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硅掺杂对不同衬底的氮化铝薄膜的影响研究

原子与分子物理学报 2024年

作者：王绪杨发顺熊倩周柳含马奎贵州大学电子科学系贵州省微纳电子与软件技术重点实验室中国教育部半导体器件可靠性工程研究中心

选择硅作为N型杂质源,采用高温热扩散的方式进行实验研究.采用磁控溅射法在硅/蓝宝石衬底上外延的AlN薄膜上沉积纯硅.硅的溅射时间决定了硅层的厚度,从而决定了硅的掺杂剂量.在氮气气氛下高温(1150℃)热扩散4小时后,AlN薄膜表面的硅原... 详细信息

选择硅作为N型杂质源,采用高温热扩散的方式进行实验研究.采用磁控溅射法在硅/蓝宝石衬底上外延的AlN薄膜上沉积纯硅.硅的溅射时间决定了硅层的厚度,从而决定了硅的掺杂剂量.在氮气气氛下高温(1150℃)热扩散4小时后,AlN薄膜表面的硅原子扩散进入AlN晶格,取代铝原子的位置,形成掺杂硅的AlN薄膜.有效的硅掺杂导致AlN(002)衍射峰向一个较大的角度偏移,且偏移的角度随掺杂的浓度升高而增大.且硅衬底上的样品,使用能量色散光谱仪测试结果表明,衬底硅将作为固定的扩散源扩散到薄膜中,增加非故意掺杂浓度,因此可以在整个薄膜截面内测量到硅元素.蓝宝石的衬底的样品在热扩散后出现裂纹.

关键词： N型氮化铝硅掺杂磁控溅射热扩散衬底反扩散

Si-GDP结构和力学性能的反应分子动力学模拟

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强激光与粒子束 2024年第6期36卷 74-80页

作者：黄保生杨武易勇毕鹏西南科技大学材料与化学学院四川绵阳621010 西南科技大学数理学院四川绵阳621010

构建了硅掺杂辉光放电聚合物(Si-GDP)模型,采用反应力场分子动力学模拟(ReaxFF MD)探讨了硅含量、碳氢比及密度对其杂化碳键合与力学性能的影响。研究结果表明:随着硅含量增加,聚合物中sp^(3)C含量增加,趋向于形成一个大分子,同时小分... 详细信息

构建了硅掺杂辉光放电聚合物(Si-GDP)模型,采用反应力场分子动力学模拟(ReaxFF MD)探讨了硅含量、碳氢比及密度对其杂化碳键合与力学性能的影响。研究结果表明:随着硅含量增加,聚合物中sp^(3)C含量增加,趋向于形成一个大分子,同时小分子种类和数目减少,促进了碳硅原子成键并抑制端基CH_(3)生成,进而提高材料力学性能;随着氢含量的增加,sp^(3)C和端基CH_(3)比例增加,生成的端基CH_(3)降低了分子间交联程度,进而降低了材料力学性能,而分子基团数目变化不明显;随着密度的提升,聚合物中sp^(2)C比例提升明显,sp^(3)C比例有少量提升,分子基团数目变化不大,密度主要通过提升sp^(2)C比例提升材料力学性能。研究结果为评估和理解硅掺杂辉光放电聚合物的结构和力学性能提供了新的视角和方法。

关键词：反应分子动力学模拟辉光放电聚合物力学性能硅掺杂

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硅掺杂稠环芳烃苝的合成及性能研究

硅掺杂稠环芳烃苝的合成及性能研究

作者：姜琦内蒙古大学

学位级别：硕士

硅原子具有独特的电子结构,通过特殊的σ-π共轭或σ*-π*超共轭作用,它可以调控有机功能材料光电性质,因此近些年来含硅有机光电体材料受到了广泛关注。苝(Perylene)是一种结构简单,容易获得的高度共轭稠环芳烃染料,它具有高荧光量子... 详细信息

硅原子具有独特的电子结构,通过特殊的σ-π共轭或σ*-π*超共轭作用,它可以调控有机功能材料光电性质,因此近些年来含硅有机光电体材料受到了广泛关注。苝(Perylene)是一种结构简单,容易获得的高度共轭稠环芳烃染料,它具有高荧光量子产率、高化学和光热稳定性,易于功能化等特点。目前,已经成功地实现将B,O,N,Se,S等主族元素引入到苝的有机分子骨架当中,从而实现调控电子结构,改变物理化学性质。本论文聚焦将主族元素Si掺杂于有机共轭材料苝分子中,并研究其独特的性能,主要研究内容如下:在无水无氧的条件下,通过过渡金属钯催化,PDI分子中卤素先与硅氢试剂偶联,形成稳定五元硅环,其次用强还原试剂将PDI分子中的酰胺基团还原为三级脂肪胺,最后通过S2取代反应形成四级铵盐。至此,我们首次成功地将硅原子掺杂在苝的海湾区,形成五元硅环,得到了化合物硅杂苝(Per-2Si),并且苝峡湾区的铵盐增加了分子的水溶性。核磁共振谱图、高分辨质谱以及单晶结构确认了该独特结构,且单晶解析显示该硅杂苝(Per-2Si)具有几乎平面的分子构型和独特的堆积排列。经紫外可见光吸收和荧光发射测试,Per-2Si表现出优异的光学性质,具有显著的近50 nm红移、80%高荧光量子产率,并且表现出良好的聚集发光效率。硅原子的掺杂也使其与苝的π骨架形成σ*-π*超共轭,调节了分子的发光性质,降低了约1 e V的LUMO能级和带隙。总而言之,硅掺杂稠环芳烃苝分子在有机半导体和生物成像等领域有着巨大潜在应用,此外这种掺杂硅原子的方法为进一步研究和开发结构丰富、功能定向的硅杂化共轭有机材料开辟了道路。

关键词：硅掺杂稠环芳烃苝 σ*-π*超共轭海湾区

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硅掺杂氧化铝基镍催化剂应用于硝基芳烃还原

硅掺杂氧化铝基镍催化剂应用于硝基芳烃还原

作者：苏艳明武汉大学

学位级别：硕士

芳胺类化合物已经广泛应用于医药、橡胶、塑料及农药领域。自上世纪80年代以来,随着塑料工业的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)产能快速增长,作为其主要生产原料的芳胺的工业生产变得更为重要。目前,超过80%的芳胺是由对应的硝基芳烃氢化还... 详细信息

芳胺类化合物已经广泛应用于医药、橡胶、塑料及农药领域。自上世纪80年代以来,随着塑料工业的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)产能快速增长,作为其主要生产原料的芳胺的工业生产变得更为重要。目前,超过80%的芳胺是由对应的硝基芳烃氢化还原制备的。硝基芳烃还原制备芳胺的研究已经有近200年的历史,依次发展出了金属单质与质子酸还原体系、高活性金属合金催化体系、负载型贵金属/廉价金属催化体系等,但更加温和的工业生产条件以及更优异的催化选择性始终是科研工作者追求的目标。异相催化剂已经应用在工业生产过程中的各个环节。在纳米催化剂中,载体不仅用于分散和锚定金属纳米颗粒,也为纳米颗粒提供了催化环境,这种金属-载体的相互作用逐渐被人们认识和利用。在形式多样的催化剂载体中,具有更好热稳定性的金属氧化物载体更加容易应用于氢气参与的高温工业生产过程。氧化铝是一类传统的金属氧化物载体,其具有独特的孔径、较高的比表面积和较大的孔容,并且具有一定数量的酸性位点,这些特点在异相催化过程中十分重要。这些特性可以通过载体掺杂的策略进行调控,从而进一步增加氧化铝载体的适用范围。例如在一氧化碳氧化、脱硫脱硝等工业高温过程中,氧化铝的氧化硅掺杂策略已经成为一种提升催化剂热稳定性的普遍且有效的手段。在本论文中,使用不同含量的氧化硅掺杂的氧化铝载体制备了一系列负载型镍纳米催化剂,不仅在十分温和的条件下(25～35 C,1～5 bar H)实现了多种硝基芳烃的还原,同时使用固定床反应器,通过硝基芳烃的气-固还原反应模式进一步考察了催化剂的工业应用前景(TOF=365 h,TON=975),并对芳胺类化合物进行了衍生化研究。通过一系列表征手段证明了氧化硅掺杂在氧化铝载体的镍基催化剂中的促进作用。因此,本论文涉及的工作有利于增加人们对氧化物载体掺杂的认识,进一步拓展修饰型氧化铝载体的应用范围。从这一角度而言,该论文内容涉及有机化学、纳米催化、化学工程等多个学科,具有一定的应用前景和商业价值。

关键词：氧化铝硅掺杂酸性位点硝基还原固定床反应器

硅掺杂羟基磷灰石生物活性微粉对人血清白蛋白的吸附特性

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复合材料学报 2009年第2期26卷 149-154页

作者：肖凤娟张颖王少辉高峻峰石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄050043 承德民族师范高等专科学校化学系承德067O

对含硅羟基磷灰石(Si-HA)与人血清白蛋白(HSA)的吸附特性及动力学特征进行了研究,计算了表观活化能,用等温吸附曲线进行拟合。结果表明,该吸附属于Langmuir型。Si-HA和HA吸附HSA的表观活化能分别为21.28和35.57 kJ.mol-1,20℃下吸附反... 详细信息

对含硅羟基磷灰石(Si-HA)与人血清白蛋白(HSA)的吸附特性及动力学特征进行了研究,计算了表观活化能,用等温吸附曲线进行拟合。结果表明,该吸附属于Langmuir型。Si-HA和HA吸附HSA的表观活化能分别为21.28和35.57 kJ.mol-1,20℃下吸附反应的速率常数分别为1.48和1.34 min-1,饱和吸附量分别为25.34和21.34 mg.g-1,Si-HA具有比纯HA更好的吸附优势。通过XRD、FTIR及荧光光谱分析,探讨了HSA在Si-HA和HA表面的吸附作用机制,表明Si-HA与蛋白表面吸附反应是以化学吸附为主、包含物理吸附的混合吸附过程。从分子结构的角度揭示了Si-HA和HA吸附蛋白质性能的差异,为进一步探讨Si-HA和HA生物相容性提供了新途径。

关键词：硅掺杂羟基磷灰石生物活性人血清白蛋白吸附动力学

纳米硅掺杂钛酸铋基多功能材料结构与性能研究

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纳米硅掺杂钛酸铋基多功能材料结构与性能研究

作者：周金磊广西大学

学位级别：硕士

钛酸铋(BTO)材料由于其较高的居里温度、良好的抗疲劳性以及各向异性成为了近些年的研究热点,由于BTO本身独特的钛氧八面体层状结构使其具有优良的可裁剪性和可设计性,使材料在铁电、介电、发光、光催化以及光电领域都有极其广泛的应用... 详细信息

钛酸铋(BTO)材料由于其较高的居里温度、良好的抗疲劳性以及各向异性成为了近些年的研究热点,由于BTO本身独特的钛氧八面体层状结构使其具有优良的可裁剪性和可设计性,使材料在铁电、介电、发光、光催化以及光电领域都有极其广泛的应用前景。本文主要通过高温固相合成法制备Si掺杂钛酸铋基陶瓷及其粉末(BiErYbTiWO:xSi,简写成BEYTW:xSi),深入研究了Si掺杂对材料电学性能和发光性能的影响。实验考查了不同气氛(空气和纯氩)以及不同Si掺杂浓度对制备的钛酸铋基材料结构和性能的影响。首先,在空气气氛下制备的BEYTW:xSi荧光粉由单一层状类钙钛矿结构的BiTiO相构成,而在氩气气氛下制备的样品含有少量的BiTiO杂相。XPS元素光谱分析进一步验证Si掺杂没有改变钛酸铋晶格结构,Si在荧光体中以Si为主,说明掺入的大部分Si在合成过程中发生了氧化。另外,Si的掺杂显著地增加了材料的致密性和表面平整度,同时使材料的光学带隙减小并增强了光吸收。在980 nm红外光激发下,所有样品的上转换发射光谱均显示以525 nm、545 nm和675nm为中心的三个发射带,分别对应Er4f层内的电子跃迁。在空气气氛下Si掺杂为6%样品的发光强度和荧光寿命约为未掺杂Si样品的2倍,Si掺杂提高了样品的结晶度,减少了晶格缺陷以及氧空位,降低了Er离子发生非辐射跃迁的概率,是增强上转换发光强度的主要原因。在氩气气氛下制备的样品由于氧空位和缺陷较多,增加了非辐射跃迁的概率,导致样品的发光强度和荧光寿命均明显地降低。BEYTW:xSi片状陶瓷电学性能分析结果表明,掺Si样品的铁电剩余极化值(P)较未掺Si样品均有明显的提高,其中空气中掺4%Si的样品P值达到了26.8μC/cm,氩气中掺Si样品P值为25.3μC/cm,相较于未掺Si的样品分别提高了1.39倍和1.26倍。随着Si掺杂浓度的增加,所有样品的介电常数均有明显增加,介电损耗大幅度降低。在-70-400℃范围内,随着温度的升高,样品介电常数在140-280的范围内逐渐增加,在250℃以下,介电损耗值很小(掺杂浓度的增加,在空气气氛下制备的陶瓷阻抗明显增加,而对于氩气气氛制备的样品阻抗却明显降低。原因主要是在空气气氛中焙烧,几乎所有的Si都被氧化,从而提高了阻抗。而在氩气气氛中掺Si的样品,未被氧化的Si数量增加,由于单质Si导电性好,会降低材料的绝缘性,从而导致材料阻抗有显著降低的趋势。

关键词：硅掺杂钛酸铋荧光增强上转换铁电

硅掺杂TiO2纳米管阵列的制备及光电催化活性的研究

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功能材料 2009年第9期40卷 1429-1431,1435页

作者：吴建生宿艳陈硕全燮大连理工大学环境与生命学院工业生态与环境工程教育部重点实验室辽宁大连116024

通过电化学沉积,在阳极氧化法制备的高度有序TiO2纳米管阵列表面均匀地沉积Si元素。扫描电子显微照片显示Si掺杂的TiO2纳米管垂直于基底定向生长。X射线衍射分析表明,所引入的Si可能掺入到TiO2的晶格中,因而提高了TiO2的热稳定性,抑制... 详细信息

通过电化学沉积,在阳极氧化法制备的高度有序TiO2纳米管阵列表面均匀地沉积Si元素。扫描电子显微照片显示Si掺杂的TiO2纳米管垂直于基底定向生长。X射线衍射分析表明,所引入的Si可能掺入到TiO2的晶格中,因而提高了TiO2的热稳定性,抑制了金红石相的生成及晶粒的长大。紫外-可见漫反射分析表明Si掺杂的TiO2纳米管吸收边带发生了明显的蓝移,并且在紫外区的吸收强度明显增强。与未掺杂的TiO2纳米管相比,Si掺杂TiO2纳米管电极的紫外光电化学响应显著提高,其光电流密度是未掺杂的1.48倍。硅掺杂TiO2纳米管阵列光电催化降解五氯酚的动力学常数(1.651h-1)是未掺杂TiO2纳米管电极(0.823h-1)的2.0倍。

关键词： TiO2纳米管阵列硅掺杂光电催化

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硅掺杂CVD金刚石薄膜(英文)

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2013年第10期23卷 2962-2970页

作者：崔雨潇张建国孙方宏张志明上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 苏州交钻纳米超硬薄膜有限公司苏州215000

研究硅掺杂对CVD金刚石薄膜形貌、结构特性和成分的影响。通过向丙酮中加入正硅酸乙酯作为反应气体,在硅基底上沉积硅掺杂CVD金刚石薄膜。金刚石薄膜的表面形貌和显微组织由场发射电镜表征。金刚石薄膜的成分通过拉曼光谱和X射线衍射(X... 详细信息

研究硅掺杂对CVD金刚石薄膜形貌、结构特性和成分的影响。通过向丙酮中加入正硅酸乙酯作为反应气体,在硅基底上沉积硅掺杂CVD金刚石薄膜。金刚石薄膜的表面形貌和显微组织由场发射电镜表征。金刚石薄膜的成分通过拉曼光谱和X射线衍射(XRD)进行研究。薄膜的表面粗糙度由表面轮廓仪评估。结果表明,硅掺杂会降低晶粒尺寸,促进晶粒细化并抑制三角锥形形貌。XRD研究表明,(111)朝向的晶面显著减少。拉曼光谱研究表明,硅掺杂会促进薄膜中硅碳键的形成以及非金刚石相的增多。在硅碳浓度比为1%时,沉积得到光滑的细晶粒金刚石薄膜。

关键词：硅掺杂热丝化学气相沉积法金刚石薄膜

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硅掺杂对石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响

中国科学技术大学学报 2014年第3期44卷 238-243页

作者：赵晓西李军华李煦阳刘伟李永池中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230027 郑州大学水利与环境学院河南郑州450001 黄河水利科学研究院水利部黄河泥沙重点实验室河南郑州450003 郑州大学生命科学院生物工程系河南郑州450001

采用Tersoff势对硅掺杂石墨烯薄膜的拉伸过程进行了分子动力学模拟,研究了不同硅掺杂比对扶手椅型和锯齿型石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响,得到了相应的应力-应变关系以及拉伸破坏形态.研究结果表明,硅原子的替换掺杂对石墨烯薄膜杨氏模... 详细信息

采用Tersoff势对硅掺杂石墨烯薄膜的拉伸过程进行了分子动力学模拟,研究了不同硅掺杂比对扶手椅型和锯齿型石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响,得到了相应的应力-应变关系以及拉伸破坏形态.研究结果表明,硅原子的替换掺杂对石墨烯薄膜杨氏模量的影响明显,其拉伸极限应变和拉伸强度随着硅原子掺杂比的增大而显著减小.

关键词：硅掺杂石墨烯拉伸性能分子动力学