陈晓原




陈晓原
副教授
办公室地址:科技馆311
办公室电话:025-8359 7260

Email: xychen@nju.edu.cn


研究方向:

脉冲激光沉积;液体中激光材料处理;溶液化学方法制备氧化物薄膜

开设课程:
材料性质(研究生)
个人简介:

陈晓原, 南京大学副教授。98年于南京大学物理系获凝聚态物理博士学位。2000年起为南京大学材料科学与工程系副教授。2000年及2001年在香港理工大学短期从事Si基外延氧化物薄膜的研究。2002到2003年在法国Maine大学从事湿化学及磁控溅射制备快离子导体La2Mo2O9的研究。2004年以来,讲授研究生基础课:材料性质。研究方面,2006年以前主要研究脉冲激光沉积的机制及用此法制备氧化物薄膜,近十年来研究了液体中激光材料处理的技术,发展了一种新的溶液化学方法制备氧化物薄膜。先后主持自然科学基金青年项目一项及面上项目一项,参与重点及面上项目多项

主要研究兴趣:

1.脉冲激光沉积的机制

脉冲激光沉积是一种简单而高效的薄膜制备技术,成为制备氧化物薄膜及其异质结的主要手段之一。然而,脉冲激光沉积也表现出一些不足,例如:重复性差,薄膜表面有微米到亚微米大小的颗粒物,通常只能制备1厘米见方的均匀薄膜等。解决这些问题就要求研究脉冲激光沉积的过程及其中机制。脉冲激光沉积的过程可分为三个阶段,1.激光对靶的烧蚀形成等离子体,2.等离子体在气氛气体中从靶到衬底的输运,3.输运到衬底表面的物质形成薄膜。我们系统地研究了这三个阶段所涉及的基本物理过程。在研究激光烧蚀过程中,提出薄膜表面颗粒物来自激光辐照靶表面所形成的锥状体,而锥状体则由于Rayleigh-Taylor失稳或所谓的ATG(Asaro-Giller-grinfeld)失稳机制所形成;在研究等离子体输运过程中,发展了滤波的CCD图像技术,由此可以直接观察等离子传输所产生的激波及烧蚀产物与气氛气体的气相化学反应;在研究薄膜形成过程中,发现可以选择性地控制MgO薄膜在Si衬底上的取向为(100),(110)或(111)。有关的工作总结在教材《先进材料合成与制备技术的第九章中。

2.液体中激光材料处理

与激光在气体或真空环境中辐照固体材料相比,在液体环境中辐照时会产生完全新的效应和应用。由此发展起来的激光冲击硬化技术和激光清洗技术已实用化。近十多年来,人们发现利用强激光在水中烧蚀固体会在水中形成固体材料的纳米颗粒,由此发展出一种新的纳米颗粒制备方法。我们研究了两个方面的问题,一是液体中激光与硅表面的相互作用,二是用该方法制备硅纳米颗粒并研究了颗粒的形成机制。在第一方面,我们发现,当激光强度较低时,在硅表面会形成规则的自组织结构;而当激光强度较高时,硅表面会变成海绵状的多孔结构;我们提出了Rayleigh-Taylor失稳机制满意地解释了这些现象。在第二方面,我们发现,在一定条件下所得到的硅量子点尺度仅为3nm,且呈现非晶态或玻璃态。我们提出,液体中激光烧蚀固体在液体中形成一个由靶材料形成的等离子体/蒸汽泡,这个等离子体/蒸汽泡的寿命决定了最终纳米颗粒的尺寸。这些工作阐明了液体中激光材料处理中的某些基本物理机制。

3.湿化学方法制备氧化物薄膜及其应用

氧化物是一类范围广泛的功能材料,包括众多的性能,例如超导性,庞磁电阻性,金属导电性,透明金属导电性,铁电性,压电性,催化性,光催化性,光伏性,气体敏感性,电致变色性等。 这些材料的应用往往需要将其制备成薄膜。制备薄膜的方法包含物理方法和化学方法。化学方法一般包括溶胶-凝胶方法和金属有机沉积方法。近十年来,我发展了一种不同于上述两种方法的溶液化学方法。这个方法的优点在于:能够用常见的和便宜的无机物作为起始材料制备几乎所有的氧化物薄膜,包括含Ti, Sn, Nb和Mo等元素的氧化物薄膜;其次,这个方法易于制备多孔薄膜; 其三,这个方法制备薄膜的晶粒在十几个到数十个纳米;其四,这个方法易于高精度的掺杂。这为研究和发展诸如氧化物气敏传感器、光伏器件、光催化器件等提供了一个新的、易于实用化的途径。

科研成果

书籍:

脉冲激光沉积,《先进材料合成与制备技术》第九章,科学出版社,2014
文章:

1.The interaction of ambient background gas with a plume formed in pulsed laser deposition

X. Y. Chen, S. B. Xiong, Z. S. Sha, Z. G. Liu

Appl. Surf. Sci.115 (1997) 179

2.A Study of Dynamics and Chemical Reactions in Laser Ablated PbTiO3 Plume by Optical Wavelength-sensitive CCD Photography

X. Y. Chen, Z. G. Wu, Z. G. Liu, X. Y. Lei, Z. S. Sha

Appl.Phys. A67 (1998) 331

3.Composition characterization of Pb(Zr, Ti)O3 thin films prepared by pulsed laser deposition: ambient gas and substrate position effect

X. Y. Chen, J. M. Liu, Z. G. Liu

Ferroelectrics 232 (1999) 35

4. Interaction Between Laser Beam And Target In Pulsed Laser Deposition: Laser Fluence And Ambient Gas Effects

X. Y. Chen and Z. G. Liu

Appl.Phys. AS69 (1999) S523

5. Four Stages of the Propagation of the Plume Formed in Pulsed Laser Deposition by Optical-wavelength-sensitive CCD Photography

X. Y. Chen, Z. C. Wu, B. Yang , X. Y. Lei and Z. G. Liu

Thin Solid Films 375 (2000) 233

6. Growth of completely (110)- and (111)-oriented MgO films on H-terminated (100) Silicon Substrate by Pulsed Laser Deposition

X. Y. Chen , B. Yang, Z. G. Liu, and L. J. Shi

Appl. Surf. Sci. 135 (1998) 233

7. Epitaxial growth of TiO2 Thin Films by Pulsed Laser Deposition on GaAs(100) Substrates, Xiaohua Liu, X. Y. Chen, J. Yin, Z. G. Liu, J. M. Liu et al.

J. Vac. Sci. Technol. A 19 (2001) 391

8. Growth of completely (110)-oriented Pt films on Si(100) by using MgO as a buffer by Pulsed Laser Deposition

X. Y. Chen , B. Yang, T. Zhu, J. M. Liu and Z. G. Liu

Appl. Phys. A74(2002) 567

9. Orientation selective growth of (100)- (110) and (111)- oriented MgO films on Si(100) by Pulsed Laser Deposition

X. Y. Chen, K. H. Wong, J. M. Liu and Z. G. Liu

Appl. Phys. A74(2002) 703

10. The orientation selective growth of LaNiO3 films on Si(100) by pulsed laser deposition via a MgO buffer

X. Y. Chen, K. H. Wong, J. M. Liu, X. B. Yin, M. Wang and Z. G. Liu

Appl. Phys. A75 (2002) 545

11. Growth mechanism of (100)- (110) and (111)- oriented MgO films on Si(100) by Pulsed Laser Deposition

X. Y. Chen, K. H. Wong, J. M. Liu and Z. G. Liu

J. Appl. Phys.91(2002) 5728

12. Preparation of PZT thin films on conductive perovskite LSCO electrode films by pulsed laser deposition

X. Y. Chen and Z. G. Liu

Ferroelectrics 195 (1997) 175

13. Deposition of oriented polymer films for liqiud crystal alignment by pulsed laser ablation

Q. Luo, X. Y. Chen, Z. G. Liu, Z. M. Sun, N. B. Ming

Appl. Surf. Sci. 108 (1997) 89

14. Phase transition characters of ferroeletromagnet Pb(Fe1/2Nb1/2)O3

S. X. Gao, X. Y. Chen, J. Ying, J. M. Liu, Z. G. Liu

ACTA PHYSICA SINICA48 (1999) 942

15. Ferroelectric and dielectric properties of ferroelectromagnet Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 ceramics and thin films

X. S. Gao, X. Y. Chen, J. Yin, J. Wu, Z. G. Liu, M. Wang

J. Mater. Sci. 35(2000) 5421

16. Growth of orientation-controlled Pb(Mg, Nb)O3-PbTiO3 thin films on Si(100) by using oriented MgO films as buffers

X. Y. Chen, J. Wang, K. H. Wong, C. L. Mak, G. X. Chen, J. M. Liu, M. Wang and Z. G. Liu

Appl. Phys. A 81 (2005) 1145

17. Growth of La2Mo2O9 films on porous Al2O3 substrates by radio frequency magnetron sputtering

P. Laffez, X.Y. Chen, G. Banerjee, T. Pezeril, M.D. Rossell, G. Van Tendeloo, P. Lacorre, J.M. Liu, and Z.G. Liu

Thin Solid Films500 (2006) 27

18. Formation and evolution of self-organized hexagonal patterns on silicon surface by laser irradiation in water

X.Y. Chen,J. Lin,J.M. Liu, and Z.G. Liu

Appl Phys A 94 (2009) 649

19. Hybrid nanocomposites of semiconductor nanoparticles and conjugated polyelectrolytes and their application as fluorescence biosensors

Z. Gu, X. Y. Chen, Q.D. Shen, H.X. Ge, H. H. Xu

Polymer51 (2010) 902

专利:

中国发明专利:

名称:一种新的制备非晶硅量子点的方法

专利号:ZL 2007 1 0133857.0

发明人:陈晓原,刘俊明,刘治国

获奖:

获奖题目:铁电薄膜新效应及脉冲激光沉积制膜新技术的研究

奖项名称:江苏省科技进步奖,二等奖

获奖名次:第三获奖人