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物理学报 2023年第20期72卷 53-69页

作者：常超寇金宗徐小志华南师范大学物理学院广东省量子调控工程与材料重点实验室广州510006 华南师范大学物理前沿科学研究院粤港量子物质联合实验室广州510006

自2004年成功实现石墨烯的机械剥离制备以来,二维材料凭借其独特的结构和物理化学性质,在电子、光电和能源等领域引起了广泛的研究和发展.在合成方法方面,科研人员在传统的机械剥离、液相剥离、气相沉积、湿化学合成以及纳米材料相工程... 详细信息

自2004年成功实现石墨烯的机械剥离制备以来,二维材料凭借其独特的结构和物理化学性质,在电子、光电和能源等领域引起了广泛的研究和发展.在合成方法方面,科研人员在传统的机械剥离、液相剥离、气相沉积、湿化学合成以及纳米材料相工程等基础上,进一步推进了原子台阶方法,用于制备高质量、大尺寸二维单晶材料(2DSCM).本文详细介绍了近几年关于原子台阶调控2DSCM生长的代表性工作.首先,对研究背景进行了简要介绍;然后,讨论了2DSCM的主要合成方法,并分析了外延制备非中心对称材料的困难及原因;之后,介绍了通过原子台阶辅助制备2DSCM的生长机制和最新进展,分析了原子台阶调控2DSCM成核的理论基础及通用性,并对未来实现大尺寸、方向可控的2DSCM的挑战和发展方向进行了预测;最后,系统展望了台阶方法制备大尺寸2DSCM在未来规模化芯片器件方向的潜在应用.

关键词：二维单晶材料原子台阶非中心对称外延生长

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单原子台阶高度样品制备技术研究

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计量与测试技术 2024年第10期50卷 83-84,88页

作者：李静常州检验检测标准认证研究院

超大规模集成电路的台阶高度是集成芯片设计、研发和生产中的一个重要参数。其高度参数的快速精确测量是确保芯片质量、提高生产效率的重要手段。原子力显微镜(AFM)是一种具有原子级分辨率的常用新型显微测量工具,被广泛应用于纳米技术... 详细信息

超大规模集成电路的台阶高度是集成芯片设计、研发和生产中的一个重要参数。其高度参数的快速精确测量是确保芯片质量、提高生产效率的重要手段。原子力显微镜(AFM)是一种具有原子级分辨率的常用新型显微测量工具,被广泛应用于纳米技术领域。由于原子台阶高度标准物质的研制可将其量值溯源至国际单位制单位,因此,研制单原子台阶高度样品,对确保该类测量仪器的量值的准确性和可靠性具有重要的意义。

关键词：原子台阶高度样品制备方法研究

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石墨烯台阶摩擦性能的分子模拟研究

石墨烯台阶摩擦性能的分子模拟研究

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作者：张泽良西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,石墨烯器件得到了广泛的应用,但是器件的磨损引起了大量的损耗问题。因此,理解石墨烯在微纳器件中的摩擦机理,并且以此来调控机械摩擦和抑制磨损的发生显得尤为重要。针对于此,本文开展了以下工作:首先采用了分子动力学方法,研... 详细信息

近年来,石墨烯器件得到了广泛的应用,但是器件的磨损引起了大量的损耗问题。因此,理解石墨烯在微纳器件中的摩擦机理,并且以此来调控机械摩擦和抑制磨损的发生显得尤为重要。针对于此,本文开展了以下工作:首先采用了分子动力学方法,研究了物理化学作用对石墨烯摩擦力的调控机理,进一步从微观到介观尺度,对石墨烯界面性质进行探究。取得的主要成果如下:(1)在纳米尺度研究了表面摩擦力的起源及其影响因素。建立了二氧化硅针尖/台阶石墨烯的分子动力学模型,对针尖侧向力及Z向位移变化等信息进行收集,通过调控台阶形式、边缘基团种类等研究应变、氢键等物理化学作用对摩擦的影响机理,定量给出了各影响因素的贡献值。其中,物理应变因素对摩擦机理的影响程度最大,而化学因素对摩擦机理的贡献较小。该结果可为基于原子力显微镜的纳米摩擦结果分析提供参考。(第三章)(2)在清晰理解摩擦机理后,从实际应用出发,以石墨烯-PDMS微纳传感器结构及其作用机理作为研究对象,解决其中相关的摩擦磨损问题,以保证微纳器件性能的高效运行。本章在微观尺度建立了石墨烯-PDMS动力学模型。运用分子动力学方法模拟了界面拉伸过程,进一步研究了不同密度官能团修饰对界面性能的调控规律。结果表明,羟基的界面修饰可以增大界面相互作用力以提升界面性能,而多晶石墨烯的缺陷结构会降低界面能力。(第四章)(3)基于上述对器件微观尺度的分析结果,将模拟尺度拓展至介观,这样能够明确且直观的调控实际应用中的机械摩擦,为解决实际摩擦磨损问题提供有力帮助。本章建立了石墨烯-PDMS介观有限元模型。基于界面内聚力单元的作用原理,观察到应力传递模型经历了黏附、滑移、脱黏的演化过程。外力作用下,石墨烯轴向应力从边界处增大且逐渐向中心扩展,相应地,发现边界处最早发生脱黏而后向中心延伸的现象。(第五章)以上研究有助于对纳米石墨烯材料的摩擦及界面力学性质有更深的理解。主要探究了摩擦机理以及力传感原理,对相关影响因素进行了合理调控并揭示了变化规律,从而对微纳器件的设计与不同工况的选择有明确指导意义。

关键词：分子动力学石墨烯原子台阶界面性质多尺度

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水吸附和氧化对MoS2摩擦磨损的影响机理

水吸附和氧化对MoS2摩擦磨损的影响机理

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作者：阳霖西南交通大学

学位级别：硕士

二硫化钼(MoS)是一种性能优异的固体润滑材料,但其润滑性能具有高度的环境依赖性,在潮湿气氛和氧化条件下润滑性能急剧恶化。然而目前对MoS的研究多集中在宏观尺度,很少在微观尺度下对其进行机理探究。因此,本文将MoS微观结构分解为原... 详细信息

二硫化钼(MoS)是一种性能优异的固体润滑材料,但其润滑性能具有高度的环境依赖性,在潮湿气氛和氧化条件下润滑性能急剧恶化。然而目前对MoS的研究多集中在宏观尺度,很少在微观尺度下对其进行机理探究。因此,本文将MoS微观结构分解为原子台阶和平面,揭示水吸附和氧化对MoS微观摩擦磨损影响机理。然后根据微观机理来指导改善大气环境下MoS宏观摩擦磨损性能。本文主要结论如下:(1)探明了不同环境气氛下MoS平面和原子台阶的微观摩擦磨损规律。大气环境下台阶的摩擦力和磨损临界载荷比真空环境更小。相反平面的摩擦力和黏着力在大气环境下均更大,但平面磨损行为受环境气氛的影响并不显著。另外,由于MoS台阶边缘容易在大气环境发生氧化,因此台阶结构(Armchair和Zigzag)对台阶磨损的影响较弱。最后,大气环境下金刚石探针和硅探针造成台阶磨损的临界接触应力值无明显差别,表明两种探针作用下原子台阶的磨损机制一致。(2)揭示了水吸附和氧化作用对MoS微观摩擦磨损的影响机理。随环境湿度上升,台阶边缘摩擦力逐渐降低,相反平面摩擦力逐渐增大。其原因可能是由于台阶边缘原始氧化物吸附水较多,此时吸附水膜更多起到润滑作用;而具有疏水性的平面吸附水较少,湿度上升促进了接触界面少量液桥的凝结,增大了界面粘着以及毛细作用。台阶和平面的微观磨损行为受湿度影响较小,其原因可能是吸附水膜的影响作用在MoS产生破坏的高载荷条件下受到了抑制。另外,加热氧化后MoS平面的摩擦力变大,磨损临界载荷变小。这是由于氧化后O原子取代S原子,增加了界面电荷分布不均匀性,使得探针在平面滑动时的能垒增加,增大了平面的摩擦力。而MoS氧化后会形成S空位和MoS-O固溶相,这些缺陷导致MoS更容易产生磨损。(3)基于台阶边缘氧化层去除提出一种改善大气环境下宏观MoS摩擦磨损性能的优化方法。宏观实验结果表明,在10 mg MoS中添加0.5 mg的碳酸钠能进一步降低大气环境下MoS涂层摩擦系数。这是由于碳酸钠能一定程度上抑制MoS台阶边缘氧化物的生成,提升大气环境中MoS涂层的润滑性能。然而,碳酸钠添加剂自身会影响MoS层间的剪切特性,真空环境下无水吸附和进一步氧化的可能性,因此添加碳酸钠会稍微增大MoS涂层的摩擦力。

关键词：二硫化钼原子台阶平面水吸附氧化作用碳酸钠添加剂

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Si表面生长Ge量子点的研究进展

Si表面生长Ge量子点的研究进展

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战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会

作者：刘鹏强王茺杨宇云南大学工程技术研究院光电信息材料研究所

本文从两方面即材料本身的性质和生长过程中外界环境对Ge量子点生长的影响进行分析,回顾了近年来多种改善量子点尺寸、密度和均匀性的方法。为我们以后生长有序的Ge量子点提供了依据。

关键词： Ge/Si量子点多层掺杂张应变 SiO2 预沉积原子台阶温度退火

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