光参量及畴结构对铌酸锂晶体表面银沉积的影响研究-材料物理与化学专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 摘 要 铌酸锂晶体(LiNbO3，LN)具有显著的电光、铁电、压电、非线性、光折变等效应， 作为衬底材料在生物医学实验室芯片系统中有广泛的应用前景。例如，在LN基体上构 建的表面声波驱动装置(SAW)可提高微流体平台处理小型细胞样本的效率，该技术不 需要任何外部动力的供给，避免了外部干扰对平台生物环境的影响。除了微流体驱动， 能够进行单细胞分析也是铌酸锂基的实验室芯片显著功能，其中纳米探测器件、表面 拉曼散射增强(SERS)技术可用于分析生物分子。在生物传感器和SERS技术的应用研 究中，银纳米颗粒(Ag NPs)日益成为一个新的研究热点。本论文主要研究了光参量及 畴结构对铌酸锂晶体表面银沉积的影响。 为了获得多畴结构的铌酸锂晶体，首先利用液体电极对掺铁铌酸锂进行了极化反 转。实验中，通过改进实验装置，得到具有规则畴结构的铌酸锂晶体。同时，研究了 温度变化对铌酸锂晶体畴结构的影响，将温度变化过程中畴壁处的变化情况实时记录 下来，为后期的实验研究奠定了理论基础。 在 405 和 532 nm 的激光照射下，均成功地在 C 切向的掺铁铌酸锂晶体表面实现 了银沉积。采用扫描电子显微镜和 X 射线光电子能谱仪对沉积物进行分析，得出沉积 物的成分是银单质，其尺寸大小在几十到几百纳米。此外，采用 Y 切向的铌酸锂晶体 进行实验，通过金相显微镜，我们观测到晶体表面的沉积图样与 C 切向的晶体表面明 显不同，银粒子在一侧较多，而在另一侧较少。 为了进一步研究铌酸锂晶体表面银沉积的机理，采用实时观测装置在掺铁铌酸锂 晶体表面进行银沉积实验，总结得出银粒子选择性沉积在光斑的周围，并且呈现环状 结构，在光斑的亮区与晶体表面暗区的交界处有气泡产生。在多畴结构的掺镁铌酸锂 晶体表面银沉积的实验中，将激光聚焦到畴壁处后，晶体表面银沉积与光斑形状基本 一致。 通过分析光激载流子在晶体中的运动轨迹，本论文提出了铌酸锂晶体表面银沉积 的机理：在光生伏特场和扩散效应的共同作用下，光激发产生的电子分布到晶体表面， 溶液中的银离子与这些电子发生中和反应，最终被还原成银单质。 关键词：铌酸锂晶体 畴结构 实时观测 银沉积 I II ABSTRACT Lithium niobate (LiNbO3,LN) is considered as a promising substrate material for a medically used lab-on-chip platform because of its remarkable electro-optical, ferroelectric, piezoelectric and nonlinear optical properties. For example, the exploitation of surface acoustic wave (SAW) actuators built in LN substrates could increase the efficiency of microfluidic platforms in handling small sample volumes without the need for external pumping or different mechanisms that could cause modifications in the on-chip environment. Besides the fluidic actuator, the functionality of analyzing a single molecule is also crucial to a LN-based microfluidic lab-on-chip platform. Nanopore-based sensors or surface enhanced Raman scattering (SERS) technology may be utilized for analyzing a single molecule, and silver (Ag) nanoparticles (NPs) are of considerable interest for application in biochemical sensors and SERS technology. We study in this paper the optical parameters and domain structure dependence of the silver deposition on the LN. For obtaining LN with multi-doma