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1、2000年绝缘材料通讯第4期文章编号:1003-921×(2000)04-0034-04纳米界面性能在电介质科学中的应用何恩广,刘庆峰,尚文宇(西安交通大学,陕西西安710049)摘要:本文介绍了纳米科学技术中纳米界面的研究及其与电介质性能的联系,综述了纳米界面为绝缘电介质等基本电介质领域研究提供的新思路。关键词:纳米界面;电介质中图分类号:TM215.014;488文献标识码:B引言条件。纳米技术是当今科技发展中最活跃的领在纳米水平上研究电介质的性能时,必域之一,包括纳米电子学、纳米物理学、纳米须用
2、与微量分子相关的微观频谱学代替传统材料学、纳米生物学、纳米测量学、纳米显微宏观频谱学来进行论述,这对进一步拓宽电学和纳米加工学等。这些学科的发展对未来介质科学的研究范围,促进传统电介质科学电介质科学的发展和研究将产生重大影响。的基本理论和概念的扩展与更新,并在生物传统的电介质理论,是一种统计意义上科学、机敏器件、传感器、信息存储与处理等的平均理论,其本质可归结为“德拜松弛理高新技术领域的基础研究和应用方面有重要论”,尽管某些观点也曾经把分子作为一种影意义。响统计结果的因素,但最终还都是着眼于材料的宏观
3、性能。随着实验研究和微电子工业1纳米界面及其界面效应的发展,各学科的研究者从不同角度进入到金属电极与电介质接触时,可从金属内-9材料内0.1～100nm的空间观察尺度,这一亚原子距离扩展到电介质内约10m或到-7范围的下限是单个量子(单个原子和单个分绝缘体内10m形成一个纳米级的界面,并子)的直接观察、搬迁,上限则是较大的量子且恒定带电构成双电层。这一电荷分离层是点——可以由量子面→量子线→量子点微加电介质和金属电极间界面的特征,它在界面3工而成,也可以通过搬迁、组装单个原子或单内产生的电场可高达10
4、MV/m。若极化分个分子而成,还可以通过自然的物理或化学子是界面内主要成分时,它们会高度取向并力自组装而成。从下限(≥0.1nm)到上限(≤形成与松散状态下差别较大的性质。在纳米100nm)都受量子力学的波粒二象性的制约,界面内,离子和分子的分布和动力学特征在该空间尺度的过渡区为介面物质。这是一个电化学、保持电介质绝缘性能以及其它电活新的物质层次,呈现了一系列新的物理效应动中都有相当重要的作用,许多电介质系统和物理性质,例如结构奇异性、特殊的电导机的低频行为都可以用纳米界面的特性来表制、量子的尺寸效应
5、、小尺寸的界面效应以及征。电子的弹道输送、量子的干涉效应、电子的波界面效应包括两个方面:垂直界面的效导性等。这些介面效应的研究将给电介质科应和界面平面内的效应。界面是金属电极和学的发展提出了新的课题并带来极为有利的介质相之间电荷传输的通道,它可控制后者342000年绝缘材料通讯第4期23的导电性能,影响穿过电极和松散电介质间均电场(10～10MV/m)下,界面势垒将严界面电子传输的氧化还原过程。界面电场可重变形以促进电荷从电极进入绝缘体。当然,通过色散力和静电力改变聚合离子、聚合电不能仅仅由于双电层内
6、的电场比绝缘体内的解质或极化大分子的正常相结构,而氧和其平均电场大就把上述界面作为引发区,因为它吸附在金属和电介质表面的杂质会使界面不仅电极粗糙度引起的局部电场进一步强化实际情况更为复杂,界面上复杂的时变性能了双电层电场,而且电极是一个与绝缘体直对体系的绝缘性能和介电性能有很大影响。接接近的巨大的电荷源(电子或空穴)。由于界面内电荷横向移动发生在分子有序的Lowell等人研究了金属电极与聚合物绝缘富离子空间电荷层,与垂直界面方向相当不材料相接触时的电荷传输并给出了传输的部3同,因此界面平面的内部反应也
7、是一类潜力分特征:在10个聚合物表面状态分子中仅[2]巨大的界面现象。对这种情形的研究不仅会有约1个由于电子传输被氧化或降解,因在电气工程,而且在电子-化学、生物学和细此不能把界面简单地看作电荷源而应看作是胞膜内质子和其它离子横向流研究方面产生大量类似的、缓变的化学、机械和电学降解的电化学活动的场所。电子穿过界面是一个引有益的结果。导高活性的物质进入非活性材料中的氧化还原过程,这是由电极粗糙度和总的表面污秽2纳米界面与电介质科学(如非常小的界面区域的氧化)所决定的纳米当前纳米电介质方面的研究尚处于起始
8、过程。固体绝缘物质的结构(如聚乙烯),由于阶段,一般以准二维界面系统为对象,该系统在无定性区的杂质或添加剂的偏析,强双电虽然是纳米尺寸但仍包含了许多分子,一个层条件会出现在无定形晶界,电荷传输沿这-82单分子区域如10m内可有200个分子。要样的边界要比直接通过无定形区或晶体区容建立模型详细研究其电介质和导电率现象必易,在界面平面与表面相交叉的地方电荷传须提高分子间力场的描述精度和增强计算机输效率更高。这些界面路径与自由体积空间功能。研究电介质的纳米界面
