纳米管-吸附物体系的光致离子发射现象研究

纳米管材料在特定环境中会吸附其它物质进入其管道内，构成纳米管-吸附物体系。由于纳米材料的超级光吸收效应，该体系在脉冲可见光作用下会发生一些奇异的现象。例如我们发现，吸附水的碳纳米管体系在脉冲可见光照射下会发射等离子体。本项目旨在对这个新现象进行深入细致的研究，在此基础上扩大纳米管材料和吸附物的种类，从实验和理论两个方面对纳米管-吸附物体系在脉冲可见光作用下的离子发射现象形成规律性认识。本项目的研究不仅能够积累科学新知识，而且对于新概念纳米器件的提出也有意义。

本项目对纳米管-吸附物体系在脉冲可见光照射下的离子发射现象进行了实验和理论研究。内容涉及一套脉冲激光-飞行时间质谱仪实验系统的软硬件发展、谱峰定标技术及离子种类识别方法、碳纳米管-吸水体系的光致离子发射、碳纳米管-吸附NaCl体系的光致离子发射、TiO2吸附RbCl的光致离子发射等方面的实验研究以及相关机理的理论计算。还涉及一些特殊纳米材料（如TiO2纳米管阵列，黑色TiO2 纳米球等）的制备技术研究。本项目取得的研究成果如下：(1)对原有脉冲激光-飞行时间质谱仪实验系统的关键电控部件进行了优化，编制了专门的数据采集与分析软件，基于理论分析发展了一套有特色的谱峰定标技术，实现了光致离子发射种类的快速识别。(2)发现金属基底在脉冲激光照射下普遍存在碱金属离子发射现象，而采用经过特殊处理的硅基底，在中等激光能量以下来自基底的干扰信号可以被压缩得极小。(3)系统研究了吸水单壁碳纳米管在532 nm纳秒脉冲激光照射下的离子发射现象。离子种类主要包括H+，H2+，C+，CH3+，CO2+，离子初动能为3-8eV。(4)系统研究了单壁碳纳米管-NaCl吸附物体系的光致Na+ 离子发射现象，发现少量水的吸附可以导致Na+发射的极大增强。(5)制备了有特色的黑色TiO2纳米球，较系统地研究了TiO2-RbCl吸附物体系的光致Rb+ 离子发射现象，发现黑色TiO2纳米球的存在可以明显增强Rb+离子发射。(6)建立物理模型对上述实验现象进行了计算分析，发现与纳米材料特有的超级光热效应起主导作用，同时与光致载流子分离、缺陷态电子逃逸等物理机制有关。(7)基于上述研究发表学术论文19篇，其中SCI收录10篇，获得国家发明专利授权1项。(8)培养博士研究生2名，硕士研究生8名。