我室用户在纳米碳化硅复合材料研究取得重要进展

 碳化硅作为第三代宽带隙半导体材料，因具有优异的物理化学性能，在高温、高频、高压、大功率的电子器件、光电子器件、生物医学工程等应用领域中占有重要地位。南京大学微结构国家实验室研究组利用国家同步辐射实验室软X射线磁圆二色线站，在纳米SiC复合发光材料、SiC-水复合体系材料研究等领域取得了一系列的重要突破，在原子水平上研究了碳化硅纳米晶表面与丙三醇分子和水分子的成键，对全彩色显示技术、生物医学工程和药物研发具有重要意义。相关研究成果先后发表在国际纳米科技权威期刊上[Nano Letters 9, 4053(2009); 10, 1466 (2010)]。

（1）纳米SiC材料与水复合体系界面机理研究

　　　  纳米材料与水复合体系的相互作用是水科学研究的一个重要课题，尤其是界面相互作用信息至关重要。SiC-水复合体系是该体系界面研究的理想模型。南京大学研究组利用合肥国家同步辐射实验室软X射线磁圆二色实验线站，通过测量3C-SiC纳米颗粒-水复合体系的O-K边和Si-L边吸收谱，揭示了水分子具有选择性地与Si截止层的表面发生相互作用。该研究成果为生物医学工程和药物研发提供了至关重要的启示。研究论文发表在国际纳米科技权威期刊上[Nano Letters 9,4053(2009)]。

<IMG border=0 src="/_upload/article/images/11/0b/17612a0243ac99e61c2711a65d87/W020140917564064561077.gif" _fcksavedurl="http://www.nsrl.ustc.edu.cn/zh_CN/uploadfile/image/2010-5/20100531091648427.gif" OLDsrc="/_upload/article/images/11/0b/17612a0243ac99e61c2711a65d87/W020140917564064561077.gif"

图2. SiC-水复合体系材料的TEM图、原子结构示意图、XPS谱和XANES谱

（2）纳米SiC发光材料研究

 

　　　  通过在碳化硅纳米晶薄膜表面键合丙三醇分子，首次制备了具有宽光致发光谱（紫色至蓝绿色波段）、高发光亮度、性能稳定的碳化硅发光材料。利用国家同步辐射实验室软X射线磁圆二色线站，对碳化硅纳米晶表面与丙三醇分子的成键情况进行研究，测量了碳化硅薄膜样品的O-K边和Si-L3，2边吸收谱，描绘了碳化硅纳米晶表面Si-O-Si中桥接O原子被-OR基团取代的原子图像，从而在原子尺度上证明了材料表面存在Si与丙三醇的键合，揭示了产生可连续调制光致发光谱的机制。该研究成果突破了碳化硅材料的蓝光限制，对全彩色显示技术的发展具有重要意义。日前该成果也发表于国际纳米科学权威期刊上[Nano Letters 10, 1466 (2010)]。

　　　　　　　 <IMG border=0 src="/_upload/article/images/11/0b/17612a0243ac99e61c2711a65d87/W020140917564064570305.jpg" _fcksavedurl="http://www.nsrl.ustc.edu.cn/zh_CN/uploadfile/image/2010-5/20100531093536795.jpg" OLDsrc="/_upload/article/images/11/0b/17612a0243ac99e61c2711a65d87/W020140917564064570305.jpg"<IMG border=0 src="/_upload/article/images/11/0b/17612a0243ac99e61c2711a65d87/W020140917564064594276.jpg" _fcksavedurl="http://www.nsrl.ustc.edu.cn/zh_CN/uploadfile/image/2010-5/20100531093542292.jpg" OLDsrc="/_upload/article/images/11/0b/17612a0243ac99e61c2711a65d87/W020140917564064594276.jpg"

 

图1. 碳化硅纳米晶薄膜的光致发光谱、O-K边和Si-L3，2边吸收谱