1、纳米科学与技术在薄膜材料中应用
1.纳米科学与技术定义
纳米科学与技术（Nano-ST）是研究由尺寸在0.1～100nm之间物质组成体系运动规律和相互作用以及可能实际应用中技术问题科学技术。而纳米材料是指在三维空间中最少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基础单元组成材料[1]。当然, 纳米科学与技术应用也相当广泛。
2.纳米薄膜及其分类
早在1000多年以前, 中国古代利用蜡烛燃烧烟雾制成碳黑作为墨原料, 可能就是最早纳米颗粒材料; 中国古代铜镜表面防锈层, 经验证为一层纳米氧化锡颗粒组成薄膜, 这大约是最早纳米薄膜材料。
纳米薄膜含有纳米结构特殊性质。能够分为两类: (1)含有纳米
2、颗粒与原子团簇——基质薄膜; (2)纳米尺寸厚度薄膜, 其厚度靠近电子自由程和Denye长度, 能够利用其显著量子特征和统计特征组装成新型功效器件。比如, 镶嵌有原子团功效薄膜会在基质中展现出调制掺杂效应, 该结构相当于大原子——超原子膜材料含有三维特征; 纳米厚度信息存贮薄膜含有超高密度功效, 这类集成器件含有惊人信息处理能力; 纳米磁性多层膜含有经典周期性调制结构, 造成磁性材料饱和磁化强度减小或增强[1]。
按纳术薄膜应用性能, 纳米薄膜大致能够分为以下多个: 纳米磁性薄膜、 纳米光学薄膜、 纳米气敏膜、 纳滤膜、 纳米润滑膜及纳米多孔膜等。还有LB膜和SA膜等有序组装膜[2]
3、
3. 纳米薄膜制备方法
纳米薄膜制备方法按原理可分为物理方法和化学方法两大类。粒子束溅射沉积和磁控溅射沉积, 以及低能团簇束沉积法都属于物理方法; 化学气相沉积(CVD)、 溶胶——凝胶(Sol—Gel)法和电沉积法属于化学方法[1]。
4. 纳米薄膜应用及前景
纳米薄膜可应用于气体催化（如汽车尾气处理）材料; 过滤器材料; 高密度磁统计材料; 光敏材料; 平面显示器材料; 超导材料等。下面就举例说明纳米科学与技术在薄膜材料中应用。
纳米薄膜能够改善滚动轴承表面性能以降低振动, 降低噪声, 减小摩擦, 延长轴承寿命。其机理是在滚动轴承套圈滚动面和滚动体表面生成纳米级表面膜, 因为
4、纳米粒子量子尺寸效应; 小尺寸效应; 表面效应; 宏观量子隧道效应等使得纳米薄膜力学性能展现出常规材料不含有特征, 这些特征对改善滚动轴承表面性能有着显著作用。加工过程中伴随温度和压力能够使纳米颗粒更充足地渗透到摩擦表面, 形成极薄边界润滑膜（如图1所表示）[3]。
纳米硅薄膜是在PECVD系统中利用等离子体气相沉积技术在衬底材料上（硅片、 石英片、 玻璃、 有机塑料膜等）生成由大量细小（仅多个纳米大小）硅晶粒组成薄膜。大量试验证实, 纳米硅薄膜对太阳光谱吸收范围和能力(吸收系数)显著大于单晶硅和多晶硅, 也在非晶硅和微晶硅之上(见图2)。所以, 它是用来研究太阳电池理想材料
5、[4]。
AlN不仅有优良物理、 化学特征, 而且有良好机械性, 所以是一个很好雅典和介电材料。所以纳米AlN薄膜可用于及成功电路封装、 制作微波器件和散热器以及多用途耐火材料等。另外, 因为AlN含有很高超声传导速度和压电耦合系数, 大家正在研究用纳米AlN薄膜制作高频率表面波器件[2]。
二氧化锡(SnO2)是一个宽带半导体材料,SnO2透明导电薄膜是一个关键光电信息材料, 符合作为透明电极和光电材料要求, 它不仅硬度大、 耐化学腐蚀、 光学透过率和导电率高且安全性好, 而且是一个价格低廉性能优良氧化物半导体薄膜材料。它在气敏材料中应用已实用化。纳米晶SnO2薄膜在高效再生锂电池等方面
6、成功应用使得对纳米晶SnO2薄膜研究成为热点之一[5]。
纳米科学与技术在很多领域都有着广泛应用前景, 尤其是在薄膜材料领域。利用新物理或者化学性质、 新原理、 新方法设计纳米结构性器件和纳米复合材料会不停涌现出新突破。
参 考 文 献
[1] 邱成军, 曹茂盛, 朱静等.纳米薄膜材料研究进展.[J].材料科学与工程, ,19(4)
[2] 陈光华, 邓金祥.纳米薄膜技术与应用.[M].北京: 化学工业出版社,
[3] 陈龙, 夏新涛, 王中宇等.纳米薄膜轴承技术方法.[J].新技术新工艺, （9）
[4] 何宇亮, 李正平, 沈文忠.纳米硅薄膜特殊性能及其应用前景.[会议论文],
[5] 王占和, 吴海霞等.纳米晶SnO<,2>薄膜结晶特征.[会议论文],
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