薄膜材料发展和应用

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1、薄膜材料发展和应用关键词：薄膜；金刚石；铁电；氮化碳；半导体；超晶格摘要：薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。1膜材料的发展在科学发展FI新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为•种重要的材料在材料领域占•据着越来越重要的地位。自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表而所包裹，这是宏观表而。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些

2、表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子一脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内,小分了如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子,有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具右选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有k+通道、C1—通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。2膜材料的应用人们在惊叹细胞膜奇妙功能的同时，也在试图模仿它，仿生一直以来就是材料设计的重要手段，这就是薄膜材料。它的…个很重要的应用就是海水的淡化。虽然地球上70%的面积被水覆盖着，但是人们赖以生存的淡水只

3、占总水量的％〜3%,随着人口增长和工业发展，当今世界几乎处于水荒之中。因此将浩瀚的海水转为可以饮用的淡水迫在眉睫。淡化海水的技术主要有反渗透法和蒸憎法，反渗透法用到的是具有选择性的高分子渗透膜，在膜的一边给海水施加高压,使水分子透过渗透膜，达到膜的另一边,而把各种盐类离了留下来，就得到了淡水。反渗透法的关键就是渗透膜的性能，目前常用有醋酸纤维素类、聚酰胺类、聚苯砚对苯二甲酰胺类等膜材料•这种淡化过程比起蒸法法，是一种清洁高效的绿色方法。利用膜两边的浓度差不仅可以淡化海水,还可以提取多种有机物质。工业生产屮，可用膜法过滤含酚、苯胺、有机磺酸盐等工业废水

4、，膜法过滤大大节约了成本，有利于我们的生存环境。膜的应用还体现在表面化学上面。在日常生活中，我们会发现在树叶表面，水滴总是呈圆形，是因为水不能在叶面铺展。喷洒农药时，如果在农药中加入少量的润湿剂，农药就能够在叶面铺展,提高杀虫效果，降低农药用量。更重要的，研究人员还将膜材料用于血液透析，透析膜的主要功能是移除体内多余水份和清除尿毒症毒素，大大降低了肾功能衰竭患者的病死率3膜材料的分类近年來，随着成膜技术的飞速发展，各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。薄膜材料种类繁多，应用广泛，目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄

5、膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。目前很受人们注目的主要有一下几种薄膜。金刚石薄膜金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿屯压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔。近年來，随着科技的发展，人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法，比如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相沉积法等•成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜，从而使金刚石膜具备了商业应用的可能。金刚石薄膜属于立方晶系，面心立方晶胞，每个晶胞含有8个c原子，每个c原子采取sp3朵化与周围4个

6、c原子形成共价键，牢固的共价键和空间网状结构是金刚石硬度很高的原因.金刚石薄膜有很多优异的性质：硬度高、耐磨性好、摩擦系数效、化学稳定性高、热导率高、热膨胀系数小,是优良的绝缘体。利用它的高导热率,可将它直接积在硅材料上成为既散热又绝缘的薄层，是高频微波器件、超大规模集成电路最理想的散热材料。利用它的电阻率大,可以制成高温工作的二极管，微波振荡器件和耐高温高压的晶体管以及毫米波功率器件等。金刚右薄膜的许多优良性能冇待进一步开拓，我国也将金刚石薄膜纳入863新材料专题进行跟踪研究并取得了很大进展、金刚石薄膜制备的基本原理是：在衬底保持在800^1000

7、°C的温度范围内，化学气相沉积的石墨是热力学稳定相，而金刚石是热力学不稳定相，利用原子态氢刻蚀石墨的速率远大于金刚石的动力学原理，将石墨去除，这样最终在衬底上沉积的是金刚石薄膜。铁电薄膜铁电薄膜的制备技术和半导体集成技术的快速发展，推动了铁电薄膜及其集成器件的实用化。铁电材料已经应用于铁电动态随机存储器、铁电场效应晶体管、铁电随机存储器、Ic卡、红外探测与成像器件、超声与声表面波器件以及光电子器件等十分广阔的领域。铁电薄膜的制作方法一般釆用溶胶-凌胶法、离了束溅射法、磁控溅射法、有机金属化学蒸汽沉积法、准分子激光烧蚀技术等.已经制成的晶态薄膜有锂酸锂

8、、锐酸钾、钛酸铅、钛酸顿、钛酸總、氧化規和错钛酸铅等，以及大量的铁电陶瓷薄膜材料。氮化碳薄膜1985年美国伯