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表面張力的大小、熔融相的粘度是決定納米孔形成的關(guān)鍵因素
來源： 近代物理研究所 瀏覽 1137 次 發(fā)布時間:2024-08-16
中國科學(xué)院近代物理研究所材料研究中心與俄羅斯杜布納聯(lián)合核子研究所合作，研發(fā)出一種孔徑小于10納米的固態(tài)納米孔制備新技術(shù)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《納米快報(bào)》（Nano Letters）上。
高質(zhì)量固態(tài)納米孔的制備是DNA測序、納流器件以及納濾膜等應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前，在無機(jī)薄膜材料中制備固態(tài)納米孔的主流方法是聚焦離子/電子束刻蝕。該方法在制備過程中需實(shí)時反饋，更適合于單個納米孔的制備。因此，探索孔徑可調(diào)、孔密度可控和無需實(shí)時反饋的固態(tài)納米孔快速制備技術(shù)具有重要的科學(xué)意義。
科研人員基于蘭州重離子研究裝置（HIRFL），利用快重離子作用于WO3納米片材料，實(shí)現(xiàn)了直接“打孔”的制備方法。同時，科研人員利用分子動力學(xué)模擬對物理機(jī)理進(jìn)行解釋，發(fā)現(xiàn)重離子在材料中的沉積能量會引起材料局域瞬時熔融噴發(fā)，以及熔融相的粘度和表面張力大小是決定納米孔形成的關(guān)鍵因素。
該方法通過改變重離子的電子能損調(diào)控孔徑大小，改變重離子輻照注量調(diào)節(jié)孔密度，使得整個制孔過程一步完成，不涉及化學(xué)蝕刻，具有一定的普適性和應(yīng)用潛力。
該工作為重離子束應(yīng)用于固態(tài)納米孔制備開辟了新途徑，并為解釋重離子在固體材料中潛徑跡形成的微觀機(jī)理提供了重要的理論依據(jù)。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等的支持。