光参量及畴结构对铌酸锂晶体表面银沉积的影响研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kingknife2000
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铌酸锂晶体(LiNbO3,LN)具有显著的电光、铁电、压电、非线性、光折变等效应,作为衬底材料在生物医学实验室芯片系统中有广泛的应用前景。例如,在LN基体上构建的表面声波驱动装置(SAW)可提高微流体平台处理小型细胞样本的效率,该技术不需要任何外部动力的供给,避免了外部干扰对平台生物环境的影响。除了微流体驱动,能够进行单细胞分析也是铌酸锂基的实验室芯片显著功能,其中纳米探测器件、表面拉曼散射增强(SERS)技术可用于分析生物分子。在生物传感器和SERS技术的应用研究中,银纳米颗粒(Ag NPs)日益成为一个新的研究热点。本论文主要研究了光参量及畴结构对铌酸锂晶体表面银沉积的影响。为了获得多畴结构的铌酸锂晶体,首先利用液体电极对掺铁铌酸锂进行了极化反转。实验中,通过改进实验装置,得到具有规则畴结构的铌酸锂晶体。同时,研究了温度变化对铌酸锂晶体畴结构的影响,将温度变化过程中畴壁处的变化情况实时记录下来,为后期的实验研究奠定了理论基础。在405和532nm的激光照射下,均成功地在C切向的掺铁铌酸锂晶体表面实现了银沉积。采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对沉积物进行分析,得出沉积物的成分是银单质,其尺寸大小在几十到几百纳米。此外,采用Y切向的铌酸锂晶体进行实验,通过金相显微镜,我们观测到晶体表面的沉积图样与C切向的晶体表面明显不同,银粒子在一侧较多,而在另一侧较少。为了进一步研究铌酸锂晶体表面银沉积的机理,采用实时观测装置在掺铁铌酸锂晶体表面进行银沉积实验,总结得出银粒子选择性沉积在光斑的周围,并且呈现环状结构,在光斑的亮区与晶体表面暗区的交界处有气泡产生。在多畴结构的掺镁铌酸锂晶体表面银沉积的实验中,将激光聚焦到畴壁处后,晶体表面银沉积与光斑形状基本一致。通过分析光激载流子在晶体中的运动轨迹,本论文提出了铌酸锂晶体表面银沉积的机理:在光生伏特场和扩散效应的共同作用下,光激发产生的电子分布到晶体表面,溶液中的银离子与这些电子发生中和反应,最终被还原成银单质。
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