| 单晶硅的摩擦诱导相变及其表面纳米线阵列的制备与表征 | |
李小成
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| Subtype | 博士 |
| Thesis Advisor | 杨生荣 ; 吕晋军 |
| 2006-12-08 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | 先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Degree Discipline | 物理化学（含：化学物理） |
| Keyword | 单晶硅 相变 摩擦磨损 硅纳米线 同轴 Single Crystal Silicon Phase Transformation Friction And Wear Silicon Nanowires Coaxial |
| Abstract | 本论文综述了单晶硅压力诱导、摩擦诱导相变以及硅纳米线的制备及其应用的研究进展，研究了单晶硅压入诱导相变和摩擦诱导相变，并制备得到了硅纳米线及其同轴纳米线阵列，主要研究内容和结论如下： 1. 采用纳米压入仪对单晶硅的压入行为进行了研究。结果表明：单晶硅在压入过程中发生由半导体的Si-I 相向金属化的Si-II 相转变的过程。在随后的卸载过程中Si-II 相转变为Si-XII 和Si-III 的混合相。载荷和卸载速率对于单晶硅的卸载曲线形状具有重要影响，卸载曲线在较低的载荷下(≤10mN)呈现elbow 现象，在较高的载荷下(≥70mN)呈现明显的pop-out 现象，当载荷处于二者中间时卸载曲线随着卸载速率的增加由起初的pop-out 现象转变为elbow 现象。卸载曲线呈现elbow 现象的最小卸载速率也随着载荷的增加而增加。 2. 研究了单晶硅与Si3N4、红宝石以及GCr15 对摩时的摩擦磨损和相变行为。结果表明单晶硅与不同对偶对摩时摩擦系数均随着速度的提高而下降。相同距离下单晶硅与红宝石对摩时磨损体积最大，与GCr15 对摩时摩擦系数最高。单晶硅与Si3N4、红宝石等硬度较高的对偶对摩时在低速下的跑合阶段可观察到明显的相变现象，经历Si-I→Si-II 的相变过程，并在卸载以后产生Si-XII、Si-III 以及非晶硅的混合相。单晶硅与较低硬度的GCr15 对摩时，磨损表面没有观察到单晶硅的相变现象，在磨损的初期存在GCr15 向单晶硅表面转移的现象。 3. 研究了单晶硅在不同润滑介质作用下的相变现象。SEM 和 Raman 研究结果表明具有较高液体粘度、较弱的分子间氢键和较低的介电常数的润滑介质可促使单晶硅发生Si-I→Si-II→a-Si 的相变过程，产生光滑的非晶硅表面。十五烷是一种较为理想的制备非晶硅表面的润滑介质。在此基础上，我们采用纳米划痕仪并以十五烷作为润滑介质，在单晶硅表面制备得到了一个非晶硅的划痕阵列。 4. 采用AgNO3 溶液辅助刻蚀法制备得到了硅纳米线阵列。HRTEM 以及SAED 结果表明硅纳米线以单晶硅的形式存在，Raman 光谱结果表明制备得到的硅纳米线阵列存在明显的低波数位移和谱峰不对称现象，这与硅纳米线的量子限制效应有关。以刻蚀法制备的硅纳米线为模板结合水热合成法，我们制备得到了Si/ZnO 的同轴纳米线阵列，HRTEM 结果表明硅纳米线表面被一层非晶ZnO 均匀包覆着，同时也观察到了结晶的ZnO 颗粒和莫尔条纹的形成。 |
| Subject Area | 摩擦物理与摩擦化学 |
| Funding Project | 聚合物摩擦学组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/3007 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 李小成. 单晶硅的摩擦诱导相变及其表面纳米线阵列的制备与表征[D]. 中国科学院研究生院,2006. |
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