华中科技大学-第二章——纳米薄膜材料的制备.ppt

第二章 纳米薄膜材料的制备（preparation of nano film materials） §2-1 纳米薄膜的分类（classify） 薄膜是一种物质形态，其中，无机薄膜的开发与应用更是日新月异，十分引人注目，已研制出厚度仅有1-100nm的超薄膜制品。 （1） 根据组成（compose）分类 单质元素薄膜 化合物薄膜 复合材料薄膜 （2） 按传统分类方法（traditional classify method）分类 无机材料薄膜（又可分为玻璃膜、陶瓷膜、金属膜等） 有机材料薄膜 （3） 按结构（structure）分类 非晶态薄膜 多晶态薄膜 单晶态薄膜 （4） 按用途（purpose）分类 用于气体分离的薄膜 既用于分离，又具有催化反应功能的薄膜 既用于防腐蚀，又具有装饰功能的薄膜 用于电子信息技术的薄膜 薄膜的性能多种多样，有电性能、力学性能、光学性能、磁学性能、超导性能等。因此，薄膜材料在工业上有着广泛的应用，而且在现代电子工业领域中占有极其重要的地位，是世界各国在这一领域竞争的主要内容，也从一个侧面代表了一个国家的科技水平。 §2-2 纳米薄膜材料的功能特性（function characteristics） 2.2.1 纳米薄膜的光学特性（optical characteristics） （1） 蓝移和宽化（blue shifting and widen） 纳米颗粒膜，特别是IIB族-VIA族半导体CdSxSe1-x以及IIA族-VA族半导体CaAs的颗粒膜，都能观察到光吸收带边的蓝移（由于量子尺寸效应，纳米颗粒膜能隙加宽，导致吸收带向短波方向移动）和宽化（颗粒尺寸有一个分布，能隙宽度有一个分布，这是引起吸收带和发射带以及透射带宽化的主要原因）现象。 光学线性效应（optical linearity effect） 光学线性效应指介质在光波场（红外线、可见光、紫外线以及X射线）作用下，当光强较弱时，介质的电极化强度与光波电场强度的一次方成正比的现象。 例如，光的反射、折射、双折射等都属于线性光学范畴。 一般说来，当多层膜的每层膜的厚度与激子玻尔半径相比拟或小于激子玻尔半径时，在光的照射下吸收谱上会出现激子吸收峰，这种现象也属于光学线性效应。 图2-1是准三维到准二维转变中，InGaAs-InAlAs的线性吸收谱。 光学非线性效应（optical nonlinearity effect） 指在强光作用下介质的极化强度中会出现与外加电磁场强度的二次、三次以至高次方成正比例的项，从而使得介质的电极化强度与光波电场强度不再成一次方正比的现象。 对于光学晶体来说，对称性的破坏，介质的各向异性都会引起光学非线性。 2.2.2 纳米薄膜的电学特性（electrical properties of nano film materials） 纳米薄膜的电学性质是当前纳米材料科学研究中的热点，这是由于纳米薄膜电学性质可以帮助解释导体向绝缘体的转变、绝缘体转变的尺寸限域效应。 常规导体，例如金属，当尺寸减小到纳米数量级时，其电学行为会发生很大变化。有人在Au/Al2O3的颗粒膜上观察到电阻反常现象，随着Au含量的增加（即增加纳米Au颗粒的数量），电阻不仅不减小，反而急剧增加，如图2-2所示。从这一实验现象我们认为，尺寸因素在导体和绝缘体的转变中起着重要的作用。当然存在一个临界尺寸，当金属颗粒的粒径大于临界尺寸时，将遵守常规电阻与温度的关系；当金属颗粒的粒径小于临界尺寸时，就可能失掉原有的特性。 2.2.3 磁阻效应（magnetical resistance effect） 磁（电）阻效应 指材料的电阻值随磁化状态变化的现象称为磁（电）阻效应。 磁阻效应习惯上用 表示，其中 ， 和 分别表示磁中性和磁化状态下的电阻率。 对非磁性金属， 值很小，而铁磁金属与合金的值具有较大的数值。 FeNi合金磁阻效应可达2-3%，且为各向异性。 比FeNi合金磁阻效应大得多的磁阻效应称为巨磁阻效应（huge magnetical resistance effect） 。具有巨磁阻效应的材料正是纳米