二維納米材料課件

第五章二維納米結(jié)構(gòu)-納米薄膜第五章二維納米結(jié)構(gòu)-納米薄膜1第一節(jié)納米薄膜的分類納米薄膜(nano-thinfilm)定義:1)由納米晶粒構(gòu)成的薄膜;將納米晶粒嵌在某種薄膜中的復(fù)合膜;每層厚度在納米量級(jí)的單層或多層膜.分類級(jí)別1)按微結(jié)構(gòu)分類.含有納米粒子;厚度為納米級(jí)2)按用途分類.功能納米薄膜,結(jié)構(gòu)納米薄膜3)根據(jù)層數(shù)分類單層或多層第一節(jié)納米薄膜的分類納米薄膜(nano-thinfilm2第二節(jié)納米薄膜的制備方法第二節(jié)納米薄膜的制備方法3一、物理法1真空蒸發(fā)鍍膜加熱方式有：電阻加熱，電子束加熱，高頻加熱原理：經(jīng)高溫蒸發(fā)的原料蒸氣在基體上成膜一、物理法1真空蒸發(fā)鍍膜4電子束加熱法裝置原理圖電子束加熱法裝置原理圖5真空蒸鍍法的應(yīng)用蒸鍍法具有速度快的優(yōu)點(diǎn)，可用于制備不同功能的納米膜，如導(dǎo)電膜，光學(xué)增透膜，金屬膜等。缺點(diǎn)：膜強(qiáng)度不高，控制合金成分有效率低。真空蒸鍍法的應(yīng)用蒸鍍法具有速度快的優(yōu)點(diǎn)，可用于制備不同功能的62、濺射鍍膜原理：在真空室中，利用荷能粒子轟擊靶材表面，使被轟擊出的粒子在基片表面成膜。離子濺射產(chǎn)生原理：高能輻射離子轟擊固體，部分被轟擊的原子克服表面能飛離固體的現(xiàn)象2、濺射鍍膜原理：在真空室中，利用荷能粒子轟擊靶材表面，使被7濺射產(chǎn)額與入射離子能量關(guān)系濺射產(chǎn)額與入射離子能量關(guān)系8賤射技術(shù)直流濺射技術(shù)三極和四極濺射射頻濺射磁控濺射離子束濺射賤射技術(shù)直流濺射技術(shù)9射頻磁控濺射SiO2裝置圖射頻磁控濺射SiO2裝置圖10濺射鍍膜技術(shù)的應(yīng)用低溫合成高溫材料SiC用CVD法溫度為1330度，而用濺射法只需500度。多層結(jié)構(gòu)的連續(xù)合成濺射鍍膜技術(shù)的應(yīng)用低溫合成高溫材料113離子鍍膜離子鍍是指在鍍膜的同時(shí)，利用離子轟擊基體表面和膜層的鍍膜技術(shù)，其目的是改善膜層的性能。離子鍍的分類：1)空心陰極離子鍍2)多弧離子鍍3)離子束輔助沉積3離子鍍膜離子鍍是指在鍍膜的同時(shí)，利用離子轟擊基體表面和124分子束外延法原理：在超高真空下，使具有一定熱能的兩種或兩種以上的分子(原子)束噴射至被加熱的襯底上，在襯底表面進(jìn)行反應(yīng)，并生成薄膜樣品的過程。4分子束外延法原理：在超高真空下，使具有一定熱能的兩種或兩13二、化學(xué)法1化學(xué)氣相沉積法(CVD)CVD的分類:二、化學(xué)法1化學(xué)氣相沉積法(CVD)14CVD的特點(diǎn)中溫和高溫下，通過氣態(tài)的初始化合物之間的氣相化學(xué)反應(yīng)而沉積固體可以在常壓或者低于常壓下進(jìn)行沉積采用特殊技術(shù)，沉積可以在更低溫度下進(jìn)行可以改變沉積層的化學(xué)成分，得到混合沉積層可以控制沉積層的密度與純度繞鍍性好，可在復(fù)雜形狀的基體及顆粒材料上沉積氣流條件通常是層流的，在基體表面形成厚的邊界層沉積層通常具有柱狀晶體結(jié)構(gòu)，不耐彎曲，但通過其他技術(shù)可以改善?？梢孕纬啥喾N金屬，合金，陶瓷和化合物的沉積層。CVD的特點(diǎn)中溫和高溫下，通過氣態(tài)的初始化合物之間的氣相化學(xué)15CVD的反應(yīng)類型CVD的反應(yīng)類型16CVD的原理以TiCl4+CH4+H2反應(yīng)析出TIC為例CVD的原理以TiCl4+CH4+H2反應(yīng)析出TIC為例17析出過程反應(yīng)氣體向基片表面擴(kuò)散氣體分子被吸附到基片或薄膜表面氣體分子、原子在基片或薄膜表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物沉積在基片上形成薄膜，反應(yīng)副產(chǎn)物離開基體表面。析出過程反應(yīng)氣體向基片表面擴(kuò)散182.溶膠-凝膠法(Sol-gel)優(yōu)點(diǎn):工藝簡單,便于推廣溫度底,不排斥易揮發(fā)原料制膜形狀多樣和基片材料選擇性高有效控制薄膜的成分和結(jié)構(gòu)用料省,成本降低2.溶膠-凝膠法(Sol-gel)優(yōu)點(diǎn):19三、分子組裝法分子組裝技術(shù)：將具有一定功能的分子(包括生物分子)，在分子或超分子尺度范圍內(nèi)，通過物理或化學(xué)的方法聚集成穩(wěn)定的有序體系的方法。分子組裝技術(shù)LB膜技術(shù)和分子自組裝技術(shù)三、分子組裝法分子組裝技術(shù)：將具有一定功能的分子(包括生物分20LB膜技術(shù)由Langmuir-Blodgett首先發(fā)現(xiàn)。技術(shù)內(nèi)容：將雙親分子在水面形成有序的緊密單分子層膜，再利用端基的親水、疏水作用將單層膜轉(zhuǎn)移至固體基片上。LB膜的分類X型，Z型和Y型LB膜技術(shù)由Langmuir-Blodgett首先發(fā)現(xiàn)。21二維納米材料ppt課件22二維納米材料ppt課件23LB膜的制備方法A.垂直提拉法B.水平附著法LB膜的制備方法A.垂直提拉法24二維納米材料ppt課件25單分子層排列整齊避免垂直提拉法所存在的流動(dòng)變形問題水平附著法優(yōu)點(diǎn)單分子層排列整齊水平附著法優(yōu)點(diǎn)26C.亞相降低法C.亞相降低法27D單分子層掃動(dòng)法D單分子層掃動(dòng)法28第三節(jié)納米薄膜的性能一力學(xué)性能膜的硬度跟系統(tǒng)有關(guān).有些比正常形態(tài)硬,有些變軟.韌性.多層膜會(huì)提高材料的韌性.耐磨研究較少.但如果合理地搭配材料可大大提高材料的耐磨性第三節(jié)納米薄膜的性能一力學(xué)性能29二光學(xué)性能藍(lán)移和寬化線性和非線性.三電磁學(xué)性能永久磁體潛在材料增國電導(dǎo)率.如非晶Si膜改變巨磁電阻效應(yīng)氣敏特性,可充當(dāng)氣體反應(yīng)催化劑二光學(xué)性能30第四節(jié)納米薄膜的應(yīng)用一納米光學(xué)薄膜用于分解有機(jī)物,氧化室內(nèi)有害氣體.吸收紫外線,保護(hù)眼睛.增加光反射率,節(jié)能二納米耐磨損膜與納米潤滑膜納米磁性薄膜用于讀出磁頭,磁敏傳感器,磁敏開關(guān)納米氣敏薄