《纳米薄膜与粉体》PPT课件

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1、等离子体制备纳米薄膜与纳米金属粉体材料研究阎鹏勋兰州大学等离子体与金属材料研究所一磁过滤等离子体制备纳米薄膜材料1纳米TiN薄膜材料2纳米晶体金刚石薄膜材料3纳米CN薄膜材料4纳米Cu3N薄膜的研究二等离子体制备纳米金属粉体材料1等离子体制备金属纳米粉体装置2纳米镍粉体3纳米银粉体4纳米铜粉体5纳米铝粉体6铁纳米材料三溶胶-凝胶法制备纳米压电陶瓷粉体材料四纳米镍磷金刚石复合镀研究前言纳米技术纳米技术将是21世纪最优先发展的重要领域，可以说纳米研究是目前国际国内最为活跃的研究领域之一。就材料领域来说

2、，纳米材料被誉为跨世纪的新材料。纳米材料可大体分为纳米粉体，纳米薄膜，纳米块体材料。它们表现了不同于传统材料的新奇物性。目前已成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点。国内外的科研人员获得了许多引人注目的成果。但仍然有大量的未知性质和规律需要深入的研究和探索，并相应需要开拓和发掘纳米材料在众多领域的用途。就纳米材料的制备方法来说，有许多不同的方法，可以说各有千秋。但寻找可以高效率，低成本获取优质纳米材料的制备技术，仍然是各国科学家研究的重点。等离子体等离子体作为物质存在的第四态，在地球上很难自然存在

3、。等离子体内包含有大量的中性粒子，自由原子、离子，自由基，和电子。这种处于高激发态的微观“粒子”可以导致晶体在低温下的核化与生长。等离子体技术几乎可用于所有薄膜材料的制备。由于在等离子体中存在各种离子（或活性粒子），化学反应能力大大提高，因此实际上等离子体沉积技术主要的是应用了等离子体的激活效应。运用该技术制备薄膜可以在低的衬低温度和气相温度下进行。下面我们简单介绍等离子体的一些基础知识。粉体制备在纳米超微细粉体制备过程中，等离子体与其它技术相比有许多优点：1.能获得比化学燃烧高数倍以上的温度，

4、而加热速度比化学燃烧大10倍以上2.导致化学液相法难以合成的高温相化合物快速生成。3.等离子体在接触冷凝气壁时，表现出特别高的冷却速度（106K/S），这样的特殊环境把物体“冻结”在一种特殊状态，而这种状态物质的理化性质是在一般冷却速度下所不能获得的。4.粉体产品不需粉碎，生成的粒子很少凝聚，容易制得粒度分布范围窄的超细粒子。5.等离子体容易实现工业化生产。一．    磁过滤等离子体制备纳米薄膜材料1纳米结构TiN薄膜的磁过滤等离子体制备研究摘要:利用我们自主研制的磁过滤等离子体设备，在

5、室温条件下的不锈钢基底上成功地制备了性能良好的纳米结构TiN薄膜。运用SEM，AFM,XRD和IR对其结构和形貌进行了表征。利用纳米硬度仪和动摩擦系数精密测定仪测量了TiN薄膜的硬度，弹性摸量和摩擦学性能。结果显示：沉积的TiN薄膜表面非常平整光滑，致密而无缺陷，硬度远高于TiN块体的硬度，晶粒的尺寸可以控制在几个到几十个纳米左右;磁过滤等离子体原理与装置磁过滤等离子体管外观图60度弯管磁过滤等离子体装置“S”型磁过滤等离子体装置纳米TiN薄膜的SEM图像纳米TiN薄膜的AFM平面图纳米TiN薄膜

6、的XRD图谱随偏压的增加，TiN晶面（111）的择优取向更加明显.角度都普遍向小角度位移，这是由于晶粒的细化和畸变引起的。图2晶粒尺寸与显微硬度的关系主要结论:室温下可沉积出TiN薄膜，沉积过程中在基底上施加的负偏压会强烈影响纳米TiN薄膜的结构和性能。通过改变偏压可以有效控制纳米晶粒的大小。发现显微硬度随纳米TiN晶粒尺寸变化规律，显微硬度强烈的依赖于纳米晶粒的大小，并在晶粒尺寸为13.1nm使硬度到到最大值42Gpa,此值远远高于标准TiN硬度值,小于或大于这个尺寸的TiN薄膜硬度都低于42G

7、Pa。而晶粒大小则受到偏压的决定，随施加偏压的增加，纳米晶粒的平均尺寸逐渐增大.在晶粒尺寸大于13.1nm范围内硬度基本满足Hell-petch关系，但在小于13.1nm范围内,不满足正常的Hell-Petch关系。XRD衍射试验表明纳米TiN的衍射角都普遍向小角度移动,晶粒取向也受到离子能量的强烈影响,随偏压的增加，TiN沿（111）晶面择优生长。晶粒尺寸与光学性能关系密切，反射率强烈依赖于晶粒大小，我们做出了黑色氮化钛，但这一结果还有赖于进一步分析。2纳米晶体金刚石薄膜材料我们用磁过滤等离子体

8、技术在室温下沉积的不含H的纳米金刚石薄膜中的sp3含量达到90%以上，硬度可高达80GPa,远高于其它技术制备的非晶碳膜（如溅射技术，最高20Gpa,目前电脑硬盘上表面镀DLC常用），摩擦系数在0.11左右,与基底粘结牢固，薄膜的粗糙度小到0.1~0.5nm,各项指标均接近天然金刚石，且成本很低。根据需要，沉积离子的平均能量可以从几十到几千电子伏特范围内选择，离子密度可高达1013cm-3,远高于其它类型的低温等离子体，与托可马克边缘等离子体密度接近。因此该技术可用于微电子，电脑磁