徐扬海-纳米薄膜材料

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1、纳米薄膜材料主讲：徐扬海专业：应用化学导师：王芳联系方式：13590133410纳米薄膜材料一.定义:纳米薄膜是由指由尺寸在纳米量级的的晶粒或颗粒构成的薄膜，或将纳米晶粒镶嵌于某种薄膜中构成的复合膜（如Ge/SiO2，将Ge镶嵌于SiO2中），以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜，有时也成为纳米晶粒薄膜或纳米多层膜。二.纳米薄膜材料的分类1）纳米薄膜，按用途分为两大类:纳米功能薄膜和纳米结构薄膜。纳米功能薄膜:主要是利用纳米粒子所具有的光、电、磁方面的特性，通过复合使新材料具有基体所不具备的特殊功能。纳米结构薄

2、膜:主要是通过纳米粒子复合，提高材料在机械方面的性能。二.纳米薄膜的分类2）按膜的功能分纳米磁性薄膜纳米光学薄膜纳米气敏膜纳滤膜、纳米润滑膜纳米多孔膜LB（LangmuirBuldgett）膜SA（分子自组装）膜二.纳米薄膜材料分类3）按膜层结构分类单层膜如热喷涂法的表面膜等双层膜如在真空气相沉积的反射膜上再镀一层多层膜指双层以上的膜系二.纳米薄膜材料分类4）按膜层材料分金属膜，如Au、Ag等合金膜，如Cr-Fe、Pb-Cu等氧化物薄膜非氧化物无机膜有机化合物膜2.1纳米磁性薄膜自从1988年有人在Fe/Cr纳

3、米量级的多层膜中发现巨磁电阻效应以来，纳米磁性薄膜引起了人们强烈的研究兴趣。由于晶体结构的有序和磁性体的形状效应，磁性材料的内能一般与其内部的磁化方向有关，即会造成磁各向异性。与三维体材不同，薄膜材料存在单轴磁各向异性，只有薄膜内的某个特定方向易于磁化，因此被成功地应用于磁记录介质。一般薄膜材料是平面磁化的，而纳米磁性薄膜由于厚度很薄，只有薄膜的法线方向易于磁化，即具有垂直磁化性质。因此纳米磁性薄膜可以削弱传统磁记录介质中信息存储密度受到其自运磁效应的限制，而有较大应用前景。2.2纳米光学薄膜随着构成光学膜的晶

4、粒尺寸的减小，晶界密度将增加，膜表面的粗糙度也将发生变化，表面光散射及光吸收必然不同。因此，当尺寸减小到纳米量级时，薄膜的光学性能也必将发生变化。纳米晶Si膜是国内外广泛研究的一种纳米光学薄膜，表面原子数几乎和体内原子数相等，因而显示出与晶态、非晶态物质均不同的崭新性质。纳米晶Si膜具有热稳定性好、光吸收能力强、掺杂效应高、室温电导率可在大范围内变化等优点，通过控制沉积温度、薄膜厚度、内部结构，晶粒尺寸等可得到优良的光学薄膜材料。2.3纳米气敏材料纳米气敏膜的原理是，利用其在吸附某种气体之后引起物理参数的变化来

5、探测气体。因此，纳米气敏膜吸附气体的速率越高，信号传递的速度越快，其灵敏度也就越高。组成纳米气敏膜的颗粒很小，表面原子所占比例很大，其表面活性就大，因而在相同体积和相同时间下，纳米气敏膜比普通膜能吸附更多的气体。而且，纳米气敏膜中充满了极为细微的孔道，界面密度又很大，密集的界面网络提供了快速扩散的通道，具有扩散系数高和准各向异性的特点，进一步提高了反应速度。因此，纳米气敏膜具有比普通膜更好的气敏性、选择性和稳定性。SnO2纳米颗粒气敏膜是当前研究的热点。2.4纳滤膜纳滤膜是20世纪80年代末期问世的新型分离膜，

6、采用纳米材料研制出分离仅在分子结构上有微小差别的多组分混合物，介于超滤膜和反渗透膜之间。膜在渗透过程中截留率大于95%的最小分子大小约为1nm，因此称为“纳滤”。纳滤膜技术具有离子选择性和操作压力低的特点，故有时也称“选择性反渗透”和“低压反渗透”。纳滤膜能截留有机小分子而使大部分无机盐通过，对无机盐也有一定的截留率。可实现不同价态离子的分离，能分离相对分子质量差异很小的同类氨基酸和同类蛋白质，并实现高、低相对分子质量有机物的分离。纳滤膜一般是由高聚物组成活化层的复合膜，表面分离层由聚电解质构成，与其支撑层的化

7、学组成不同。2.5纳米润滑膜由于润滑设计和加工技术的不断完善，流体润滑膜的厚度日益减小。经超精细加工制得的微机械，其摩擦面之间的间隙常处于纳米范围，为改善摩擦学性能必须采用纳米薄膜进行润滑。这种纳米膜的润滑状态介于弹流润滑与边界润滑之间，兼具流体膜和吸附膜的特点，因而润滑机理更复杂，尚处于起步研究阶段。有序分子膜(LB膜，SA膜）亦可作为纳米润滑膜，是摩擦学的重要研究对象。三.纳米薄膜材料的发展历程事实上，纳米材料并非新奇之物，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

8、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。三.纳米薄膜材料的发展历程人类有意识的开展纳米材料的研究开始于大约50年代。西德的Kanzig观察到了BaTi03中的极性微区，尺寸在10-100纳米之间。苏联的G.A.Smolensky假设复合钙钛矿铁电体中的介电弥散是由于存在Kanzig微区导致成分布不均匀引起的.60年代日本