纳米薄膜材料的制备方法.doc

纳米薄膜材料的制备方法摘要纳米薄膜材料是一种新型材料,由于其特殊的结构特点,使其作为功能材料和结构材料都具有良好的发展前景。本文综述了近几年来国外对纳米薄膜材料研究的最新进展,包括对该类材料的制备方法、微结构、电、磁、光特性以及力学性能的最新研究成果。关键词纳米薄膜;薄膜制备;微结构;性能21世纪,由于信息、生物技术、能源、环境、国防等工业的快速发展,对材料性能提出更新更高的要求,元器件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等要求材料的尺寸越来越小,航空航天、新型军事装备及先进制造技术使材料的性能趋于极端化。因此,新材料的研究和创新必然是未来的科学研究的重要课题和发展基础,其中由于纳米材料的特殊的物理和化学性能,以及由此产生的特殊的应用价值,必将使其成为科学研究的热点[1]。事实上,纳米材料并非新奇之物,早在1000多年以前,我国古代利用蜡烛燃烧的烟雾制成碳黑作为墨的原料,可能就是最早的纳米颗粒材料;我国古代铜镜表面的防锈层,经验证为一层纳米氧化锡颗粒构成的薄膜,这大概是最早的纳米薄膜材料。人类有意识的开展纳米材料的研究开始于大约50年代,西德的Kanzig观察到了BaTiO3中的极性微区,尺寸在10~100纳米之间。。60年代日本的RyogoKubo在金属超微粒子理论中发现由于金属粒子的电子能级不连续,在低温下,即当费米能级附近的平均能级间隔>kT时,金属粒子显示出与块状物质不同的热性质[4]。、结构和性能进行了细致地研究[5]。随着技术水平的不断提高和分析测试技术手段的不断进步,人类逐渐研制出了纳米碳管,纳米颗粒,纳米晶体,纳米薄膜等新材料,这些纳米材料有一般的晶体和非晶体材料不具备的优良特性,它的出现使凝聚态物理理论面临新的挑战。80年代末有人利用粒度为1~15nm的超微颗粒制造了纳米级固体材料。纳米材料由于其体积和单位质量的表面积与固体材料的差别,达到一定的极限,使颗粒呈现出特殊的表面效应和体积效应,这些因素都决定着颗粒的最终的物理化学性能,如随着比表面积的显著增大,会使纳米粒子的表面极其活泼,呈现出不稳定状态,当其暴露于空气中时,瞬间就被氧化。此外,纳米粒子还会出现特殊的电、光、磁学性能和超常的力学性能。纳米薄膜的分类纳米薄膜具有纳米结构的特殊性质,目前可以分为两类:(1)含有纳米颗粒与原子团簇基质薄膜;(2)纳米尺寸厚度的薄膜,其厚度接近电子自由程和Denye长度,可以利用其显著的量子特性和统计特性组装成新型功能器件。例如,镶嵌有原子团的功能薄膜会在基质中呈现出调制掺杂效应,该结构相当于大原子超原子膜材料具有三维特征;纳米厚度的信息存贮薄膜具有超高密度功能,这类集成器件具有惊人的信息处理能力;纳米磁性多层膜具有典型的周期性调制结构,导致磁性材料的饱和磁化强度的减小或增强。对这些问题的系统研究具有重要的理论和应用意义。纳米薄膜是一类具有广泛应用前景的新材料,按用途可以分为两大类,即纳米功能薄膜和纳米结构薄膜。前者主要是利用纳米粒子所具有的光、电、磁方面的特性,通过复合使新材料具有基体所不具备的特殊功能。后者主要是通过纳米粒子复合,提高材料在机械方面的性能。由于纳米粒子的组成、性能、工艺