1 南京工业职业技术大学机械工程学院, 南京 210000
2 东南大学机械工程学院, 南京 210000
本文针对单晶硅在不同温度、浓度、表面活性剂等多种刻蚀条件下的形貌模拟问题, 构建了硅原子结构模型并分析了其主要晶面刻蚀速率和对应原子结构之间的关系, 提出了适应于单晶硅刻蚀模拟的表层原子刻蚀函数(Si-RPF), 明确了晶面宏观刻蚀速率与原子微观移除概率之间的数值联系, 构建了基于遗传算法的动力学蒙特卡罗各向异性湿法刻蚀工艺模型(Si-KMC)。该工艺模型可以基于台阶流动理论,从原子角度解释单晶硅刻蚀各向异性的成因, 能够明确不同类型的原子在刻蚀过程中的作用和实现对不同刻蚀条件下单晶硅衬底三维刻蚀形貌的精确模拟。对比有无表面活性剂添加条件下的单晶硅刻蚀实验数据和模拟结果表明, Si-KMC刻蚀工艺仿真模型模拟结果可以达到90%以上仿真精度。
单晶硅 湿法刻蚀 表层形貌 晶面 各向异性 活性剂 蒙特卡罗 仿真 mono-crystalline silicon wet etching surface morphology crystal plane anisotropy surfactant Monte Carlo simulation
1 1.内蒙古科技大学 材料与冶金学院, 包头 014010
2 2.内蒙古科技大学 内蒙古自治区先进陶瓷材料与器件重点实验室, 包头 014010
3 3.内蒙古科技大学 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室, 包头 014010
4 4.上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200072
直接乙醇燃料电池(DEFC)具有燃料易得、绿色高效的优点, 得到了广泛的研究, 但是DEFC催化剂存在催化效率低、稳定性差的问题, 制约了其快速发展。本研究采用液相水热合成法, 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP k-25)为分散剂和还原剂、甘氨酸为表面控制剂和共还原剂, 通过调控Pt-Co金属前驱体的摩尔比, 一步制备了XC-72R炭黑负载的Pt1Cox/C高指数晶面纳米催化剂, 实现了催化剂晶粒在碳载体上的原位生长。Pt1Co1/3/C纳米催化剂暴露的高指数晶面主要包括(410)、(510)和(610)晶面。在晶体生长过程中, Pt1Co1/3/C纳米催化剂晶粒由“类球体”转变立方块, 最终得到具有高指数晶面取向的内凹形貌。Pt1Co1/3/C高指数晶面纳米催化剂的电催化活性最高, 其电化学活性表面积为18.46 m2/g, 对乙醇氧化峰电流密度为48.70 mA/cm2, 稳态电流密度为8.29 mA/cm2, CO氧化峰的电位为0.610 V。这说明具有高指数晶面的催化剂表面存在的台阶、扭结等缺陷原子, 可增加活性位点, 进而显示出优异的电催化性能。本研究可为高指数晶面催化剂材料的开发及工业化应用提供理论依据。
水热法 Pt-Co催化剂 高指数晶面 原位生长 直接乙醇燃料电池 hydrothermal method Pt-Co catalyst high index crystal plane in-situ growth direct ethanol fuel cell
1 南昌大学物理与材料学院，南昌 330031
2 中国科学院赣江创新研究院，江西 赣州 341001
3 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 201899
4 上海电力大学，上海 200090
CaF2晶体在光刻机中应用成为国内外研究的热点，而晶体中存在各种缺陷严重制约其实际性能。本文跟踪观察了CaF2晶体(111)晶面形成的腐蚀坑的形貌特征和空间延伸特性，并分析了各种腐蚀坑所对应的缺陷特性，是实现对晶体缺陷精确表征与控制的前提。研究表明：CaF2晶体(111)晶面的腐蚀坑具有三角锥形坑、锥形-平底坑、平底坑3 种类型。三角锥形坑与锥形-平底坑具有定向移动特性，这表明这类腐蚀坑所对应的缺陷与材料的位错相关，其中：三角锥形坑的坑尖又有3种不同的精细结构，因此所对应的位错至少有3种晶体学走向；而平底坑没有观测到具有空间延伸特性，是缺陷被完全腐蚀后留下的尸体残余，其所对应的缺陷可能是杂质、空位、小的位错环等。通过实时追踪腐蚀坑的演化过程，获得腐蚀坑形成过程的物理参数，建立蚀坑的运动学模型，这也为进一步研究晶体材料的腐蚀理论提供基础。
氟化钙晶体 (111)晶面 缺陷 位错 腐蚀坑 calcium fluoride crystal (111) surface defects dislocation etch pit
1 华阳集团(山西)纤维新材料有限责任公司，阳泉 045200
2 中国科学院山西煤炭化学研究所，太原 030001
Co3O4是一种重要且性能优异的过渡金属氧化物，可以广泛应用于光、电、磁、热等多个领域，其晶体作为多相催化剂在众多反应中有着不可替代的地位。催化机理研究发现，催化反应过程不但受晶体催化剂颗粒尺寸的影响，而且对晶体的晶面也很敏感。因此，晶面效应的研究对于深入认识多相催化反应过程以及有效设计高活性催化剂都有重要意义。Co3O4晶体具有Co3+和Co2+混合价态的尖晶石结构，其在不同催化反应中均表现出明显的晶面效应。本文综述了近年来Co3O4作为多相晶体催化剂在热催化、光催化、电催化以及类过氧化物酶催化中的晶面效应，结合理论计算结果从Co3O4晶面的原子结构出发解释了产生晶面效应的原因；最后总结了Co3O4在以上反应中晶面效应的一般规律，探讨了目前Co3O4晶面效应研究中的不足，并对未来的发展趋势进行了展望。
过渡金属氧化物 晶体催化剂 晶面效应 原子排布 多相催化 理论计算 Co3O4 Co3O4 transition metal oxide crystal catalyst crystal facet effect atomic arrangement heterogeneous catalysis theoretical calculation
太阳能半导体光催化技术由于其绿色无污染、可再生, 有利于解决全球变暖问题等优点而受到国内外研究人员的广泛研究。由于半导体光催化剂的催化活性取决于其表面电子结构和原子结构, 而这些结构又强烈地依赖于晶体层面, 因此光催化剂的催化活性受到反应过程中暴露的晶面的显著影响。近年来, 晶面调控工程已成为一种非常重要的半导体理化性质微调方法。三氧化钨(WO3)半导体催化剂由于具有较好的光催化性能, 常用作光电催化系统中的光阳极。本文针对目前国内外使用有机物(有机小分子及有机大分子)作为结构诱导剂对WO3晶面调控的研究现状进行了综述, 分析有机物对晶体晶面调控的规律和原理, 寻找新的实验方向以及突破点, 总结目前WO3光电催化在实际生产生活中的应用, 例如光电催化分解水、电致变色、气体传感器、有机污染物降解等, 并对未来实验发展方向进行展望。
有机物 光电催化 晶面调控 半导体 结构诱导剂 WO3 WO3 organic substance photoelectrico catalysis crystal facet tuning semiconductor structure inducer
采用水热法在FTO(fluorine-doped tin oxide)基底上制备不同形貌的锐钛矿结构TiO2薄膜。通过不断增大反应前驱物中盐酸浓度, TiO2薄膜由球状颗粒薄膜逐渐演变生长成大面积高能(001)面裸露的TiO2纳米片阵列薄膜。通过对形貌演化规律及X射线衍射图谱变化规律进行分析, 提出了不同形貌TiO2薄膜的生长演化机制, 并对盐酸在其中的作用进行了说明。为了进一步改善TiO2薄膜的性能, 采用连续离子层吸附反应法对不同形貌的TiO2薄膜进行CdS量子点敏化。采用紫外可见吸收光谱分析法和三电极体系对复合薄膜的光吸收性能和光电化学(PEC)性能进行了研究, 实验数据显示CdS/TiO2复合薄膜的光电化学性能皆明显优于单纯TiO2薄膜, 而且纳米片阵列薄膜的性能明显优于其他形貌薄膜, 说明了大面积高能(001)面裸露的TiO2纳米片阵列薄膜的性能优越性。
TiO2薄膜 (001)晶面 晶体生长 水热法 量子点 敏化 TiO2 thin film (001) lattice plane crystal growth hydrothermal method quantum dot sensitization
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
采用KrF准分子激光辐照4H-SiC制备石墨烯层,从4H-SiC晶面取向对石墨烯生长质量影响的角度开展研究工作,分析激光能量密度、脉冲数及晶面取向对石墨烯质量的影响。当激光能量密度为1.06 J/cm 2,脉冲数为8000时,4H-SiC样品极性Si(0001)面和非极性a(11?20)面上生长的石墨烯质量均达到最好。石墨烯与4H-SiC衬底极性Si(0001)面之间存在缓冲层,为石墨烯的生长提供了模板,得到的石墨烯更为有序,缺陷态更少;而非极性a(11?20)面上生成的石墨烯与衬底之间未生成缓冲层,生长的石墨烯层较为无序,对激光参数的变化更为敏感。
材料 石墨烯 激光辐照 晶面指数
昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明 650093
分析透射电子衍射斑点图对于研究晶体结构十分重要,常通过对比法来分析衍射斑点图。本文介绍了单晶标准透射电子衍射斑点图的绘制原理,并绘制了正交晶系的标准衍射斑点图。完善了单晶标准衍射斑点图数据,为科研工作者提供了便利。
单晶衍射斑点 正交晶系 晶面指数 倒易矢量 single crystal diffraction spot orthorhombic system crystal plane index reciprocal vector
具有大尺寸(001)晶面的有机晶体DAST(4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯磺酸盐)的生长对构建高强度宽带THz辐射源具有重要意义, 但也极具 挑战性。本论文采用斜板法结合缓慢冷却技术, 研究了生长液浓度对晶体长宽比的影响。通过对生长条件的精确控制, 生长出了具有大面积(001)晶面的DAST 晶体。经检测, 晶体具有良好的表面质量。晶体在无需表面抛光的条件下, 实现了单周期太赫兹脉冲输出, 光-太赫兹转换效率达到0.66%。
DAST晶体 大尺寸(001)晶面 太赫兹脉冲 DAST crystal large (001) surface area THz pulse
安徽科技学院 化学与材料工程学院, 凤阳 233100
采用简单的水浴法成功制备了具有高可见光活性的Ag3PO4材料。扫描电镜测试结果表明反应过程中产物经历了三种形貌的演变, 最终产物具有均一的立方体浮雕形貌, 平均颗粒尺寸大小约为1.6 μm。通过X射线衍射图谱可知产物具有体心立方结构。此外, 从高倍透射电镜图片中可判断出样品表面存在多种晶面。紫外-可见吸收光谱和荧光光谱结果表明该产物具有高的响应可见光的性能和较弱的荧光发射强度。该产物与立方Ag3PO4、反应的中间产物和商用氮化的TiO2催化剂相比, 在可见光下对甲基橙的降解表现出有显著的催化活性。研究工作表明, 通过改变催化剂的表面结构可以有效提高材料的光催化性能。
磷酸银 立体浮雕状 多种晶面 可见光催化 Ag3PO4 cubic-relievo crystal faces visible-light photocatalysis
