 2-1Ag 元素晶胞以發(fā)現(xiàn)，隨著晶格常數(shù)的增大，整個能量最低點也就是 Ag 晶胞體系的最格常數(shù)。根據(jù)計算結(jié)果所示，晶格常4.19 較好吻合[77]。

11圖 2-2 晶格常數(shù)與能量關(guān)系擴散勢壘計算計算方法的準確性和計算參數(shù)選取的準確性做進格常數(shù)的計算結(jié)果的準確性，接下來，本論文對。圖 2-3 是計算體系中的原子結(jié)構(gòu)示意圖。在進行 5 6 大小的 Ag(111)超胞結(jié)構(gòu)，其中襯底是 5 6 層有一個待擴散原子，超胞表面三層進行弛豫優(yōu)初態(tài)和末態(tài)帶擴散原子位于相鄰位的 fcc 位。另外算體系的大小和實際計算的準確性，K 點的選取3 1。在初態(tài)和末態(tài)的體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)束后，本論

(a) (b) (c)圖 2-3 擴散勢壘計算原子結(jié)構(gòu)示意圖。(a)初態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)擴散路徑示意圖；(c)末態(tài)示意圖圖 2-4 是以初態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的能量作為基態(tài)參考能量，對各鏡像使用了CI-NEB 方法計算后的能量狀態(tài)圖。從圖 2-4 中，可以得出，Ag 原子在 Ag(111)面進行表面擴散時，它將經(jīng)歷一個對稱的峰結(jié)構(gòu)能量勢壘。它首先將經(jīng)歷一個較高的擴散勢壘后體系將進入一個次穩(wěn)態(tài)，體系能量迅速下降，但是比初態(tài)能量仍舊有些許增高，隨后帶擴散原子在表面再經(jīng)歷一個相同大小的擴散勢壘最終擴散至末態(tài)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。因此，以初態(tài)能量做參考，Ag 原子在 Ag(111)面擴散勢壘為 0.089eV，該理論計算值和文獻報道的實驗測定值符合的很好[78,79]。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王全彪;楊瑞東;楊宇;;外延生長亞單層Si薄膜的動力學蒙特卡羅模擬[J];材料導報;2007年02期

2 葉健松,胡曉君;超薄膜外延生長的Monte Carlo模擬[J];物理學報;2002年05期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 王準準;表面吸附與生長的第一性原理研究[D];中國科學技術(shù)大學;2014年

本文編號：2811627