發(fā)布時(shí)間：2017-03-30 10:17

  本文關(guān)鍵詞：異種金屬納米顆粒飛秒激光連接作用機(jī)理及物理性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：納米顆粒以其優(yōu)良的性能被廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物和電子領(lǐng)域,因此納米尺度的連接技術(shù)就顯得尤為重要,然而納米尺度的連接技術(shù)正處于起步階段,面臨著巨大的挑戰(zhàn),還未大量應(yīng)用在工業(yè)制造和批量生產(chǎn)中。由于連接的對(duì)象尺度極小,連接過程中對(duì)于力、熱等能量的控制需要十分的精確,才能獲得良好的納米尺度連接接頭且不對(duì)基體和其他納米元器件的結(jié)構(gòu)和性能造成破壞。隨之而來的是人們對(duì)于連接異種材料納米顆粒的強(qiáng)烈需求,因?yàn)榛旌隙喾N金屬元素提供了另一種改變材料性能的途徑。但目前很少有報(bào)道專注于異種金屬納米顆粒的連接。在納米合金的研究中,目前已經(jīng)有學(xué)者在試驗(yàn)中合成了球殼結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)、多層殼結(jié)構(gòu)的納米合金,并且在很多領(lǐng)域中有著重要應(yīng)用。然而,還有一種納米合金為子團(tuán)簇分離的結(jié)構(gòu),這種納米合金在理論上證實(shí)是可能的,但是至今沒有在實(shí)驗(yàn)中找到其存在的證據(jù)。而連接異種金屬納米顆粒是合成此結(jié)構(gòu)納米合金的有效途徑。為此,本文使用飛秒激光,連接異種金屬納米顆粒,首次在試驗(yàn)中合成了子團(tuán)簇分離的納米合金,并分析了其納米結(jié)構(gòu)和界面形貌,解釋了異種金屬納米顆粒連接的機(jī)理,闡述了不同材料體系納米顆粒的連接界面行為。最后,測試了納米合金的光學(xué)性質(zhì)和表面增強(qiáng)拉曼光譜。在真空中使用飛秒激光燒蝕金屬靶材得到納米顆粒,調(diào)節(jié)激光功率和照射時(shí)間控制顆粒的大小和分布密度。研究了飛秒激光與金屬納米顆粒的相互作用,討論了不同基板對(duì)其相互作用的影響。結(jié)果表明,硅片上的金屬納米顆粒會(huì)沿飛秒激光電場方向發(fā)生移動(dòng),碳膜上的金屬納米顆粒會(huì)在飛秒激光作用下部分發(fā)生脫落。此外,研究了真空度對(duì)于飛秒激光同金屬作用的影響,結(jié)果表明一定的真空度是飛秒激光誘導(dǎo)金屬納米顆粒連接的必要條件。使用飛秒激光連接可混溶金屬納米顆粒,首次在試驗(yàn)中合成了有混合界面的子團(tuán)簇分離納米合金。試驗(yàn)中選取Al-Fe納米顆粒為研究對(duì)象,結(jié)果發(fā)現(xiàn)顆粒內(nèi)部均保持晶體結(jié)構(gòu),而在界面處生成不定型結(jié)構(gòu),元素分析結(jié)果表明Al-Fe界面處有一定厚度的混合層,且元素分布與理論計(jì)算結(jié)果吻合良好,闡述了可混溶金屬連接的界面行為。使用飛秒激光連接了難混溶金屬納米顆粒,首次在試驗(yàn)中合成了無混合界面的子團(tuán)簇分離納米合金,試驗(yàn)中研究了Ag-Ni和Ag-Fe兩組難混溶金屬納米顆粒的連接,發(fā)現(xiàn)了界面處的兩組晶面有著特殊夾角,面心立方(200)Ag和面心立方(200)Ni兩晶面之間有著30°的夾角,從而使兩晶面間的失配度為1.39%,(200)Ag和體心立方(111)Fe,兩組晶面間有著35°的夾角,使得晶面間的失配度為1.12%。同時(shí)在界面處發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)臺(tái)階,可以減少體系的表面能,揭示了難混溶金屬納米顆粒的界面特征。測試Ag-Fe納米合金對(duì)可見光的吸收性能和Ag-Au納米合金的表面增強(qiáng)拉曼光譜,發(fā)現(xiàn)飛秒激光照射后,對(duì)于Ag-Au納米顆粒的拉曼光譜有增強(qiáng)效果。
【關(guān)鍵詞】：納米顆粒 飛秒激光 納米合金 可混溶金屬 難混溶金屬
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-30
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義13-14
• 1.2 納米顆粒的研究概況14-17
• 1.2.1 納米顆粒的特點(diǎn)14-15
• 1.2.2 納米顆粒的制備方法15-16
• 1.2.3 納米顆粒連接的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 納米合金的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3.1 納米合金的分類18-19
• 1.3.2 納米合金的合成方法19-21
• 1.4 飛秒激光與物質(zhì)的作用21-26
• 1.4.1 飛秒激光與納米材料的作用21-24
• 1.4.2 飛秒激光引起材料燒蝕24-26
• 1.4.3 飛秒激光納米連接技術(shù)26
• 1.5 納米合金的應(yīng)用26-28
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容28-30
• 第2章 試驗(yàn)條件及方法30-36
• 2.1 試驗(yàn)材料30-31
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備31-33
• 2.3 納米顆粒沉積和連接試驗(yàn)方法33-34
• 2.4 微觀分析與性能檢測34-35
• 2.4.1 微觀組織分析34
• 2.4.2 光學(xué)性能檢測34-35
• 2.5 數(shù)值模擬方法35-36
• 2.5.1 分子動(dòng)力學(xué)模擬35
• 2.5.2 FDTD模擬35
• 2.5.3 COMSOL模擬35-36
• 第3章 飛秒激光與金屬作用的研究36-59
• 3.1 引言36
• 3.2 飛秒激光引起金屬燒蝕36-44
• 3.2.1 飛秒激光能量對(duì)金屬燒蝕的影響36-39
• 3.2.2 飛秒激光作用時(shí)間對(duì)燒蝕的影響39-40
• 3.2.3 真空度對(duì)金屬燒蝕的影響40-41
• 3.2.4 飛秒激光對(duì)金屬微米線的燒蝕41-44
• 3.3 飛秒激光與金屬納米顆粒的相互作用44-55
• 3.3.1 飛秒激光對(duì)硅片上的納米顆粒的作用44-52
• 3.3.2 飛秒激光對(duì)碳膜上的納米顆粒的作用52-53
• 3.3.3 真空度的影響53-55
• 3.4 沉積后金屬納米顆粒的形貌55-57
• 3.5 本章小結(jié)57-59
• 第4章 飛秒激光連接可混溶金屬納米顆粒59-80
• 4.1 引言59
• 4.2 飛秒激光連接Al-Fe納米顆粒59-75
• 4.2.1 Al-Fe連接概況59-60
• 4.2.2 Al-Fe納米顆粒的沉積60-62
• 4.2.3 Al-Fe納米顆粒的連接62-75
• 4.3 飛秒激光連接無限固溶體金屬納米顆粒75-79
• 4.3.1 Cu-Ni納米顆粒的連接75-78
• 4.3.2 Fe-Cr納米顆粒的連接78-79
• 4.4 本章小結(jié)79-80
• 第5章 飛秒激光連接難混溶金屬納米顆粒80-100
• 5.1 引言80
• 5.2 飛秒激光連接Ag-Ni納米顆粒80-92
• 5.2.1 Ag-Ni合金體系概況80-81
• 5.2.2 Ag-Ni納米顆粒的沉積81-83
• 5.2.3 Ag-Ni納米顆粒的連接83-92
• 5.3 飛秒激光連接Ag-Fe納米顆粒92-98
• 5.4 本章小結(jié)98-100
• 第6章 飛秒激光合成納米合金顆粒的性能研究100-114
• 6.1 引言100
• 6.2 Ag-Ni納米顆粒的熱穩(wěn)定性100-102
• 6.3 Ag-Fe納米合金顆粒的光學(xué)性能102-107
• 6.4 Ag-Au納米合金顆粒的表面增強(qiáng)拉曼光譜107-112
• 6.5 本章小結(jié)112-114
• 結(jié)論114-115
• 創(chuàng)新點(diǎn)115-116
• 參考文獻(xiàn)116-125
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果125-127
• 致謝127-128
• 個(gè)人簡歷128

  本文關(guān)鍵詞：異種金屬納米顆粒飛秒激光連接作用機(jī)理及物理性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：276879