基于金属纳米颗粒-绝缘体复合材料的平板光子晶体的制备、带隙调制及机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11675120
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A3001.粒子束与物质相互作用
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Photonic crystal (PC) presents many fire-new properties due to the existence of photonic band gap, and can be used in various fields such as filter, optical fiber, optical switch, sensing, imaging, photovoltaic cell, laser, etc. Constructing the required periodic structure in the metal/insulator nanocomposite synthesized to get a zero or negative effective permittivity is an effective way to fabricate PC with a large band gap and/or to tune the band gap of PC in a wide range. In this project, metal ion implantation at a high fluence and electron beam lithography will be combined to fabricate wide-band-gap PC slabs based on the formation of metal nanoparticles-insulator composites with special dielectric properties. The fabricated PC slabs are designed to have lattice constant of hundred nanometers, and therefore their band gaps are located in visible and/or near infrared region. Moreover, several methods, such as pre-implantation and post-irradiation of heavy ions, will be used to modify the metal nanoparticles embedded in composites. As a result, the photonic band gaps can be regulated in a wide range. Over the course of study, various techniques will be employed to characterize the fabricated PC slabs and the corresponding composites, mainly investigating how the photonic band gap is influenced by the dielectric constant of insulator, the layer number and lattice constant of PC slab as well as the component, density, size and spatial distribution of the embedded metal nanoparticles. On these bases, the micro-mechanism about the formation and modulation of photonic band gap will be revealed. The obtained results can provide experimental and theoretical bases for the fabrication of wide-band-gap PCs together with their applications in the approaching photonic industry.
光子晶体因存在光子带隙而表现出许多崭新的性质,在滤波器、光纤、光学开关、传感、成像、光电池、激光等领域有着广阔的应用前景。研制有效介电常数为零或负的金属/绝缘体纳米复合材料并以之为基础构建周期性结构是制备宽带隙光子晶体并实现其带隙调制的有效途径。本项目拟将高剂量的金属离子注入与电子束光刻技术相结合,通过合成具有独特介电性质的金属纳米颗粒-绝缘体复合材料,进而获得晶格常数为几百纳米的宽带隙平板光子晶体,同时还将采用重离子预注入和后续辐照等方法,通过对金属纳米颗粒的调控,实现光子带隙大范围的调制。研究中将借助多种分析手段对所制备的平板光子晶体及相应的复合材料进行表征,考察光子带隙随绝缘体的介电常数、平板光子晶体的层数和晶格常数以及金属纳米颗粒的成份、密度、尺寸和空间分布等的演变规律,揭示光子带隙形成及调制的微观机制。该研究可为宽带隙光子晶体的制备及其在光子产业中的应用提供实验和理论依据。

结项摘要

光子晶体因存在光子带隙而表现出许多崭新的性质,在滤波器、光纤、光学开关、传感、成像、光电池、激光等领域有着广阔的应用前景。金属离子注入绝缘体材料合成的金属/绝缘体纳米复合材料可以改变材料的有效介电常数,这为以此类纳米复合材料为基础构建宽禁带光子晶体并调制其带隙提供了途径。本项目首先基于金属离子(Ti、Zn、Cu、Ag、Au等)单注入或顺次注入到典型的绝缘体材料(SiO2、YAG、LiNbO3等)合成了一系列金属或氧化物/绝缘体纳米复合材料,在揭示其结构、光特性等的基础上,重点以所制备的各类金属/SiO2纳米复合材料为主体,结合电子束光刻、反应离子束刻蚀及磁控溅射等技术成功构建了两类平板光子晶体,即由周期性网状结构组成的单层平板光子晶体和由周期性多层结构组成的多层平板光子晶体,详细地研究了它们的光学特性及变化规律。通过研究,获得了以下创新性成果:(1)发现所构建的M(Ag、Cu和Au)/SiO2纳米复合材料二维网状周期性结构能将特定波长的光束耦合进平面波导,并从实验和理论上揭示了该类结构的光耦合波长的范围和效率对金属纳米颗粒的成分、尺寸、空间分布及体积分数等的依赖规律;(2)在M(Ag、Cu和Au)/SiO2纳米复合材料二维网状周期性结构结构上观测到了衍射扭曲现象,并揭示了倾斜入射条件下导波偏转所遵循的规律以及其等离子体行为与间隙衍射和局域化等离子体共振吸收之间的关系;(3) 在含金属/绝体体纳米复合材料的多层周期性结构上,观测到了反射率急增效应,且反射率随结构层数的增加呈现线性变化关系,在仅4层结构的样品上得到了近70%的反射率;研究同时还揭示了反射率变化来源于金属纳米颗粒尺寸和体积分数的协同作用;(4) 发现了利用低能高剂量的贵金属离子注入SiO2基底合成的纳米复合材料能够作为高稳定性的局域化表面等离子体共振传感器。以上研究成果为构建基于金属/绝缘体纳米复合材料的宽带隙光子晶体及全反射布拉格反射镜的制备及光特性调控提供了实验和理论基础。项目研究完成了预期的研究目标,发表标注的SCI论文12篇,申请国内发明专利1项,培养毕业博士生2名,硕士生4名。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Fabrication of two-dimensional Au/SiO2 nanocomposite arrays and their diffractive properties
二维Au/SiO2纳米复合阵列的制备及其衍射性能
  • DOI:
    10.1016/j.optcom.2020.126589
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Optics Communications
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Wang Gang;Wang;Jun;Dai Haitao;Liu Changlong
  • 通讯作者:
    Liu Changlong
Enhancement of Ag nanoparticles concentration by prior ion implantation
通过预先离子注入提高银纳米粒子的浓度
  • DOI:
    10.1016/j.nimb.2017.03.113
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Mu Xiaoyu;Wang Jun;Liu Changlong
  • 通讯作者:
    Liu Changlong
Plasmonic Behaviors of Two-Dimensional Ag/SiO2 Nanocomposite Gratings: Roles of Gap Diffraction and Localized Surface Plasmon Resonance Absorption
二维 Ag/SiO2 纳米复合光栅的等离子体行为:间隙衍射和局域表面等离子体共振吸收的作用
  • DOI:
    10.1007/s11468-018-0875-3
  • 发表时间:
    2019-08-01
  • 期刊:
    PLASMONICS
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Wang, Jun;Wang, Gang;Liu, Changlong
  • 通讯作者:
    Liu, Changlong
Diffraction-distortion-induced deflection of guided waves in two-dimensional Ag/SiO2 nanocomposite grating coupler
二维Ag/SiO2纳米复合光栅耦合器中导波的衍射畸变引起的偏转
  • DOI:
    10.1016/j.ijleo.2019.01.107
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    Optik
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Wang Jun;Liu Changlong;Wang Gang;Sun Yongjie
  • 通讯作者:
    Sun Yongjie
Enhanced optical linearity and nonlinearity of Nd:YAG crystal embedded with Ag nanoparticles by prior Zn ion implantation
通过预先 Zn 离子注入增强嵌入 Ag 纳米粒子的 Nd:YAG 晶体的光学线性度和非线性度
  • DOI:
    10.1364/ome.8.003666
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    Optical Materials Express
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Niu Y;Wang Y;Wang G;Zhang T;Liu C
  • 通讯作者:
    Liu C

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

Cu掺杂ZnO薄膜光学性能、表面浸润性及其光诱导转变
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    真空科学与技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王存勇;周智涛;王峰;刘昌龙;龚万兵;吕建国
  • 通讯作者:
    吕建国
Ti离子注入SiO_2合成TiO_2纳米颗粒及其光学性质
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    辐射研究与辐射工艺学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘晓雨;穆晓宇;贾光一;刘昌龙
  • 通讯作者:
    刘昌龙
兰州重离子加速器辐照终端与快重离子辐照效应研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    核技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    侯明东;孙友梅;刘杰;刘昌龙
  • 通讯作者:
    刘昌龙
CO_2气氛对伊宁煤热解过程中酚分布的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    煤炭转化
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    白永辉;刘昌龙;闫伦靖;李凡
  • 通讯作者:
    李凡
快重离子辐照非晶态合金引起的塑性形变研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    原子核物理评论
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘昌龙;侯明东;王志光
  • 通讯作者:
    王志光

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

刘昌龙的其他基金

金属离子注入绝缘体纳米颗粒的合成、尺寸控制及机理研究
  • 批准号:
    11175129
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    78.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
He和H离子注入Si基材料引起的表面剥离及机理研究
  • 批准号:
    10975107
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    42.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
H和He离子联合注入单晶硅气泡生长及机理研究
  • 批准号:
    10675089
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    26.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码