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福建物构所电子束刻蚀实现中空核壳结构稀土上转换纳米晶原位构筑入选“2018年中国稀土十大科技新闻”
更新日期:2019-01-31  

  由中国稀土学会和包头稀土研究院主办,“中国稀土”网站承办,《稀土信息》、《稀土》等媒体协办的“2018年中国稀土十大科技新闻”日前揭晓。福建物构所“电子束刻蚀实现中空核壳结构稀土上转换纳米晶原位构筑”入选。

  福建物构所中科院功能纳米结构设计与组装重点实验室陈学元研究小组和王元生研究小组合作,通过电子束辐照核壳结构稀土上转换纳米晶,发现同质包覆核壳结构纳米晶其内核与壳层界面处依然存在大量晶体缺陷,并且该界面缺陷浓度甚至高于内核中体相缺陷的浓度。在此基础上,利用这种界面缺陷调控,借助电子束刻蚀首次实现了在碳膜衬底上原位构筑中空核壳结构稀土上转换纳米晶。在一定功率密度的电子束辐照下,预先沉积于碳膜衬底上的核壳结构稀土上转换纳米晶由实心球体快速转变为中空核壳结构,整个过程在30秒内即可完成,并且中空核壳结构纳米晶依然保持原有的晶体结构。通过对纳米晶由实心向中空核壳结构转变过程的原位透射电镜观察,并结合理论模型分析,研究人员进一步揭示了该中空核壳结构形成的微观机制:当纳米晶受到高能电子束辐照时,纳米晶中的Ln (稀土原子)FNa原子在与电子碰撞过程中获得动能后挣脱晶格束缚而发生原子迁移或溅射,进而在纳米晶中形成孔洞。由于核壳结构纳米晶中核壳界面处存在大量缺陷,当受到电子束辐照时,核壳界面处晶格原子挣脱晶格束缚而发生原子迁移或溅射的几率显著增加,因此在该界面及其附近处优先快速形成球对称的空心结构,最终实现纳米晶由实心向中空核壳结构的转变。该项研究结果表明,基于核壳结构纳米晶的界面缺陷调控利用电子束对纳米晶进行原子尺度刻蚀是一种原位构筑中空核壳结构稀土上转换纳米晶的行之有效的方法,该方法将为纳米器件应用领域中原位构筑特殊结构功能化纳米晶提供新思路。相关结果2018725日发表于《先进科学》(Advanced Science 2018, 5, 1800766)。

  

  

基于界面缺陷调控的电子束刻蚀实现中空核壳结构稀土上转换纳米晶原位构筑的原理示意图

  此次入选的十大科技新闻是从100余篇2018年度稀土科技新闻中,经过初审、专家评审两个阶段评出。

  (科技处供稿)