宋孝宗，高　貴，周有欣，王宏剛，龔　俊

(1. 蘭州理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；2.中國科學(xué)院 蘭州化學(xué)物理研究所 固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000)

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TiO2納米顆粒在單晶硅表面的吸附

宋孝宗1*，高貴2，周有欣1，王宏剛2，龔俊1

(1. 蘭州理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；2.中國科學(xué)院 蘭州化學(xué)物理研究所 固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000)

為了實(shí)現(xiàn)亞納米級(jí)超光滑表面的加工，建立了紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工系統(tǒng)，同時(shí)研究了加工過程中納米顆粒與工件表面間的相互作用機(jī)理。首先，對(duì)實(shí)驗(yàn)所用銳鈦礦TiO2納米顆粒及單晶硅工件表面進(jìn)行表征測(cè)量。然后，用第一性原理的平面波贗勢(shì)計(jì)算方法研究了納米顆粒膠體射流加工中TiO2分子團(tuán)簇在單晶硅表面化學(xué)吸附的表面構(gòu)型結(jié)構(gòu)及其體系能量。最后，開展了TiO2納米顆粒及單晶硅工件表面間的吸附實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：膠體中的OH基團(tuán)在TiO2團(tuán)簇表面及單晶硅表面分別發(fā)生化學(xué)吸附，在TiO2納米顆粒及單晶硅表面吸附過程中形成了新的Ti-O-Si鍵及化學(xué)吸附的H2O分子。紅外光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:TiO2納米顆粒與單晶硅界面間存在新生成的Ti-O-Si鍵。這種界面間的相互作用證實(shí)了紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流拋光過程可實(shí)現(xiàn)材料去除的化學(xué)作用機(jī)理。

TiO2納米顆粒；超光滑表面；單晶硅表面；化學(xué)吸附；紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工

1　引　言

目前，超光滑無損傷表面在光學(xué)、電子科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用及迫切需要[1]。為滿足超光滑無損傷表面制造的需求，國內(nèi)外學(xué)者提出多種超光滑表面加工工藝及方法[2-4]。目前的研究主要集中于拋光方法及拋光工藝參數(shù)等方面，部分學(xué)者研究了超光滑表面制造過程中磨料與工件表面間的物理、化學(xué)及機(jī)械等作用機(jī)理[5-7]，但關(guān)于超光滑無損傷表面制造過程中納米顆粒的行為及其與被加工表面原子、分子間作用規(guī)律尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。為了實(shí)現(xiàn)超光滑無損傷表面的高效制造，提出了一種新的紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工技術(shù)，利用在紫外光場(chǎng)與膠體射流動(dòng)壓場(chǎng)耦合作用下納米顆粒(10～40nm)與被加工工件表面間的光化學(xué)反應(yīng)、界面化學(xué)反應(yīng)以及膠體射流產(chǎn)生的剪切黏滯作用實(shí)現(xiàn)工件表面材料的亞納米級(jí)去除。在紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流進(jìn)行超光滑表面加工的過程中，紫外光的光化學(xué)作用對(duì)膠體射流中納米顆粒與工件表面間的界面反應(yīng)進(jìn)行充分的激勵(lì)和強(qiáng)化，從而提高材料表面原子的去除率，進(jìn)而提高超光滑表面制造的效率。

紫外光場(chǎng)作用下膠體中會(huì)產(chǎn)生大量OH基團(tuán)[8]，OH基團(tuán)具有較高的化學(xué)活性，易與工件表面的活性位點(diǎn)產(chǎn)生吸附。對(duì)膠體中納米顆粒與工件表面間的行為及相互作用進(jìn)行研究和認(rèn)識(shí)，有助于正確理解紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工過程中的材料去除機(jī)理。近年來，計(jì)算機(jī)仿真模擬被廣泛應(yīng)用于理論分析及研究微觀化學(xué)吸附過程[9-11]。關(guān)于紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工過程的材料去除機(jī)理，本文認(rèn)為具有高表面能和化學(xué)活性的納米顆粒將與工件表面間產(chǎn)生化學(xué)吸附，并與工件表面原子形成新的化學(xué)鍵合。吸附在工件表面的納米顆粒在流動(dòng)膠體的黏滯作用下，將與工件表面原子一起被帶離工件表面。在上述相互作用過程中，可實(shí)現(xiàn)工件表面材料原子尺度的去除，從而獲得亞納米級(jí)的超光滑無損傷表面[12-13]。因此有必要對(duì)膠體環(huán)境中納米顆粒與工件表面間的各種吸附狀態(tài)、具體反應(yīng)路徑、相關(guān)能量關(guān)系以及界面間的成鍵情況進(jìn)行深入研究，從而有助于在紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工過程中選擇合理的工藝參數(shù)、實(shí)現(xiàn)高效可控的材料去除。

2　紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理

圖1所示為紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工系統(tǒng)示意圖。

圖1紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工系統(tǒng)示意圖

Fig.1Diagramofultravioletinducednanoparticlecolloidjetmachiningsystem

系統(tǒng)主要由機(jī)床本體子系統(tǒng)、液壓子系統(tǒng)、紫外光源子系統(tǒng)及控制計(jì)算機(jī)等組成。機(jī)床本體子系統(tǒng)具有數(shù)控多軸聯(lián)動(dòng)功能。根據(jù)具體加工要求調(diào)整噴嘴與工件之間的相對(duì)位置及速度從而滿足復(fù)雜自由曲面元件的超光滑表面加工要求。液壓子系統(tǒng)由隔膜泵產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)高壓，通過光-液耦合噴嘴形成納米顆粒膠體射流束，實(shí)現(xiàn)工件表面的拋光加工。加工結(jié)束后，拋光液經(jīng)納米顆粒膠體循環(huán)設(shè)備回收、冷卻及過濾后，輸送回封閉的納米顆粒膠體容器中進(jìn)行循環(huán)利用。此封閉循環(huán)過程，可保證納米顆粒膠體不被其他外界雜質(zhì)接觸污染，具有穩(wěn)定的組成成分及物理化學(xué)特性。紫外光源子系統(tǒng)由紫外光源、光傳輸元件及光-液耦合噴嘴組成首先將被加工元件固定在反應(yīng)室中的多自由度工作臺(tái)上，啟動(dòng)可調(diào)紫外光源使紫外光經(jīng)過光傳輸元件后進(jìn)入光-液耦合噴嘴；然后啟動(dòng)隔膜泵，使納米顆粒膠體進(jìn)入光-液耦合噴嘴內(nèi)，與通過光-液耦合噴嘴的紫外光束發(fā)生耦合，形成紫外光耦合納米顆粒膠體射流束，與工件表面間發(fā)生光催化界面反應(yīng)；實(shí)現(xiàn)工件表面材料的可控去除。圖2所示為紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工過程示意圖。

圖2紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工過程示意圖

Fig.2Diagramofultravioletinducednanoparticlecolloidjetmachiningprocess

3　　TiO2團(tuán)簇在單晶硅表面吸附的第一性原理研究

3.1計(jì)算方法及模型

在紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工中，需選擇具有光催化性能的納米顆粒作為拋光顆粒。由于二氧化鈦納米顆粒具有良好的光催化性能，因此適宜在紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工中作為拋光顆粒實(shí)現(xiàn)超光滑表面加工。

基于密度泛函理論的第一性原理方法，具體計(jì)算時(shí)交換相關(guān)勢(shì)選取廣義梯度近似(GeneralizedGradientApproximation，GGA)中的(PerdewBurkeErnzerhof，PBE)梯度關(guān)聯(lián)校正函數(shù)形式，采用模守恒贗勢(shì)表示體系中原子核與內(nèi)層電子對(duì)外層電子的庫侖吸引勢(shì)。能量截?cái)喟霃酱_定為600eV，總能量/原子收斂容差是2.0e～06eV。構(gòu)建了如圖3所示的銳鈦礦型二氧化鈦模型，其晶格參數(shù)為a=b=c=5.442 898，α=β=139.407 527°，γ= 58.753 999 °。對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化后的Ti-O鍵長為1.930 ?、1.973 ?，計(jì)算獲得的銳鈦礦型二氧化鈦其能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、光吸收特性和聲子態(tài)密度分別如圖4中的(a)、(b)、(c)、(d)所示。

圖3　銳鈦礦型TiO2晶體結(jié)構(gòu)

(a)能帶結(jié)構(gòu)

(b)態(tài)密度

(c)光吸收特性

(d)聲子態(tài)密度

3.2吸附過程研究

為了分析二氧化鈦納米顆粒在紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工中的吸附機(jī)理，利用優(yōu)化后的銳鈦礦二氧化鈦模型，建立了TiO2團(tuán)簇。膠體環(huán)境中，存在大量的OH基團(tuán)，TiO2團(tuán)簇表面與OH基團(tuán)間的吸附初始態(tài)如圖5(a)所示。

(a)初始態(tài)(a) Initial state

(b)過渡態(tài)(b) Transition state

(c)終態(tài)(c) Final state

(a)體系總能量與吸附距離關(guān)系曲線

(b)吸附終態(tài)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)初始態(tài)的吸附結(jié)構(gòu)計(jì)算了在不同吸附距離(OH基團(tuán)中O原子到TiO2團(tuán)簇目標(biāo)Ti原子間的垂直距離)時(shí)該體系的總能量。在吸附過程中體系總能量與吸附距離間的關(guān)系如圖6(a)所示，TiO2團(tuán)簇與OH基團(tuán)間存在強(qiáng)吸引作用使體系能量隨著目標(biāo)Ti原子與OH基團(tuán)間距離的減小而減小。當(dāng)吸附的距離約為1.83 ?，體系能量的曲線變化平緩。吸附距離小于1.83 ?時(shí)，隨著吸附距離減小體系能量開始增大，OH基團(tuán)與TiO2團(tuán)簇間的相互作用變?yōu)榕懦庾饔??？梢哉J(rèn)為當(dāng)OH基團(tuán)與TiO2團(tuán)簇目標(biāo)Ti原子間距離為1.83?時(shí)成鍵，如圖5(b)所示即為OH基團(tuán)與TiO2團(tuán)簇吸附的過渡態(tài)。對(duì)成鍵后的體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到吸附體系的終態(tài)結(jié)構(gòu)如圖5(c)所示。圖6(b)所示為該吸附體系由過渡態(tài)結(jié)構(gòu)到終態(tài)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化過程中體系總能量的變化。

954 Progress in imaging evaluation of ischemic penumbra in acute ischemic stroke

建立如圖7(a)所示的單晶硅100表面模型，晶格參數(shù)如下：A=B=23.54 ?，C=34.16 ?，α=β=γ=90°，真空層的厚度30 ?。對(duì)該單晶硅表面模型進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到圖7(b)所示的構(gòu)型。以單晶硅100面中心位置的硅原子作為目標(biāo)原子，圖7(c)所示為OH基團(tuán)在單晶硅表面化學(xué)吸附初始態(tài)。

(a)理想硅表面(a) Ideal Si surface

(b)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后硅表面(b) Geometry optimization Si surface

(c)吸附初始態(tài)(c) Initial adsorption state

(d)吸附終態(tài)(d) Final adsorption state

在吸附過程中，OH基團(tuán)以氧原子端朝下吸附于目標(biāo)硅原子。圖8(a)所示為該吸附體系的總能量隨著OH基團(tuán)與單晶硅表面間的距離變化關(guān)系曲線。在吸附距離為1.66 ?時(shí)，體系能量最低。當(dāng)吸附距離小于1.66 ?，體系能量開始增大?？烧J(rèn)為OH基團(tuán)化學(xué)吸附在單晶硅表面的吸附的距離約為1.66 ?。圖7(d)所示為OH基團(tuán)在單晶硅表面化學(xué)吸附的終態(tài)結(jié)構(gòu)。圖8(b)為OH基團(tuán)在單晶硅表面吸附終態(tài)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化過程及其能量的變化。

(a)體系總能量與吸附距離關(guān)系曲線

(b)吸附終態(tài)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工中，納米顆粒與工件表面之間相互作用是實(shí)現(xiàn)工件材料去除基礎(chǔ)。利用上述計(jì)算和模擬結(jié)果，進(jìn)行TiO2團(tuán)簇與羥基化單晶硅表面相互作用的研究，如圖9所示。其中圖9(a)所示為該過程的初始態(tài)結(jié)構(gòu)，圖9(b)所示為該過程的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)，圖9(c)所示為該過程的終態(tài)結(jié)構(gòu)。

(a)初始態(tài)(a) Initial state

(b)過渡態(tài)(b) Transition state

(c)終態(tài)(c) Final state

(a)體系總能量與吸附距離關(guān)系曲線

(b)吸附終態(tài)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

Fig.10EnergyrelationshipofTiO2clusteradsorbingonhydroxylsiliconsurface

圖10所示為TiO2團(tuán)簇與羥基化單晶硅表面吸附過程中體系總能量和吸附距離之間的關(guān)系曲線。如圖10(a)所示，當(dāng)TiO2團(tuán)簇接近硅表面，與單晶硅表面間的相互作用表現(xiàn)為排斥作用，體系能量顯著增加，TiO2團(tuán)簇與單晶硅表面距離約為3.1 ?時(shí)，TiO2團(tuán)簇表面OH基團(tuán)的O原子與單晶硅表面OH基團(tuán)的O原子軌道開始重疊，隨著兩個(gè)O原子的逐漸逼近，原子核的核斥力使得系統(tǒng)能顯著增加。價(jià)鍵理論認(rèn)為兩原子間原子軌道重疊是形成共價(jià)鍵的原因，相疊加部分越多，共價(jià)鍵越穩(wěn)定。在TiO2團(tuán)簇和單晶硅表面間距離進(jìn)入O原子軌道疊加區(qū)域時(shí)，會(huì)形成新的共價(jià)鍵Ti-O-Si鍵和化學(xué)吸附的H2O，使該體系的能量顯著降低，如圖9(b)所示。當(dāng)TiO2團(tuán)簇吸附在單晶硅表面生成新的Ti-O-Si鍵后，對(duì)其吸附結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何優(yōu)化，得到其終態(tài)結(jié)構(gòu)如圖9(c)所示，圖10(b)所示為該吸附終態(tài)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化過程及其體系能量的變化。

表1　仿真體系及其終態(tài)體系總能量

表1所示為上述仿真體系及其相應(yīng)的總能量。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在TiO2團(tuán)簇與單晶硅表面吸附過程中，約有17.9eV的能量被釋放以形成穩(wěn)定的吸附終態(tài)結(jié)構(gòu)。

4　TiO2納米顆粒在單晶硅表面吸附實(shí)驗(yàn)研究

4.1TiO2納米顆粒的表征測(cè)量

(a)透射電子顯微鏡照片

(b)掃描電子顯微鏡照片

用去離子水超聲分散制備TiO2納米顆粒膠體，用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)膠體的pH值，用ZetasizerNanoZS納米粒度儀進(jìn)行粒度分析。分散后膠體中TiO2納米顆粒粒徑分布如圖12所示，主要粒徑分布在20nm左右，粒徑在10～30nm內(nèi)的納米顆粒約占總數(shù)的80%。

圖12　膠體中TiO2納米顆粒的粒徑分布

4.2TiO2納米顆粒在單晶硅表面吸附的紅外光譜研究

根據(jù)紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工機(jī)理的分析，納米顆粒在工件表面的吸附是其實(shí)現(xiàn)材料去除的關(guān)鍵，文獻(xiàn)[14]中觀測(cè)到入射液體中納米顆粒在工件表面的瞬時(shí)吸附過程，但由于加工過程中瞬時(shí)吸附在工件表面的納米顆粒數(shù)目較少，無法達(dá)到化學(xué)檢測(cè)所需的量。為檢測(cè)TiO2納米顆粒與單晶硅表面吸附成鍵情況，將無摻雜單晶硅浸泡在配制好的TiO2納米顆粒膠體拋光液中。拋光液中TiO2納米顆粒的濃度為10%，粒徑約為20～30nm，pH值為7，浸泡時(shí)間約為24h，取出后在室溫下進(jìn)行自然干燥。用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察單晶硅表面，如圖13所示。在單晶硅表面觀測(cè)到了吸附的TiO2納米顆粒，且部分TiO2納米顆粒在單晶硅表面發(fā)生了團(tuán)聚吸附現(xiàn)象，導(dǎo)致吸附在單晶硅表面的TiO2納米顆粒粒徑增大。

圖13　TiO2納米顆粒在單晶硅表面吸附的SEM圖像

用Nexus670FT-IR傅里葉紅外光譜儀對(duì)單晶硅表面以及和TiO2納米顆粒發(fā)生吸附后的單晶硅表面進(jìn)行了衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR)檢測(cè)。

圖14所示為單晶硅表面吸附TiO2納米顆粒前后的紅外反射光譜圖。其中a為用ATR附件采集的純單晶硅表面反射譜圖，b為化學(xué)吸附TiO2納米顆粒后的單晶硅表面反射譜圖。由于a、b譜圖的基線傾斜，需要對(duì)其進(jìn)行基線校正。c、d譜圖分別為a、b譜圖進(jìn)行基線校正后相對(duì)應(yīng)的譜圖。

圖14單晶硅表面吸附TiO2納米顆粒前、后紅外反射譜

Fig.14InfraredspectrogramofSisurfacebeforeandafteradsorbingTiO2nanoparticles

為精確檢測(cè)吸附TiO2納米顆粒前后單晶硅表面的紅外譜圖的差異，對(duì)圖14中的d、c譜圖進(jìn)行差示處理，以便扣除單晶硅表面原有的譜帶，從而顯示吸附TiO2納米顆粒后新產(chǎn)生的譜帶。差示光譜如如圖15所示。差示結(jié)果顯示，710cm-1峰歸屬于Ti-O鍵，表明在單晶硅表面有吸附的TiO2納米顆粒。870cm-1、1 030cm-1及1 050cm-1峰歸屬于Si-O鍵的伸展振動(dòng)；3 620cm-1、3 310cm-1及3 080cm-1處的峰為與O-H鍵伸展振動(dòng)有關(guān)的吸收峰，其中3 620cm-1歸屬于游離的O-H鍵伸展振動(dòng)的IR峰，位于3 310cm-1～3 080cm-1的寬峰歸屬于締合的O-H伸展振動(dòng)IR峰，且其締合較強(qiáng)；這些IR峰的存在，表明在納米TiO2膠體中單晶硅表面與OH基團(tuán)發(fā)生了化學(xué)及物理吸附，形成Si-OH鍵。2 320cm-1峰對(duì)應(yīng)于Si-H伸展振動(dòng)的峰值，表明單晶硅在膠體環(huán)境中跟OH基團(tuán)的吸附的同時(shí)發(fā)生對(duì)H的吸附。圖中在M-O-M基團(tuán)的頻率區(qū)域內(nèi)(900cm-1～1 500cm-1)出現(xiàn)了950cm-1及1 490cm-1兩條新的特征譜帶，分別歸屬于Ti-O-Si基團(tuán)的伸縮振動(dòng)及變形振動(dòng)，表明單晶硅表面與TiO2納米顆粒發(fā)生化學(xué)吸附后，界面確有新的Ti-O-Si化學(xué)鍵生成。

圖15　TiO2吸附前后紅外反射譜差示圖

5　結(jié)　論

本文根據(jù)超光滑無損傷表面制造的需求，建立了紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工系統(tǒng)，介紹了該加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)超光滑無損傷表面加工的原理。用第一性原理方法，研究了紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流加工中TiO2納米顆粒與單晶硅工件表面間的相互作用機(jī)理。最后，通過掃描電子顯微鏡及衰減全反射紅外光譜實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了膠體環(huán)境中TiO2納米顆粒與單晶硅表面間的吸附機(jī)理及其成鍵情況。第一性原理計(jì)算及化學(xué)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明：在膠體環(huán)境中，OH基團(tuán)將首先在單晶硅及TiO2納米顆粒表面發(fā)生化學(xué)吸附。然后，TiO2納米顆粒將在羥基化單晶硅表面產(chǎn)生化學(xué)吸附，該吸附體系界面間會(huì)產(chǎn)生新的Ti-O-Si鍵，并最終形成穩(wěn)定的吸附態(tài)結(jié)構(gòu)。

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宋孝宗(1981-)，男，甘肅白銀人，博士，副教授，2003年、2005年、2010年于哈爾濱工業(yè)大學(xué)分別獲得學(xué)士、碩士、博士學(xué)位，主要從事超精密加工、超光滑表面拋光方面的研究。E-mail：songxiaozong@126.com

高貴(1985-)，男，甘肅蘭州人，碩士，助理研究員，2009年、2012年于蘭州理工大學(xué)分別獲得學(xué)士、碩士學(xué)位，主要從事聚合物改性及其摩擦磨損性能研究。E-mail：gaogui@licp.cas.cn

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Adsorption of TiO2nanoparticles on monocrystalline silicon surface

SONG Xiao-zong1*， GAO Gui2， ZHOU You-xin1， WANG Hong-gang2， GONG Jun1

(1. School of Mechanical and Electronical Engineering，Lanzhou University of Technology， Lanzhou 730050， China;2. State Key Laboratory of Solid Lubrication， Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences， Lanzhou 730000， China)

*Corresponding author， E-mail：songxiaozong@126.com

Toefficientlycreatetheultra-smoothsurfaceofbrittlecrystals,anultravioletinducednanoparticlecolloidjetmachiningsystemwasestablishedandtheinteractionmechanismbetweenthenanoparticlesandthesurfaceofaworkpieceintheprocesswasinvestigated.Firstly,thecharacteristicsofTiO2nanoparticlesandmonocrystallinesiliconsurfaceusedintheexperimentweremeasuredandinvestigated.Then,theplane-wavepseudopotentialcalculationmethodbasedonfirst-principleswasusedtostudythegeometricalstructuresandformationenergiesofTiO2molecularclusterinchemicallyadsorbingonhydroxylmonocrystallinesiliconsurface.Finally,adsorptionexperimentsofTiO2nanoparticlesandmonocrystallinesiliconsurfacewerecarriedout.CalculationresultsshowthattheOHischemicallyadsorbedonTiO2clusterandsiliconsurface,respectively.IntheadsorptionprocessbetweenTiO2nanoparticlesandsiliconsurface,newTi-O-SibondsandH2Omoleculeareformedtoreducethesystemenergy.InfraredspectralexperimentresultsalsoshowthatthereexitsanewgenerationofTi-O-SibondbetweentheinterfacesofTiO2nanoparticlesandsiliconsurface.Thenewchemicalbondbetweentheinterfacessatisfiesthechemicalreactionmechanismintheprocessofultravioletinducednanoparticlecolloidjetmachining.

TiO2nanoparticle;ultrasmoothsurface;monocrystallinesiliconsurface;chemicaladsorption;ultravioletinducednanoparticlecolloidjetmachining

2016-03-10；

2016-04-11.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.51205180，No.51565031)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(No.20126201120001)

1004-924X(2016)07-1694-09

TB302；TB383

Adoi:10.3788/OPE.20162407.1694