嵌埋团簇Ge∶CaF_2膜光学性质的研究

采用蒸发法在不同条件下制备了不同大小的嵌埋团簇 Ge∶ Ca F2 膜 ,团簇尺寸介于 2 .1nm～ 7.8nm。电子衍射分析表明 ,Ge∶ Ca F2 团簇为微晶结构 ,晶格常数相对于体材料发生了 4.8%左右的膨胀 ;其光吸收性质表现出了明显的量子受限效应 ,随着团簇尺寸的减小 ,光吸收边蓝移 ,带隙变宽 ;从吸收强度可以看出 ,处于团簇状态 ,Ge出现了从间接带隙到直接带隙的转变。     

氧化石墨烯的变温发光

根据光致发光光谱和吸收光谱研究了氧化石墨烯(GO)的发光性能。结果表明,GO的发光源于片层内的sp²C团簇。sp²C团簇被高势垒的氧化官能团(sp³C)包围,形成了多量子阱结构。GO内有不同尺寸的sp²C团簇,其带隙与尺寸相关,尺寸越小带隙越宽,使发光覆盖范围较宽并依赖激发波长。还改变激发波长和温度,根据发光光谱研究了GO中不同局域态的发光行为。结果表明,514 nm激发的sp²C团簇的热激活能比830 nm激发的高56 MeV。温度对较小尺寸sp²C团簇的影响较小,因为尺寸越小限域效应越强,使电子空穴对的辐射跃迁几率提高。     

基体偏压对HiPIMS制备非晶碳膜结构和光电性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射(Hi PIMS)工艺在单晶硅和石英基体上沉积a-C膜,研究了基体偏压对其结构和光电性能的影响。结果表明,基体偏压的变化能显著改变薄膜的微观结构。在偏压为0~-300 V条件下制备的a-C膜,sp~2的含量均为(52.5±1.5)%,基本不变。偏压为-50 V时sp~2团簇的尺寸达到最大值(约1.93 nm),薄膜的光学带隙(0.15 e V)和电阻率(0.32Ω·cm)达到最小值;偏压继续提高则sp~2团簇的尺寸先减小后增加,光学带隙和电阻率先增加后减小,符合非晶碳膜的团簇模型。HiPIMS工艺制备的非晶碳薄膜,其sp~2团簇的尺寸决定了薄膜光学和电性学能。薄膜sp~2团簇尺寸越大,则光学带隙和电阻率越小。     

钛合金片层组织中纳米团簇析出分析

以Ti-5Al-2Zr-1Sn-1Mo-1V合金为研究对象,发现其片层组织经950℃热处理后,局部区域出现α相的球化转变,而且经不同温度热处理后都有团簇物析出。应用聚焦离子束(FIB)微区精准取样,采用透射电镜对团簇析出物进行形貌观察和晶体结构衍射分析。结果表明,片层组织中的团簇析出物由多个尺寸不超过100 nm的Sn单晶颗粒聚集而成。      

硅基氧化物薄膜的结构及光吸收特性的研究

采用射频磁控共溅射方法制备了纳米Ge颗粒尺寸的Ge-SiO2薄膜、非晶Si-SiO2薄膜和非晶AlSiO复合薄膜，分析了样品的结构，研究发现3类样品均存在较强的吸收，对于Ge-SiO2薄膜观察到光吸收边随Ge颗粒尺寸变小而蓝移的现象，这主要是由于Ge颗粒的量子限域效应所引起的。而对于非晶样品也出现了光吸收边蓝移和能隙展宽的现象，这可能是由于样品中的杂质或缺陷等受到限域作用的结果。     

团簇线规律在合金相结构中的应用

研究了Zr-Al-Ni体系中合金相的团簇结构规律,指出了在合金相结构中团簇之间以不同方式共享原子的事实.共享后有效团簇的成分就是相成分,这类相称为非团簇相;共享后的有效团簇必须加上连接原子才能构成空间相结构,这类相称为团簇相.在典型的非晶形成体系Zr-Al-Ni中,团簇相有3个:AlNiZr-Fe_2P结构,Al_2NiZr_6-InMg_2结构和Al_5Ni_3Zr_2-Mn_(23)Th_6结构.对于团簇相的成分和结构,可以用模型(相成分=[有效团簇]+(连接原子))来解释.这种用来解释非晶成分的团簇线规律是对合金相成分和结构的一种全新理解.由于团簇的形成来源于组元间的负混合焓,这应该是合金相结构中普遍存在的规律.     

中小尺寸CdS团簇的结合能随尺寸变化关系的研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法(DMOL3程序),在广义梯度近似(GGA)下计算了(CdS)n(n=9～12)团簇的基态结构、结合能等,研究了(CdS)n团簇的结合能及二次能量差分随尺寸演化的关系,结果表明,n为5和8时,(CdS)n团簇的结构稳定性相对较差;n为6和9时,对应的基态结构稳定性相对较高;通过结合能随尺寸变化关系的研究也体现了小团簇的尺寸效应.     

小尺寸锂硅团簇Si_nLi(n=1~10)的理论研究

采用密度泛函理论研究了锂硅团簇Sin Li(n=1~10)的结构、稳定性和电子性质。计算结果表明锂原子处于硅团簇表面并且位于硅原子的桥位更稳定。Sin Li团簇结合能表明锂原子的嵌入提高了硅团簇的稳定性。另外,锂原子的结合能说明锂与硅团簇的相互作用随着硅团簇尺寸的减小而增强,由此得到锂离子电池硅基负极材料嵌锂过程粉末化的一个重要原因。锂硅团簇的电离势、电子亲和势、化学势与能隙均表明Si4Li与Si7Li更容易失去一个α电子形成阳离子团簇。     

二元A1-Ni纳米团簇结合能的尺寸和成分依赖性研究

利用分子动力学的方法研究了二元A1-Ni团簇结合能的尺寸和成分依赖性。研究表明，低于300K时，团簇的结构不依赖于成分，仍然保持面心立方结构。成分一定时，团簇的结合能随着尺寸的增大而增大；尺寸一定时，A1-Ni团簇的结合能先随着Ni含量的增大而增大，当Ni含量为O．75时，达到极值，而后随着Ni含量的增大而减小，说明Al0.25Ni0.75为最稳定的结构。对于A1-Ni团簇进一步研究表明，Al有表面聚集的趋势。     

金属纳米团簇结合能的计算模型

金属团簇在尺寸较小时一般为多面体形.通过考虑团簇的内部原子、面上原子、棱上原子以及顶点原子对团簇结合能的贡献,将键能模型推广至纳米团簇体系.计算表明,虽然棱上原子以及顶点原子对大尺寸微粒的结合能贡献不大,但对于团簇的结合能计算则特别重要.推广后的键能模型可以被用来研究不同形状团簇的结构稳定性和熔化热力学等.