纳米薄膜技术的基础知识及纳米薄膜的应用

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1、薄膜物理与技术大作业纳米薄膜技术的基础知识及纳米薄膜的应用作者姓名学号专业指导教师姓名　　目录摘要……………………………………………………………2一、纳米薄膜的分类……………………………………………………2二、纳米薄膜的光学、力学、电磁学与气敏特性……………………3三、纳米薄膜的制备技术………………………………………………6四、纳米薄膜的应用……………………………………………………17五、参考文献……………………………………………………………19摘要纳米薄膜材料是一种新型材料，指由尺寸为纳米数量级(1

2、~100nm)的组元镶嵌于基体所形成的薄膜材料，它兼具传统复合材料和现代纳米材料二者的优越性，由于其特殊的结构特点，使其作为功能材料有广泛的应用价值。纳米薄膜是纳米薄膜可以改善一些机械零部件的表面性能，以减少振动，降低噪声，减小摩擦，延长寿命。这些薄膜在刀具、微机械、微电子领域作为耐磨、耐腐蚀涂层及其它功能涂层获得重要应用。目前，科研人员已从单一材料的纳米薄膜转向纳米复合薄膜的研究，薄膜的厚度也由数微米发展到数纳米的超薄膜。同时，纳米薄膜的表面微观结构，纳米薄膜对敏化电池光电效率的影响及结晶机制与薄膜

3、对电磁波屏蔽特性的影响都有至关重要的科学贡献。关键词：纳米薄膜性能功能一、纳米薄膜的分类(1)据用途划分纳米薄膜可按用途分为纳米功能薄膜和纳米结构薄膜。纳米功能薄膜是利用纳米粒子所具有的力、电、光、磁等方面的特性，通过复合制作出同基体功能截然不同的薄膜。纳米结构薄膜则是通过纳米粒子复合，对材料进行改性，是以提高材料在机械性能为主要目的的薄膜。(2)据层数划分按纳米薄膜的沉积层数，可分为纳米(单层)微薄膜和纳米多层薄膜。其中，纳米多层薄膜包括我们平常所说的“超晶格”薄膜，它一般是由几种材料交替沉积而形成

4、的结构交替变化的薄膜，各层厚度均为nm级。组成纳米(单层)薄膜和纳米多层薄膜的材料可以是金属、半导体、绝缘体、有机高分子，也可以是它们的多种组合，如金属一半导体、金属一绝缘体、半导体一绝缘体、半导体一高分子材料等，而每一种组合都可衍生出众多类型的复合薄膜。(3)据微结构划分按纳米薄膜的微结构，可分为含有纳米颗粒的基质薄膜和nm尺寸厚度的薄膜。纳米颗粒基质薄膜厚度可超出nm量级，但由于膜内有纳米颗粒或原子团的掺人，该薄膜仍然会呈现出一些奇特的调制掺杂效应；nm尺寸厚度的薄膜，其厚度在nm量级，接近电子特

5、征散射的平均自由程，因而具有显著的量子统计特性，可组装成新型功能器件，如具有超高密度与信息处理能力的纳米信息存贮薄膜、具有典型的周期性调制结构的纳米磁性多层膜等。(4)据组分划分按纳米薄膜的组分，可分为有机纳米薄膜和无机纳米薄膜。有机纳米薄膜主要指的是高分子薄膜，而无机纳米薄膜主要指的是金属、半导体、金属氧化物等纳米薄膜。(5)据薄膜的构成与致密度划分按薄膜的构成与致密程度，可分为颗粒膜和致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起形成的膜，颗粒间可以有极小的缝隙，而致密膜则是连续膜。(6)据应用划分按纳米薄膜在

6、实际中的应用，可分为纳米光学薄膜、纳米耐磨损与纳米润滑膜、纳米磁性薄膜、纳米气敏薄膜、纳米滤膜等。二、纳米薄膜的光学、力学、电磁学与气敏特性2．1光学性能(1)吸收光谱的“蓝移”、宽化与“红移”由于具有小尺寸效应、量子尺寸效应以及界面效应，因而，当膜厚度减小时，大多数纳米薄膜能隙将有所增大，会出现吸收光谱的蓝移与宽化现象。如纳米TiOE／SnO：纳米颗粒膜具有特殊的紫外．可见光吸收光谱，其吸收光谱较块体发生了显著的“蓝移”与宽化，抗紫外线性能和光学透过性良好。尽管如此，在另外一些纳米薄膜[中，由于随着

7、晶粒尺寸的减小，内应力的增加以及缺陷数量增多等因素，材料的电子波函数出现了重叠或在能级间出现了附加能级，又使得这些纳米薄膜的吸收光谱发生了“红移”。　透明导电氧化物（ＴＣＯｓ，ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｏｘｉｄｅｓ）具有宽带隙（＞３．０ｅＶ）、可见光区高透光性（＞８０％）和高导电性（１０－５～１０－３Ω·ｃｍ）等优点［１］，广泛应用于薄膜太阳电池、平板显示器和透明薄膜晶体管等［２，３］领域。ＺｎＯ是一种新型的直接宽带隙（室温带隙为３．３７ｅＶ）半导体材料，激子束缚能（６０ｍｅＶ）大、

8、化学及热稳定性良好。掺杂ＺｎＯ［４］（掺Ｂ、Ａｌ、Ｇａ和Ｉｎ等）具有与ＩＴＯ相比拟的电学和光学性能，以及价廉、无毒和易制备等优势，是一种有竞争力的透明导电薄膜材料。其中，Ｂ掺ＺｎＯ（ＺｎＯ：Ｂ）在近红外区透光性高于ＺｎＯ：Ａｌ［５～７］，且其热稳定性［５］优于ＺｎＯ：Ａｌ［６］、ＺｎＯ：Ｇａ［７］等，既能扩展太阳电池器件吸收光谱范围［８～１０］，又能保证器件有较长的使用寿命［６］。ＺｎＯ的掺杂（尤其是ｐ型掺杂）是其研发中的瓶颈［１１］，攻克这一难题的关键