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Zn离子注入石英玻璃纳米颗粒的形成及演化

Fabrication and Thermal evolution of Nanoparticles in SiO2 by Zn Ion Implantation

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【作者】 申艳艳李旭高辉李照东张丽莉张大成张晓利何伟岩袁兵刘昌龙

【Author】 SHEN Yanyan1, LI Xu1, GAO Hui1, LI Zhaodong1, ZHANG Lili1, ZHANG Dacheng1, ZHANG Xiaoli1,HE Weiyan1, Yuan Bing 1, Liu Changlong1,2* , 1School of Science, Tianjin University, Tianjin 300072, P. R. China 2Tianjin Key Laboratory of Low Dimension Materials Physics and Preparing Technology, Institute of Advanced Materials Physics Faculty of Science, Tianjin 300072, P. R. China

【机构】 天津大学理学院物理系天津市低维功能材料物理与制备技术重点实验室

【摘要】 本文利用离子注入的方法将剂量分别为5×1015、1×1016、5×1016、1.0×1017ions/cm2,能量为45keV的Zn离子注入光学级的石英(SiO2)玻璃基片中,在O2气氛围中不同温度下对样品进行退火以促进纳米颗粒的成核与增长。我们采用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、原子力显微镜(AFM)、掠角X射线衍射仪(GXRD)对样品进行测量分析。UV-Vis结果显示,当剂量大于或等于1×1016ions/cm2时,注入层在260nm左右存在一个明显的吸收峰,吸收峰强度随剂量的增加而增加。并且随着退火温度的升高,吸收峰发生蓝移,表明纳米颗粒的尺寸发生了变化。GXRD及AFM结果进一步证明了纳米颗粒的形成及其演变。GXRD的结果显示600℃退火是Zn纳米颗粒演变成ZnO纳米颗粒的阈值温度,800℃退火后Zn和ZnO的纳米颗粒完全消失并完全转化成Zn2SiO4纳米颗粒。

【Abstract】 SiO2 samples were implanted with 45 keV Zn ions at doses ranging from 5×1015 to 1.0×1017 ions/cm2, and were then subjected to furnace annealing at different temperatures in oxygen atmosphere to promote the fabrication and evolution of the nanoparticles. In the as implanted states, Clear peaks appeared when the dose increased to 1×1016ions/cm2 and the peak intensity increased with the dose. After annealing, peaks descreased and have a blue shift which indicated that the size of the nanoparticles changed. AFM and GXRD confirmed the evolution and fabrication of the nanoparticles. Moreover, the results of the GXRD show that 600℃ is the threshold temperature for the change of Zn nanopaticles to ZnO nanopaticles. When annealed at 800 ℃, all the Zn and ZnO nanopaticles disappeared and translate to Zn2SiO4.

  • 【会议录名称】 第二届全国核技术及应用研究学术研讨会大会论文摘要集
  • 【会议名称】第二届全国核技术及应用研究学术研讨会
  • 【会议时间】2009-05-01
  • 【会议地点】中国四川绵阳
  • 【分类号】TB383.1
  • 【主办单位】中国核物理学会、国家核技术工业应用工程技术研究中心(National Engineering Research Center of Nuclear Technology Application in Industry)
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