电、磁场约束液体内激光融蚀捕获IV族半导体亚稳纳米相

亚稳纳米相的获得长期以来都是新型纳米材料与结构科学研究的核心问题，是进一步探求其奇异物性和拓展其潜在应的基础；而发展简捷、高效且具有潜在应用前景的制备方法，特别是实现在常温常压下合成亚稳纳米相(即具有热力学上的亚稳结构，或晶体学上的亚稳形貌)，更是在凝聚态物理学和材料物理学上都具有挑战性的工作。在本项目研究中，我们通过发展液相环境中激光融蚀(laser ablation in liquid, LAL)的纳米制造方法，即电、磁场约束液体内激光融蚀，开展在常温常压下捕获Ⅳ族半导体亚稳纳米相研究，并进而探索它们在光电子学、环境与能源及生物医学等领域的应用。同时，基于我们已建立的纳米尺度下材料生长（成核与相变）的热力学理论，我们将发展新的理论工具来处理电、磁场约束下LAL制备中亚稳纳米相的成核及纳米结构的形成问题，从而揭示出LAL过程中物质结构形态的演变规律，增进人们关于亚稳纳米相形成方面的认识。

“电、磁场约束液体内激光融蚀捕获IV族半导体亚稳纳米相”研究工作于2013年12月按计划顺利完成。按照项目计划书中的任务安排，“建立强磁场辅助LAL实验设备”、“采用所发展的电、磁场调控 LAL 制备出IV半导体族亚稳相纳米晶和新型功能纳米结构”，以及“完成对电、磁场约束 LAL 捕获的Ⅳ族半导体亚稳纳米晶进行实验表征和性能分析工作”三项任务都已基本实现。通过利用电、磁场对液体内激光融蚀的约束作用，实验组完成了对一种亚稳半导体Si纳米相的捕获研究，同时还拓展了研究范围，将半导体氧化物纳米材料以及半导体-磁性金属复合功能纳米结构的电、磁场调控LAL实验研究也纳入到了本项目科研工作中，并取得了一系列较好的研究成果，其简述如下。.（1）采用电场约束模式开展了激光液相融蚀捕获低维半导体功能纳米结构的研究，成功制备出一种具有蓝紫光发光特性的亚稳相闪锌矿结构Si纳米颗粒。在本部分工作中，实验组搭建了可调控的直流电场对LAL反应进行约束作用，最终捕获了一种具有蓝紫光发光特性的亚稳相闪锌矿结构Si纳米颗粒。此外，研究小组以半导体Ge纳米颗粒为研究对象，系统研究了“不同液体束缚状态下的液体内激光融蚀制备IV族半导体纳米颗粒”的产率问题。.（2）利用电场约束以及电场诱导下的化学反应，开展了多种半导体氧化物功能纳米结构的制备与性能研究，成功制备出一系列功能化半导体氧化物纳米结构。在本部分工作中，实验组拓展了研究范围，使用发展的电场约束液体内激光融蚀技术对包括一系列多金属氧酸盐（Polyoxometalate）纳米结构、具有功能化形貌的WO3纳米薄片和高比表面结构的β-MnO2纳米线，以及功能化Mn3O4纳米颗粒做了系统的制备、结构表征与应用特性研究，获得了较丰富的研究结果。该部分工作系统研究了电场约束下的激光液相融蚀技术所具有的工作原理和特点，特别是对电场约束LAL过程中的成核与结构生长物理机制进行了探讨，初步建立起一套电场调控下特定纳米结构合成的物理模型。.（3）通过建立的强磁场调制激光液相融蚀实验装置，我们在原有的IV族半导体材料研究基础上引入磁性纳米粒子，成功通过磁场约束激光液相融蚀技术一步合成出了一种具有强磁特性的Fe3C@Fe5C2纳米束结构。该研究不仅揭示了强磁场约束下激光液相融蚀的纳米结构形成规律，并且为建立起磁场约束下的激光液相融蚀物理模型提供了重要的基础数据积累。