基于Kirkendall效应的埋嵌型金属氧化物纳米颗粒的空洞结构合成、形貌控制及其性质研究

Hollow nanoparticles with controlled hollow interior and shell thickness are attractive in both fundamental research and practical applications because of their large surface area and low material density, which can serve as ideal candidates for applications in many modern technological areas including nano-optics, catalysis, sensing, energy storage and microreactors, etc. In this project, metallic oxides hollow nanoparticles embedded in host matrix will be fabricated using the modified pulsed laser deposition method and the rapid thermal annealing technique. A strain-modified Kirkendall model will be proposed for the formation mechanisms of hollow nanoparticles embedded in a host matrix, which will include the influence of local strain distributions and diffusion of metallic atoms. The morphology of hollow nanoparticles will be designed by tuning the inhomogeneous strain, and thus the optical, electrical and magnetic properties of nanoparticles will be further tuned via strain in the system. This project will provide experimental and theoretical information for the development and wide applications of hollow nanoparticles.

空洞结构纳米颗粒具有可控的空洞内部和壳厚度、比表面积大和密度低等优异性能，在纳米光学、催化、传感、能量存储、微反应器等领域有重要影响具有广泛的应用前景。本项目拟采用改进的脉冲激光沉积技术结合快速退火技术制备埋嵌型空洞结构金属氧化物纳米颗粒。了解金属原子的扩散作用与应变作用之间的相互影响，建立得基于应变效应的改进型纳米尺度Kirkendall模型，探索埋嵌型空洞结构金属氧化物纳米颗粒形成的微观机理。利用外加应变作用，实现埋嵌型空洞结构金属氧化物纳米颗粒的形貌调控，最终实现对其光学、电学、磁学等性质的大范围裁剪，为该类纳米材料的开发和广泛应用提供实验和理论依据。

探索了埋嵌型复合纳米颗粒制备方法和条件，获取了埋嵌型复合纳米颗粒的生长参数与其尺寸、形貌和微结构之间的内在联系。综合利用应变场和非极性光场两种物理外场作用研究了埋嵌型复合纳米颗粒微结构变化对其物理性能的影响。利用改进的脉冲激光沉积技术结合快速退火技术制备了埋嵌型空洞结构金属氧化物纳米颗粒。了解了金属原子的扩散作用与应变作用之间的相互关系，建立得基于应变效应的改进型纳米尺度Kirkendall模型，探索了埋嵌型空洞结构金属氧化物纳米颗粒形成的微观机理。利用外加应变作用，实现了埋嵌型空洞结构金属氧化物纳米颗粒的形貌调控，最终实现了对其物理性能的调制。研究工作为实现材料的功能调制提供了一条崭新的思路，同时也为我们对复合纳米材料的物理与化学性质进行探究提供了非常重要的指导作用。项目实现了预定研究目标，完成了计划书中的全部研究内容。发表SCI学术论文28篇，授权国家发明专利12项。培养博士研究生1名，硕士研究生10名。3篇硕士学位论文获得江西省优秀硕士学位论文。