金纳米线多种方式冷焊接的研究

摘要：金由于它的化学惰性和较低的电阻率，以及独特的表面等离子共振等性质使得一维金纳米结构得到了广泛而深入的研究。金纳米线具有较大的纵横比和独特的光学性质，可应用于传感器、波导、透明传导电极以及表面增强拉曼散射的衬底等,而单晶金属纳米线的焊接可能在整个纳米器件的制造中起到重要作用。本文通过蒙特卡洛模拟方法，采用量子修正 Sutton-Chen 式多体势能，来模拟两根金纳米线自由端头尾相连，肩并肩相连，头和肩相连焊接的效果。本文中用局部晶序法来描述焊接样本的结构，结果表明接触面（三种接触方式）的不同和温度的不同都对冷焊接有很大的影响，低温焊接与无熔融冷焊接的连接结构是相似的，焊接部位具有有序的结构，但是在高温下操作时连接纳米线表现为熔融状态。59262
毕业论文关键字：焊接,纳米线,蒙特卡洛,局部晶序法
Abstract: Due to the nature of chemical inertness,low resistivity and unique surface plasmonresonance, a dimensional structure of gold has been extensive and in-depth researched. Goldnanowire having a large aspect ratio and a unique optical properties which can be applied in thesensor, waveguide, transparent substrate electrode,surface-enhanced Raman scattering ofconduction and so on.Welding of single-crystal metallic nanowires is likely to have an importantrole in the bottom-up fabrication of nanodevices. The welding effects of free ends of twosingle-crystal gold nanowires (Au–Au) were demonstrated by Monte Carlo simulations in thispaper. The quantum corrected Sutton–Chen type many-body potential was used to model themetal-metal interactions. Metallic nanowires were first placed closely with head-to-head,head-to-side and side-to-side joining procedures. Structures of the welded specimens werecharacterized by the common neighbor analysis technique.The welding effects of the differentjoining procedure with different temperatures were compared. The results showed that the jointstructure welded at low temperature were similar to the cold welding without fusion meanwhilethe molten phase was presented in the joint when processing at the high temperatures.
Keyword: Welding,Nanowire,Monte Carlo,Common neighbor analysis

1 绪论 5

2 模型和计算方法 6

3 结果与讨论 7

结论17

参考文献18

致谢20
1 绪论在纳米材料的研究热潮中，贵金属（尤其是金和银）独特的光、电、催化等方面的特性使得贵金属纳米材料成为众多领域的研究对象。随着纳米技术的发展，纳米材料的合成和表征手段不断完善，多种形貌的贵纳米结构相继被合成，从一维的纳米棒、纳米线到二维的纳米片,再到三维的多面体和枝形结构等。其中，一维的金属纳米结构因其优良的电学、光学、磁学和热学等性质而在纳米电子器件和生物器件等方面有着潜在的应用，近年来一直都备受人们的关注。金的化学惰性和较低的电阻率，以及独特的表面等离子共振等性质使得一维金纳米结构得到了广泛而深入的研究。金纳米线具有较大的纵横比和独特的光学性质，可应用于传感器、波导、透明传导电极以及表面增强拉曼散射的衬底等。现在可以通过物理和化学方法常规地制得具备有趣的机械的、电学的、光学的、热学的性质的各种半导体和金属纳米线[1-3],并且通过探测扫描法进行对纳米材料进行操作[4-5]。
纳米线是纳米技术的基本的构建元素。重新排列和组装纳米线的整个结构，集成和修理纳米级系统的一个有效的方式，就是焊接。焊接微型材料的技术的重要性被提高了，因为这些技术对于纳米器件是必不可少的[6-9]。另外，低维材料的焊接技术已被发现可被有效的用于生产功能元件，特别是在纳机电系统（NEMS）或微机电系统方面[10]。在最近几年中，已成功实现低维纳米结构的连接，在碳纳米管（克拉舍宁尼科夫等,2002）[11]和金属/半导体填充的碳纳米管[12]，金属/半导体/陶瓷纳米线和纳米粒子（Tohmyoh 和 Fukui2009;鹏等,2009; Lu 等,2010）（Mafune 等，2003; Kim 和 2005Janga，徐等人。2005; Tohmyoh 等,2007; Zhou 等人, 2009）中[13-14]。一些适合于纳米级物体的局部焊接方法已经得到发展，包括焊接（Peng 等,2009; Cui 等,2009），离子束沉积材料（克拉舍宁尼科夫等,2002）[11]，热采暖（Hu 等 2010;吴和杨 2001 年;高能量的电子束轰击（Xu等,2005），电流的焦耳加热（Tohmyoh 和 Fukui2009; Tohmyoh 等 2007 年），激光加热（Kim 和 Janga2005; Zhou 等人。2009 年），超声波焊接（Wu等人，2008 年），真空钎焊（Chen等,2006），冷连接（Lu 等,2010;Akande 等,2010）。除了基于低温状态下的固体扩散的连接，其他纳米级焊接技术过程中一直有局部加热参与，源]自[优尔^`论\文"网·www.youerw.com/ 这影响了接头结构及相关原始组件的性质。高温下纳米焊接过程中接触部分的演变的缺乏的。目前现有的使用局部加热技术的纳米焊接的动态过程仍不清楚。计算机模拟为调查界面结构和动力学性质提供了强大的方法（Song等 2009; Kim 和斯特拉坎 2010）。该焊接过程的建模可用于揭示金属 - 金属界面接触部分的结构的演变，并探索有效的焊接工艺。焊接金纳米线的能力是重要的，由于其优异的导电性和在氧化性环境中的稳定性，它们在工业和纳米电子研究中被广泛地用于半导体电极和配线（近藤和 Takayanagi，金纳米线多种方式冷焊接的研究:http://www.youerw.com/wuli/lunwen_64470.html