中性亚稳态氦原子诱导控制的化学纳米印刻技术制备表面分子纳米结构

中性亚稳态氦原子携带约20 eV的内能，在与表面碰撞时释放的能量足以劈裂有机分子的共价键形成活性离子基团，而且返回基态的氦原子对样品无污染。这提供了一种控制反应途径进行选择性的表面化学反应研究的新技术。本研究将利用中性亚稳态氦原子释放的能量直接或透过物理掩膜辐照金属或半导体材料的衬底表面，衬底（硅、铝）表面将进行三种（表面氢键化、表面羟基化和表面自组装单分子层生长）处理过程，辐照后曝光区域利用自下而上的化学方法纳米尺度的有机功能薄膜图形以及功能纳米材料颗粒阵列的相关结构，最后设计构建单分子化学纳米结构的功能分子基团，实现对表面分子基团功能化的化学反应的精确控制与调谐，研究表面组装的有机功能分子基团的各种性质。利用SEM或AFM对其结构进行表征。最后系统地研究不同的衬底与能量的相互作用机制以及规律.

中性亚稳态氦原子携带约20 eV的内能，在与表面碰撞时释放的能量足以劈裂有机分子的共价键，形成活性离子基团，而且返回基态的氦原子对样品无污染，这提供了一种控制反应途径进行选择性的表面化学反应研究的新技术。本项目目标是完成中性亚稳态氦原子源设备的搭建，采用电触发模式激发亚稳态氦原子，利用中性亚稳态氦原子释放的能量直接或透过物理掩膜辐照金属或半导体材料的衬底表面，以制备分子薄膜图案。衬底硅表面进行三种处理过程（表面氢键化、表面羟基化和表面自组装单分子层生长），辐照后曝光区域利用自下而上的化学方法制备纳米尺度的有机功能薄膜图形以及功能纳米材料颗粒阵列的相关结构，最后设计构建单分子化学纳米结构的功能分子基团，实现对表面分子基团功能化的化学反应的精确控制与调谐，研究表面组装的有机功能分子基团的各种性质。本项目完成了上述目标，利用亚稳态氦原子对硅表面辐照后进行了化学纳米印刻研究，完成了硅表面的十八烷基、十二烷基、TPEDA（N-[(3-trimethoxysilyl)propyl]ethylenediaminetriacetic acid）、FITC（异硫氰酸荧光素）分子的分子图案生长，硅衬底生长十八烷基单分子层的表面辐照活化后再生长单分子层（生长的单分子为TPEDA和FITC分子）以及这些功能分子的薄膜图案制备，利用SEM或AFM对其结构进行表征。同时研究了有机分子晶体GeI4、联吡啶钌水合物以及Gd2O3:Eu3+、MnWO4、MoO3等材料的高压拉曼光谱和荧光光谱以及高压结构研究。VO2是一种典型的热致相转变材料，其在68 ℃时发生结构相转变，通过掺杂钨来调谐结构相转变温度，最终获得较低的相转变温度。还研究了CdS/ZnS核壳量子点以及NaFY4:Yb,Er上转换发光材料在温度变换下的光学性质变化。