译文 - 图文

重庆科技学院学生毕业设计（论文）

外 文 译 文

学 院 冶金与材料工程学院 专业班级 无机普11级01班 学生姓名 佘国娟 学 号 2011441029

译 文 要 求

1. 外文翻译必须使用签字笔，手工工整书写，或用A4纸打印。

2. 所选的原文不少于10000印刷字符，其内容必须与课题或专业方向紧密相关，由指导教师提供，并注明详细出处。

3. 外文翻译书文本后附原文（或复印件）。

原文出处：Yang Sun ,Brianna S.Eller,Robert J.nemanich.Photo-induced Ag deposition on periodically poled lithium niobate:Concentration and intensity dependence.Journal of applied physics110, 084303 (2011).

周期性极化铌酸锂上光诱导银沉积：与浓度

和光强度的依存关系

Yang Sun , Brianna S.Eller 和 Robert J.nemanich

亚利桑那州立大学，亚利桑那州坦佩系物理学院，85287-1504，USA 本研究致力于利用光诱导反应在周期性极化铌酸锂上形成Ag纳米图案。光诱导过程就是在将PPLN融入到AgNO3溶液中的同时用紫外光进行照射。与前期结果一致，Ag优先沿着正负畴的边界处沉积，正畴上的Ag颗粒密度大于负畴上的。通过调整化学溶液浓度和紫外光强度，调节Ag+离子流量与光子流量比，从而达到增强沿着畴边界处沉积的纳米线状结构，或者是在正负畴上生成更均匀的沉积图案。为了理解沉积过程，我们研究了扩散所致的Ag+流量和铁电体表面由紫外照射所引发的光子流量之间的关系。研究结果表明，两者之间的关系就是产生不同沉积图案的原因。所观察到的边界增强和边界减弱的沉积变化主要是由于受到了电场分布以及Ag+流量和光子流量比率的影响。结果表明，通过调整溶液浓度或者紫外光强度，这种比率可以得到控制，由此可以在畴边界生成更好的纳米线状结构或者在正负畴表面生成更均匀的沉积图案。而且， Ag+流量和光子流量的比值还取决于一些其他的因素，包括限制成核生长机制和铌酸锂上的吸附层。

2011美国物理研究院[doi：10.1063/1.3647752]

1 引言

由于纳米颗粒在生物化学传感器或可重组电子器件方面的潜在应用，铁电材料作为纳米颗粒和纳米线状图案的生长模板已经引起了广泛关注[1-3]。而且，随着研究者更好地理解这个过程背后的物理机制，这项研究可能对其他技术领域形成的影响已变得明显。

该过程的本质是铁电晶体的应用，该晶体具有自发可逆的极化特性。因此，利用交变的外加电场，这些材料可以被制作成有周期性极化的衬底，从而得到一个有交变的表面电荷区域图案的模板。这些带表面电荷的区域就是铁电畴，正负畴呈现出不同的特性，比如功函数，电子亲和势和表面电位[4]。此外，为了获得一个能量稳定的状态，表面电荷要经受外部或内部的屏蔽。内部屏蔽是在表面附近形成空间电荷层，而外部屏蔽是由带电分子的吸附或表面层所产生的表面态所确定。这些过程可以修改电子亲和力，还可以使能带弯曲[5]。例如：一个正极化的表面被自由电子、负离子缺陷、带负电荷的表面态或从环境气氛中吸收的负离

子所屏蔽。（除了由空穴或带正电荷的缺陷、表面态及分子的屏蔽以外，负电荷极化表面也是如此[6]。）这种固有的屏蔽会产生内部电场，从而使得表面区域附近的能带弯曲[7]。铁电体表面的这种独特的性质已被应用在以下几个方面：局部化学反应，纳米图形表面功能化[7-11]和电润湿[12,13]。

这些特性对光诱导形成金属纳米结构也很重要，因为它们使得铁电体可以作为模板使用[14-16]。这些材料上的光诱导沉积过程通常是优先沿磁畴壁边界沉积，然后分散沉积在畴表面上。与负畴相比，正畴表面上的金属颗粒密度更高。在我们的研究中，一致共熔融组分周期性极化铌酸锂（PPLN）作为沉积模板。PPLN模板的能带隙为3.9ev[4]。当铁电体浸渍到化学溶液中并用比铁电能带隙有更高光子能量的紫外光进行照射时（>3.9ev或<318nm），光子的吸收过程会在表面附近产生电子-空穴对。电子或空穴会迁移或扩散到有过量电子的表面，从而导致溶液中的阳离子被还原到铁电体的表面。然后被还原的金属原子成核并生长以形成更大的团聚体和颗粒[17]。

在室温下，这些纳米结构沉积图案取决于以下四个因素：光子能量、表面极化电荷屏蔽、光生电子流量以及金属阳离子流量。我们前期的工作研究了光子能量和表面极化电荷的屏蔽对光诱导沉积过程的影响[18]。结果表明，沿磁畴边界处沉积增强，且优先沉积在正畴表面上。总的沉积速率随波长增加而减小（光子能量降低）。当畴表面经氧离子注入改性时，强化边界纳米线的形成会受阻。沿边界处的优先沉积归因于表面极化电荷的外部屏蔽和畴壁附近极化轴方向上产生的强电场。因此，期望强电场能够使光生电子的迁移加速，从而使畴边界处的沉积增强。相反地，对注入氧的畴表面，其边界处纳米线形成受阻是因为极化电荷从外表面转移到内部而受到屏蔽。

在该实验中，PPLN表面受到波长为254nm的紫外光（光子能量为4.9ev）照射，研究了由光照强度决定的电子流量Je和金属阳离子流量Jb的关系。到达模板表面的电子流量主要由紫外光强度和相应光子流量所确定，金属阳离子流量由溶液浓度和溶质质量决定。Ag沉积过程中，化学溶液浓度决定了金属阳离子流量。通过改变溶液浓度和光照强度，我们能够观察到Ag+流量和电子流量相互影响。据推测，两种流量之间的关系可以解释区域边界和铁电模板表面上相对沉积变化。即使不将外部屏蔽改为内部屏蔽，通过改变这两种流量的相对值，预计也会有不同的边界增强纳米线的沉积图案形成或有位于畴表面的Ag纳米颗粒覆盖到+c和-c表面上。要解释这种现象，还要考虑铁电体表面的Stern层和Ag纳米颗粒成核生长机制。

2 实验

本研究采用一致共熔融组分铌酸锂单晶作铁电模板。在室温下，铌酸锂具有