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1、納米薄膜是指在空間只有一維處于納米尺度而另兩維不是納米尺度的物質(zhì)，由分子或晶粒均勻鋪開構(gòu)成薄膜，可以是超薄膜、多層膜和超晶格等。,第四節(jié) 納米薄膜,納米薄膜根據(jù)它的構(gòu)成和致密程度又可分為顆粒膜和致密膜。顆粒膜是納米顆粒粘在一起，中間有極細(xì)小的間隙，而致密膜則是連續(xù)薄膜。,一、納米薄膜的制備 二、納米薄膜的應(yīng)用 三、LB膜技術(shù)及應(yīng)用,納米薄膜的制備源于經(jīng)典的方法又加以改進(jìn)，是典型的Top down（由上到下）的方法，具體方法很多，這里僅介紹最基本的幾種。,納米薄膜的制備,（一）溶膠-凝膠法 （二）真空蒸發(fā)法 （三）磁控濺射法 （四）分子束外延鍍膜法,返回,原理：將成膜物質(zhì)溶于某種有機(jī)溶劑，成為溶

2、膠鍍液，采用浸漬或離心甩膠等方法涂敷于基體表面形成膠體膜，然后脫水而凝結(jié)為納米薄膜。,溶膠-凝膠法,例如：納米Cu膜的制備 將硝酸銅Cu（NO3）23H2O和正硅酸乙脂與乙醇混合形成溶膠，用玻璃（SiO2）襯板浸入溶膠后進(jìn)行提拉（提拉速度10-1mm/s），再在100溫度下干燥成膜，經(jīng)過450650氫氣中還原處理100分鐘左右，就可以獲得納米Cu膜。,優(yōu)缺點(diǎn)：,溶膠-凝膠法,采用溶膠-凝膠法制備薄膜具有多組分均勻混合，成分易控制、成膜均勻、成本低、易于工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)；,但不是所有的薄膜材料都能很容易制成溶膠，又很容易找到襯板材料；,細(xì)心完成溶膠制備是本法的重要因素。,返回,原理：使待成膜的物

3、質(zhì)蒸發(fā)氣化，在真空中使氣化的原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間飛行，達(dá)到基片后在基片表面積淀。,真空蒸發(fā)法,返回,磁控濺射是濺射鍍膜中的一種，所謂濺射是指荷能粒子轟擊固體表面（靶），使固體原子（或分子）從表面射出，射出的粒子大多呈原子態(tài)，稱為濺射原子。用于轟擊靶的荷能粒子可以是電子、離子或中性粒子，因?yàn)殡x子可以在電場(chǎng)下易于加速并獲得所需動(dòng)能，因此大多采用離子作轟擊粒子，該粒子又稱入射離子。所以濺射鍍膜又稱離子濺射鍍膜。,磁控濺射法,為了克服成膜速度低的缺點(diǎn)，人們?cè)O(shè)計(jì)了磁控濺射鍍膜，在濺射靶與基片之間引入了正交電磁場(chǎng)，使氣體分子被電離的速率提高了10倍，達(dá)到了真空蒸發(fā)法的成膜速率。,磁控濺射法,返回,

4、它是在超高真空條件下，將薄膜的諸組分元素的分子束流，直接噴到襯底（半導(dǎo)體材料的單晶片）表面上，沿著單晶片的結(jié)晶軸方向生長(zhǎng)成一層結(jié)晶結(jié)構(gòu)完整的新的單晶層薄膜。,分子束外延鍍膜法,分子束外延（MBE）是一種特殊的真空鍍膜工藝。,返回,納米薄膜的應(yīng)用磁性薄膜,納米磁性薄膜可以削弱傳統(tǒng)磁記錄介質(zhì)中信息存儲(chǔ)密度受到其自退磁效應(yīng)的限制，并具有巨磁電阻效應(yīng)，在信息存儲(chǔ)領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。,巨磁阻效應(yīng)：所謂磁電阻是指在一定磁場(chǎng)下電阻改變的現(xiàn)象，巨磁阻就是指在一定磁場(chǎng)下電阻急劇變化的現(xiàn)象。磁場(chǎng)導(dǎo)致電阻增加，稱之為正磁致電阻；若導(dǎo)致電阻降低，稱之為負(fù)磁致電阻。,巨磁阻多層膜在高密度讀出磁頭、磁存儲(chǔ)元件、磁敏傳感

5、器等方面有很大的應(yīng)用潛力。,納米磁性顆粒膜是由強(qiáng)磁性的納米顆粒嵌埋于與之不相溶的另一相基質(zhì)之中生成的復(fù)合材料體系，兼具超細(xì)顆粒和多層膜的雙重特性。通常采用共蒸發(fā)和共濺射等技術(shù)制備薄膜。,納米磁性顆粒膜還存在巨霍爾效應(yīng)。帕克霍姆夫等人在Ni-SiO2顆粒膜中發(fā)現(xiàn)高達(dá)200cm的飽和Hall電阻率，比普通非磁金屬的正常Hall效應(yīng)高106倍，比磁性金屬中的反常Hall效應(yīng)大4個(gè)數(shù)量級(jí)以上。,納米薄膜的應(yīng)用磁性薄膜,納米硅膜是典型的納米光學(xué)薄膜，它是一種硅晶態(tài)的納米薄膜，當(dāng)Si晶粒的平均直徑小于3.5nm時(shí)，具有很強(qiáng)紫外光致發(fā)光性能。,GaAs半導(dǎo)體顆粒膜和CdSxSe1-x/玻璃顆粒膜都具有光吸收

6、帶藍(lán)移和吸收帶的寬化現(xiàn)象。,半導(dǎo)體銦鎵砷（InGaAs）和InAlAs構(gòu)成的多層膜。通過控制膜的厚度可以改變它的光學(xué)線性和非線性，造成其在吸收譜上出現(xiàn)峰值。,納米薄膜的應(yīng)用納米光學(xué)薄膜,原理：利用其在吸附某種氣體之后引起物理參數(shù)的變化來探測(cè)氣體。,納米薄膜的應(yīng)用納米氣敏膜,納米氣敏膜具有比普通膜更好的氣敏性、選擇性和穩(wěn)定性。,SnO2納米顆粒氣敏膜是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。,納濾膜是一種新型分離膜，采用納米材料發(fā)展出分離僅在分子結(jié)構(gòu)上有微小差別的多組分混合物，適宜于分離相對(duì)分子質(zhì)量在200以上的溶解組分，介于超濾膜和反滲透膜之間。膜在滲透過程中截留率大于95%的最小分子大小約為1nm，因此稱為“納濾”

7、。,納米薄膜的應(yīng)用納濾膜,納濾膜技術(shù)因其獨(dú)特的性能，使得它在許多領(lǐng)域具有其他膜技術(shù)無法替代的地位，它的出現(xiàn)不僅完善了膜分離過程，而且大有替代某些傳統(tǒng)分離方法的趨勢(shì)。,主要是指在微機(jī)電系統(tǒng)（或稱納米機(jī)械）表面的LB膜和改性LB膜潤(rùn)滑，以及SAMS薄膜潤(rùn)滑。,納米薄膜的應(yīng)用納米潤(rùn)滑膜,SAMS薄膜是指帶有反應(yīng)活性基因的長(zhǎng)鏈單分子，通過化學(xué)鍵吸附在基底表面形成的有序的單層或多層分子膜。,在微馬達(dá)中，用SAMS薄膜潤(rùn)滑可以減小啟動(dòng)摩擦和靜摩擦，顯著降低磨損；,SAMS的穩(wěn)定性好，在各種含氧，不含氧的環(huán)境條件下，熱穩(wěn)定溫度能達(dá)到400。,返回,LB膜是Langmuir-Blodgett（朗謬爾布羅杰特）

8、在20世紀(jì)二、三十年代首先研究的，但在納米科技發(fā)展中，LB膜因其特有的性能受到人們的重視。,LB膜技術(shù)及其應(yīng)用,超薄且厚度可準(zhǔn)確控制，因此這種納米薄膜可滿足現(xiàn)代電子學(xué)器件（納電子器件）和光學(xué)器件的尺寸要求。,LB膜的特點(diǎn),膜中分子排列高度有序且各向異性，使之可根據(jù)需要設(shè)計(jì)，便于實(shí)現(xiàn)分子水平上的組裝。,制膜條件溫和，操作簡(jiǎn)便。,能形成LB膜的材料，大都是表面活性分子，即兩親分子。若兩親分子材料兩者平衡，即稱為“兩親媒性平衡”，該材料就會(huì)吸附于水-氣界面。,LB膜的制備,如果把兩親媒性平衡的物質(zhì)溶于苯、二氯甲烷等揮發(fā)性溶劑中，并把該溶液分布于水面上，待溶劑揮發(fā)后，就留下了垂直站立在水面上的定向單分

9、子膜，這種在水面上的單分子，上端呈親油性（疏水性），下端呈親水性。,將一個(gè)親水性（或親油性）固體表面垂直而緩慢地插入浮有單分子層的水中，將該固體表面垂直上提時(shí)，浮著的單分子膜就會(huì)附著在表面上，隨沉積過程不同，所形成的膜的結(jié)構(gòu)分X、Y、Z三型。,LB膜的制備,如果這個(gè)固體基片反復(fù)進(jìn)出水面，可形成多層膜（最多可達(dá)到500層），一個(gè)分子的縱向長(zhǎng)度為2-3nm，因此單分子層的厚度亦為2-3nm。,LB膜的制備,（1）功能化、器件化的LB膜 將具有特殊光、電、磁、熱等性質(zhì)的過渡金屬配合物，組裝到LB膜中將產(chǎn)生具有預(yù)期分子排列的功能納米薄膜。,LB膜的應(yīng)用,平整、致密和均勻的LB膜還是集成光學(xué)，超晶格薄膜

10、晶體管的活性膜和各種MIS器件的絕緣膜。,LB膜可做為電子顯微鏡的復(fù)型膜和光刻技術(shù)中的光蝕膜。,（2）LB膜具有極好的生物相溶性，并能把功能分子固定在既定的位置上，因而LB膜可用作生物細(xì)胞的簡(jiǎn)化模型，以供對(duì)生物生理作用的研究。,LB膜的應(yīng)用,綠色葉綠素可在氣/水界面形成穩(wěn)定的單分子膜，并組裝為L(zhǎng)B膜，成為光合作用膜的基礎(chǔ)。,類胡蘿卜素亦是光合作用的色素，它吸收不被葉綠素吸收的光波，生成生物膜的補(bǔ)充光受體，在分子電學(xué)中，由于-胡蘿卜素含有一不飽和碳鏈，這個(gè)碳鏈在一定的多層LB膜集合體中可以作分子導(dǎo)線。,（3）LB膜潤(rùn)滑 LB膜技術(shù)被認(rèn)為是一種能夠建構(gòu)高級(jí)分子系統(tǒng)的潛在技術(shù)，但是普通脂肪酸和磷脂材料制備的LB膜性能不好，因此在微型機(jī)械的潤(rùn)滑上采用改良的LB膜。,LB膜的應(yīng)用,在LB膜分子中引入無機(jī)分子制成混合LB膜，摩擦系數(shù)低，抗磨損性能好。,采用外電場(chǎng)改變表面電荷及表面電勢(shì)，可降低LB膜的摩擦系數(shù)，