[试题]纳米薄膜材料

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1、题目：纳米薄膜材料姓名：王鹏飞学号：201006050012系别：化学系专业：化学工程与工艺年级班级：2010级1班2013年6月24日纳米薄膜材料摘要：纳米薄膜材料是一种新型材料，由于其特殊的结构特点，时期作为功能材料和结构材料都具有良好的发展前景。本文综述了近几年来国内外纳米薄膜材料研究的最新进展，包括对该类材料的制备方法、及其应用领域。关键词：纳米薄膜；薄膜制备；性能1.引言21世纪，由于信息、生物技术、能源、环境、国防等工业的快速发展，对材料性能提出更新更高的要求，元器件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等要求材料的尺寸越来越小，航空航天、新型军事装备及先进制造技术使材

2、料的性能趋于极端化。因此，新材料的研究和创新必然是未来的科学研究的重要课题和发展基础，其中由于纳米材料的特殊的物理和化学性能，以及由此产生的特殊的应用价值，必将使其成为科学研究的热点⑷。事实上，纳米材料并非新奇Z物，早在1000多年以前，我国古代利用蜡烛燃烧的烟雾制成碳黑作为墨的原料，可能就是最早的纳米颗粒材料；我国古代铜镜表面的防锈层，经验证为一层纳米氧化锡颗粒构成的薄膜，这大概是最早的纳米薄膜材料。人类有意识的开展纳米材料的研究开始于大约50年代，西徳的Kanzig观察到了BaTi03屮的极性微区，尺寸在10-100纳米之间⑵。苏联的G.A.Smolensky假设复合钙钛矿铁电体中的介

3、电弥散是由于存在Kanzig微区导致成分布不均匀引起的⑶。60年代日本的RyogoKubo在金屈超微粒子理论中发现由于金屈粒子的电子能级不连续，在低温下，即当费米能级附近的平均能级间隔5>kT时，金属粒子显示出与块状物质不同的热性质⑷。西徳的H.Gleiter对纳米固体的制备、结构和性能进行了细致地研究⑸。随着技术水平的不断提高和分析测试技术手段的不断进步，人类逐渐研制出了纳米碳管，纳米颗粒，纳米晶体，纳米薄膜等新材料，这些纳米材料有一般的晶体和非晶体材料不具备的优良特性，它的出现使凝聚态物理理论而临新的挑战。80年代末有人利用粒度为lT5nm的超微颗粒制造了纳米级固体材料。纳米材料由于其

4、体积和单位质量的表面积与固体材料的差别，达到一定的极限，使颗粒呈现出特殊的表面效应和体积效应，这些因素都决定着颗粒的最终的物理化学性能，如随着比表面积的显著增大，会使纳米粒子的表面极其活泼，呈现出不稳定状态，当其暴露于空气中时，瞬间就被氧化。此外，纳米粒子还会出现特殊的电、光、磁学性能和超常的力学性能⑻。1.纳米薄膜的分类按薄膜的用途可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休功能截然不同的薄膜。纳米结构薄膜则是通过纳米粒子古河，对材料进行改性，以提高材料机械性能为主要目的的薄膜；按工程和致密度，纳米薄膜又可分为颗粒膜

5、与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒黏在一起，屮间右极为细小的的间隙的薄膜。致密膜是指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的连续薄膜；按纳米薄膜的沉积层数，可分为纳米单层薄膜和纳米多层薄膜。其中，纳米多层薄膜包括我们所说的“超品格”薄膜，它一般是由几种材料交替沉积而形成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，也可以是它们的的多种组合；按薄膜的应用性能可分为纳米磁性薄膜、纳米光学薄膜、纳米气敏膜、纳米润滑膜及纳米多孔膜等。2.纳米薄膜的制备方法纳米薄膜的制备方法按原理可分为物理方法和化学方法两大类。粒子束溅射沉积和磁空溅射沉积，以及新

6、近出现的低能团簇束沉积法都属于物理方法；化学气相沉积(VCD)、溶胶-凝胶(Sol-Gel)法和电沉积法属于化学方法。3.1离子束溅射沉积使用这种方法制备纳米薄膜是在多功能离子束辅助沉积装置上完成。该装置的本底真空度为0・2MPa,工作气压为7MPa0沉积陶瓷材料可以通过使用3.2KeV/100mA的Ar+离子束溅射相应的靶材沉积得到，而沉积聚四氟乙烯材料需要使用较小的束流和束压(15KeV/30mA)o沉积陶瓷材料吋的速率为6nm/min，沉积金属和聚四氟乙烯材料吋的速率为12nm/min⑺。3.2磁控溅射沉积磁控溅射沉积法制备薄膜材料是在磁控溅射仪上实现的，其真空室中有三个阴极靶(一个

7、直流阴极，两个射频阴极)，三个阴极可分别控制。首先将溅射材料安装在射频阴极上，通过基片架转动，基片轮流在两个射频靶前接受溅射原子，控制基片在各靶前的时间，即可控制多层膜的调制波同时在真空室内通入一定压力的气体，可以作为保护气氛，或与溅射金屈原子反应生成新的化合物，沉积到基片上。此外在基片高速旋转的条件下，还可制备近似均匀的复合薄膜⑻。磁控溅射法具有镀膜速率易于控制，稳定性好，溅射材料不受限制等优点。3.3低能团簇束沉积法