TiO2纳米颗粒在单晶硅表面的吸附.pdfVIP

第 24卷 第 7期 光学 精密工程 Vo1．24 No．7 2016年 7月 OpticsandPrecisionEngineering July．2016 文章编号 1004—924X(2016)07—1694—09 TiO2纳米颗粒在单晶硅表面的吸附 宋孝宗¨，高 贵 ，周有欣 ，王宏冈0，龚 俊 (1．兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州 730050； 2．中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，甘肃兰州 730000) 摘要 ：为 了实现亚纳米级超光滑表面的加工，建立了紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工系统，同时研究了加工过程 中纳 米颗粒与工件表面间的相互作用机理 。首先，对实验所用锐钛矿 TiO。纳米颗粒及单 晶硅工件表面进行表征测量 。然 后 ，用第一性原理的平面波赝势计算方法研究了纳米颗粒胶体射流加工 中TiO。分子团簇在单 晶硅表面化学吸附的表面 构型结构及其体系能量 。最后 ，开展 了TiOz纳米颗粒及单 晶硅工件表面 间的吸附实验 。实验结果表 明：胶体 中的OH 基团在 TiOz团簇表面及单晶硅表面分别发生化学吸附，在 TiOz纳米颗粒及单晶硅表面吸附过程中形成了新的Ti一()_Si 键及化学吸附的H 0分子 。红外光谱实验结果显示 ：TiO 纳米颗粒与单 晶硅界面 间存在新生成 的Ti—O-Si键 。这种界 面问的相互作用证实了紫外光诱导纳米颗粒胶体射流抛光过程可实现材料去除的化学作用机理 。 关 键 词 ：Ti0 纳米颗粒 ；超光滑表面；单 晶硅表面；化学吸附；紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工 中图分类号 ：TB302：TB383 文献标识码 ：A doi：10．3788／OPE1694 Adsorption ofTiO2nanoparticlesonm0n0crystallinesiliconsurface SONG Xiao—zong¨，GAO Gui，ZHOU You—xin ，W ANG Hong—gang ，GONG Jun (1．SchoolofMechanicalandElectronicalEngineering， LanzhouUniversityofTechnology，Lanzhou730050，China； 2．StateKeyLaboratoryofSolidLubrication，LanzhouInstituteofChemicalPhysics， ChineseAcademyofSciences，Lanzhou780000，China) *C0¨re 0咒 gauthor，E-mail：s0gz口oog@ 126．corn Abstract：To efficiently create theultra—smooth surfaceofbrittle crystals，an ultravioletinduced nanoparticlecolloidjetmachiningsystem wasestablishedandtheinteractionmechanism betweenthe nanoparticlesand the surface of a workpiece in the process was investigated． Firstly， the characteristicsofTiO2nanoparticlesandmonocrystallinesiliconsurfaceusedin theexperimentwere measuredandinvestigated．Then，theplane—wavepseudopotentialcalculationmethodbasedonfirst— principleswasused to study the geometricalstructuresand formation energiesofTiO2molecular clusterin chemically adsorbing o