【摘 要】
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金属纳米颗粒/绝缘体复合材料兼具了传统复合材料和现代纳米材料（纳米晶粒、高浓度晶界）两者的优越性，在很多领域有着广泛的应用。但是如何改善金属纳米颗粒尺寸的离散性和分布
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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金属纳米颗粒/绝缘体复合材料兼具了传统复合材料和现代纳米材料（纳米晶粒、高浓度晶界）两者的优越性，在很多领域有着广泛的应用。但是如何改善金属纳米颗粒尺寸的离散性和分布的均匀性一直是这个领域尚未解决的一个问题。本论文的核心思想是尝试利用载能离子辐照产生的缺陷来调控金属纳米颗粒形核，期望达到改善绝缘基体（镁铝尖晶石，MgAl2O4）中金属纳米颗粒尺寸的离散性和分布的均匀性。
首先采用不同能量、剂量的Ar离子在350℃条件下辐照表面沉积Au薄膜的镁铝尖晶石样品，以达到同时在镁铝尖晶石样品近表面区域引入缺陷和Au原子。实验结果发现，只有在入射Ar离子的动能大于等于55keV值时，Au纳米颗粒才可以在基体中形成。退火过程中发现Au纳米颗粒的热稳定性并不理想，因此对实验方案做了改进，采用更高能量(110keV)的Ar离子辐照，同时样品表面沉积原子质量较轻的Cu薄膜。辐照后样品的UV-VIS谱上明显的观察到了Cu纳米颗粒的表面等离子体共振(SPR)吸收峰，说明Cu纳米颗粒已经形成，透射电镜(TEM)分析显示Cu颗粒的直径分布主要在1.3-3.4nm之间，并且颗粒的热稳定性显著改善。但是样品表面的Cu在高温下发生了团聚，这对样品的光学性能有一定影响。
为了避免表面金属的影响，随后采用离子注入的方法将Ag离子直接注入到Ar离子辐照损伤层。UV-VIS谱的结果显示缺陷的引入显著地增强了金属纳米颗粒的形核，PAS多普勒展宽谱的结果表明对金属纳米颗粒形核起到促进作用的主要是空位型缺陷，TEM结果显示缺陷的引入不仅促进了金属纳米颗粒的形核，而且改善了金属纳米颗粒尺寸的离散性及分布的均匀性。在后续的退火实验中发现在600-700℃温度范围内，镁铝尖晶石的Mg2+和Al3+离子所在的位置发生了反转，引起晶格常数的增大，但是阳离子位置的反转并不影响材料的结晶度。
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