大基元晶体的制备及表征

由大基元结构所形成的晶体所涉及的结晶行为与原子分子或离子构成的晶体不同，除具有基元材料本身的性能外，还具有基元间耦合作用产生的新颖性能，这方面的研究还处于开始阶段。本项目提出利用外延法在规则衬底上生长由Ag@SiO2@Ag等基元颗粒组成的晶体。规则衬底通过控制柔性衬底/刚性薄膜系统的结构参数、力学参数以及边界条件等来实现。通过改变这些参数来调节应力皱褶花样的皱褶周期，皱褶振幅，使其与基元颗粒相匹配，适宜基元颗粒在其上的外延生长。研究外延生长参数与晶体结构和物性的关系。同时开展大基元晶体的生长机理的研究，并与传统结晶学理论进行比较。对制备的基元颗粒、应力规则有序结构以及在其上生长的晶体进行结构和性能的表征，研究与大晶格常数相关的红外和微波等电磁波吸收性能等。开发其在隐身材料方面的应用。

由大基元结构所形成的晶体所涉及的结晶行为与原子分子或离子构成的晶体不同，除具有基元材料本身的性能外，还具有基元间耦合作用产生的新颖性能，这方面的研究还处于开始阶段。本项目在执行过程中所开展的主要研究工作有以下四个方面：.首先制备了各种用于大基元晶体生长的基元颗粒，对Y2O3、 CeO2、SiO2、Fe2O3以及改性Fe3O4-SiO2/Fe3O4-TiO2基元颗粒的制备和性能进行了研究，实验室可常规制备尺寸可控、单分散性好、适用于晶体生长的SiO2和PS颗粒；.其次，开展了晶体生长模板的研究，通过改变结构参数来调节应力皱褶花样的皱褶周期，皱褶振幅，使其与基元颗粒相匹配，适宜基元颗粒在其上的外延生长，并且利用自己设计的实验系统，研究了皱褶发生的动力学过程以及缺陷产生和形成过程，发现皱褶产生的起始位置与并非在边界上，而是在离开边界一定距离的对应于应力最大的位置，并发现快的冷却速度可以造成更多的缺陷；利用光刻技术还制备适用于侧向外延晶体生长的衬底。.然后，用制备的基元颗粒和应力皱褶和光刻技术产生制备的模板，进行了不同生长方法和结构的大基元晶体生长研究。利用提拉法实现了在应力皱褶模板上的可控生长，对于单一基元颗粒首先在应力皱褶的谷中成核生长，对于双基元颗粒则首先在先生长好的晶体边缘继续生长，说明其从形核和生长的能量上看，比其他位置更加有利于晶体的生长，这点与传统的晶体生长一致。在光刻的模板上，实现了晶体的侧向生长，并可设计缺陷结构，以便调整光学性质，可以调节Bragg衍射峰的位置，实验发现了缺陷峰。我们还开展物质输运条件对晶体生长质量影响的基础研究，得出稳定的输运条件有利于获得高质量的晶体。.最后，我们对大基元晶体及其缺陷对光学性能研究影响的研究，得出在大基元晶体中引入发光材料，可以通过晶体调节其发光波长。.在基金的资助下，获得浙江省高等学校科研成果奖一项，授权发明专利三项，发表SCI、EI收录论文20余篇，参加国际交流4人次，做邀请报告3次，培养硕士研究生10名，其中一人获国家奖学金。