Ni、Ag离子注入SiO2纳米颗粒的合成、表征与调控

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本文利用离子注入技术将Ni、Ag离子单独地或顺次地注入到Si02中。借助紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、原子力显微镜(AFM)、掠入射X射线衍射(GXRD)和卢瑟福背散射(RBS)等检测手段对纳米颗粒的合成、热演变以及复合材料的光吸收特性作了详细的研究。主要内容及成果如下:(1)将60keV的Ni离子以不同剂量注入Si02中,剂量分别为1×1016、5×1016、1×1017/cm2。研究了Ni纳米颗粒的形成对注入剂量的依赖关系以及Ar气氛中退火的演变过程。结果表明:剂量为1×1016/cm2的样品退火前后均未能形成纳米颗粒;剂量为5×1016/cm2和1×1017/cm2的样品中形成了纳米颗粒,退火后颗粒长大,样品表面凸起(Ni NPs)高度增加,数量减少。Si02中Ni纳米颗粒的光吸收带在310~530nm,800℃后光吸收带变得明显且伴随峰位蓝移。经1000℃退火后,Ni纳米颗粒被热分解的O氧化为NiO纳米颗粒,NiO纳米颗粒的光吸收带位于300nm附近。(2)对70keV、5×1016/cm2的Ag离子注入样品,在Ar、N2、空气三种气氛中退火。详细地研究了气氛对Ag纳米颗粒的热演变影响。Ar中退火,Ag原子向深处扩散,分布区域宽度基本不变;N2中退火,Ag原子向表面扩散,分布区域变窄。Ar、N2中700℃退火样品的光吸收强度最大。空气中退火后部分Ag被氧化生成AgO纳米颗粒,降低了样品的光吸收性能,并且Ag离子掺杂使得无定形SiO2的晶化温度降低,700℃退火时Si02开始发生晶化转变。(3)将60keV的Ni离子和70keV的Ag离子顺次注入Si02中。Ni离子选取三种剂量分别为:1×1016、5×1016、1×1017/cm2, Ag离子剂量为5×1016/cm2。研究了先期Ni离子剂量对复合材料中纳米颗粒及其光学特性的影响。结果表明:双注入样品光吸收强度低于相同剂量的单Ag注入样品,SPR峰位随先期Ni离子剂量的增加而蓝移。复合材料中的纳米颗粒为分离的单质纳米颗粒。光吸收强度并非随Ni离子剂量单调变化,强度的变化是由于Ni离子注入影响了后期Ag注入子的沉积。
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