納米薄膜制備

納米薄膜制備第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(1)納米薄膜的制備方法

(ⅰ)液相法

(a)溶膠-凝膠法．該方法制備納米薄膜的基本步驟如下：首先用金屬無機(jī)鹽或有機(jī)金屬化合物制備溶膠，然后將襯底(如SiO2玻璃襯底等)浸入溶膠后以一定速度進(jìn)行提拉，結(jié)果溶膠附著在襯底上，經(jīng)一定溫加熱后即得到納米微粒的膜．膜的厚度控制可通過提拉次數(shù)來控制。

(b)電沉積法．一般Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體薄膜可用此法制備。

第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(1)納米薄膜的制備方法(ⅱ)氣相法(a)高速超微粒子沉積法(氣體沉積法)．基本原理是：用蒸發(fā)或?yàn)R射等方法獲得超微粒子，用一定氣壓的惰性氣體作載流氣體，通過噴嘴，在基板上沉積成膜．

第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(a)高速超微粒子沉積法

美國噴氣制造公司采用該工藝成功地制備出納米多層膜，陶瓷-有機(jī)膜、顆粒膜等．右圖是他們采用氣體沉積法中的多噴嘴，轉(zhuǎn)動襯底制備微粒的示意圖。

第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(a)高速超微粒子沉積法日本真空冶金公司的SeichioKashu等人用的設(shè)備如右圖所示．他們用此方法制備了各種金屬納米薄膜．

第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(b)直接沉積法

是當(dāng)前制備納米薄膜普遍采用的方法，基本原理：把納米粒子直接沉淀在低溫基片上．制備方法主要有三種：惰性氣體蒸發(fā)法、等離子濺射法和輝光放電等離子誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法．基片的位置、氣體的壓強(qiáng)、沉淀速率和基片溫度是影響納米膜質(zhì)量的重要因素．第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(Ⅰ)金屬-非金屬納米復(fù)合膜的制備

當(dāng)C2H5+/Ar+<10-2時(shí)，只獲得組成基本上為金屬的納米粒子膜；C2H5+/Ar+=10-1～10-2時(shí)，可獲得不同金屬顆粒含量的膜。（美國IBM公司）第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四體積分?jǐn)?shù)(volumefraction)變化

第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(Ⅱ)銅-高聚物納米鑲嵌膜的制備

這種鑲嵌膜(embaddedfilm)是把金屬納米粒子鑲嵌在高聚物的基體中．其裝置的示意圖如右圖所示．

第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(c)氣相法制備納米薄膜的幾個(gè)主要影響因素

(Ⅰ)襯底(基片)的影響(包括襯底材質(zhì)的選擇和溫度的影響)．

(Ⅱ)制備方法的影響．

方法膜生長初期的結(jié)構(gòu)晶格常數(shù)(?)蒸發(fā)法fcc3.68離子束法fcc4.02磁控濺射法bcc3.32電子回旋共振等離子濺射法fcc4.08表9-3四種不同沉積法得的Ti納米膜的結(jié)構(gòu)第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(2)納米顆粒膜和多層膜

顆粒膜是一類具有廣泛應(yīng)用前景的人工材料．其特性隨膜的組成、工藝條件等參量的變化而變化，因此可以在較多自由度的情況下人為地控制復(fù)合膜的特性．

第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(2)納米顆粒膜和多層膜目前研究較為集中的顆粒膜大體有以下三類：

(ⅰ)金屬微粒—絕緣體薄膜(例如：Fe-SiO2薄膜)；

(ⅱ)金屬微?！雽?dǎo)體薄膜(例如：Ag-Cs2O薄膜);(iii)半導(dǎo)體微?！^緣體薄膜(例如：CdTe-SiO2)薄膜.第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(a)光學(xué)特性

(Ⅰ)藍(lán)移和寬化．納米顆粒膜，特別是Ⅱ—Ⅵ族半導(dǎo)體CdSxSe1-x以及Ⅲ—V族半導(dǎo)體GaAs的顆粒膜都觀察到光吸收帶邊的藍(lán)移和帶的寬化現(xiàn)象．

(Ⅱ)光的線性(linear)與非線性(nonlinear)．

第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(Ⅱ)光的線性與非線性光學(xué)線性效應(yīng)是指介質(zhì)在光波場(紅外、可見、紫外以及X射線)作用下，當(dāng)光強(qiáng)較弱時(shí)，介質(zhì)的電極化強(qiáng)度與光波電場的一次方成正比的現(xiàn)象．

第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(b)電學(xué)特性

二維膜具有平面的宏觀尺寸,不象零維納米顆粒一樣沒有宏觀的可測量量,與三維納米塊體相比又具有簡單性,因此便于研究納米薄膜電學(xué)性質(zhì)。

第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四第九章

超微粉涂層材料

(Superfinepowdercoatingmaterials)超微粉材料的主要應(yīng)用是將超微粉材料與表面技術(shù)結(jié)合起來，形成表面涂層，對基體材料進(jìn)行改性和賦予基體新的功能。從材料的整體性能出發(fā)來追求功能化往往受到限制，所以更多關(guān)注的是材料的表面特性。材料表面改性及涂層技術(shù)已成為材料科學(xué)的一個(gè)重要分支。隨著陶瓷、高分子和復(fù)合材料、新型功能材料的發(fā)展，加上材料表面處理技術(shù)的進(jìn)步，表面工程有望作為一門獨(dú)立的學(xué)科而發(fā)展。

第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四超微粉涂層材料的優(yōu)越性超微粉與表面涂層技術(shù)結(jié)合，形成了含有超微粉的表面涂層材料(Ultra-FinePowderCoating)。超細(xì)粉末涂層材料包括金屬、無機(jī)非金屬、高分子材料和復(fù)合材料等，經(jīng)過沉積、噴涂和鍍覆等手段實(shí)施，可以將不同性質(zhì)、不同尺度的材料組合起來，使其表面機(jī)械、物理和化學(xué)性能得到提高，賦予基體表面新的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)和催化敏感等功能，達(dá)到表面改性與功能化的目標(biāo)。第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四9.1超微粉涂層材料的特點(diǎn)(1)涂層材料的組成范圍很寬

;(2)超微粉的尺度涵蓋了微米、亞微米到納米級范圍（上限在1-2m）

;(3)超微粉涂層材料用于的基體材料也是多種多樣

;(4)涂層材料在結(jié)構(gòu)上可以是單層或者是多層

;(5)超微粉涂層材料可以運(yùn)用傳統(tǒng)的表面處理技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)

.第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四9.2超微粉涂層材料的種類超微粉涂層材料的種類廣泛，包括金屬超微粉、陶瓷超微粉，以及金屬-陶瓷復(fù)合或者多元復(fù)合陶瓷超微粉，除自身形成涂層材料外，還可以與金屬及合金、無機(jī)材料、樹脂等高分子材料基體結(jié)合，制備出復(fù)合材料涂層。第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四金屬及合金超微粉涂層材料采用電解、還原、噴霧等方法，生產(chǎn)出金屬及合金超微粉，然后作為單獨(dú)的金屬(合金)涂層、金屬復(fù)合涂層或金屬基復(fù)合涂層。

第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四金屬及合金超微粉涂層材料幾種不同的金屬以一定的包覆形式，形成金屬復(fù)合超微粉涂層材料，如鎳包鋁、鋁包鎳等。復(fù)合超微粉根據(jù)粉體的結(jié)構(gòu)形式分為包覆型和非包覆(即混合方式)型，包覆型又存在完全包覆和部分包覆，如下圖所示。

第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四無機(jī)非金屬材料與陶瓷超微粉涂層材料

1．氧化物材料涂層:具有熔點(diǎn)高、耐高溫，抗氧化、熱導(dǎo)率低、硬度高、耐磨、化學(xué)穩(wěn)定性高、抗蝕、電絕緣等優(yōu)良特性。2．碳化物材料涂層3、其他涂層材料

4．金屬陶瓷復(fù)合材料涂層

第22頁，共25頁，2023年，2月20