纳米薄膜制备及性能.ppt

溶胶-凝胶制备氧化物薄膜工艺 对于溶胶—凝胶工艺来说，在干燥过程中大量有机溶剂的蒸发将引起薄膜的严重收缩，这通常会导致龟裂。这是该工艺的一大缺点。 但人们发现当薄膜厚度小于一定值时，薄膜在于燥过程中就不会龟裂，这可解释为当薄膜小于一定厚度时，由于基底粘附作用，在干燥过程中薄膜的横向(平行于基片)收缩完全被限制，而只能发生沿基片平面法线方向的纵向收缩。 在溶胶—凝胶薄膜工艺中，影响薄膜厚度的因素很多，其中包括溶胶液的粘度、浓度、比重、提拉速度(或旋转速度)及提拉角度，还有溶剂的粘度、比重、蒸发速率，以及环境的温度、干燥条件等。 PVD、CVD、Sol-gel制备纳米薄膜比较 5.2.2 电化学沉积 作为一种十分经济而又简单的传统工艺手段，可用于合成具有纳米结构的纯金属、合金、金属-陶瓷复合涂层以及块状材料。包括直流电镀、脉冲电镀、无极电镀、共沉积等技术。 其纳米结构的获得，关键在于制备过程中晶体成核与生长的控制。电化学方法制备的纳米材料在抗腐蚀、抗磨损、磁性、催化、磁记录等方面均具有良好的应用前景。 电化学沉积 电化学沉积法主要用于Ⅱ—Ⅵ族半导体薄膜的制备，如ZnS、CdS、CASe等。 下面简单介绍CdS薄膜的制备过程：用Cd盐和S制成非水电解液，通电后在电极上沉积CdS透明的纳米微粒膜，粒径为5nm左右。 电化学沉积 纳米粒子复合镀是在电镀、化学镀的基础上发展起来的一种纳米薄膜制备方法。 纳米粒子复合镀层具有广阔的应用前景。如钴基复合镀层具有良好的抗氧化性和自润滑性能；用Ag—La2O3复合镀层代替纯银制备低压电器触头可节银60％；化学镀Ni-P-SiC镀层的耐磨性可超过硬铬几倍甚至几十倍，在耐磨性要求较高的场合非常有意义，可显著提高磨损件的使用寿命。 通常采用的第二相粒子均是微米级的，由于颗粒较大，在镀液中的悬浮能力差。采用能产生更好的悬浮性的Si纳米粒子，研究Si纳米粒子的加入量、镀液pH值及镀液温度对Ni-P-Si复合镀层的性能的影响，并进一步研究热处理温度对复合镀层的性能的影响。 电化学沉积 化学镀的基本原理 化学镀是采用金属盐和还原基在同一镀液中进行自催化的氧化还原反应而在固体表面沉积出金属镀层的成膜技术。化学镀镍磷的基本原理是通过镀液中的镍离子还原，同时伴随次亚磷酸盐的分解而产生磷原子进入镀层，形成过饱和的Ni-P固溶体镀层。 H2PO32- + H++ 2[H] Ni2+ + 2[H]----Ni+2H+ H2PO2- + [H]-----H2O + OH- + P 化学镀Ni-P的过程依赖于具有催化活性表面，如沉积金属具有催化活性，当基体被金属镀层完全覆盖时，反应立即停止。而Ni-P化学镀中析出的镍具有催化活性，使还原反应能自发进行，镀膜逐渐增厚形成镀层。 5.2.3 Langmuir-Blodgett膜法 简称L-B膜L-B 膜法 近年来，利用Langmuir 单分子膜和L-B 膜作为模板生成有机/无机纳米复合薄膜已成为当前有序分子膜研究中的热点 。 其一般制备方法是把一端亲水一端疏水的两亲化合物稀溶液，滴铺在水相中，待溶剂挥发后，两亲分子就在水/气界面上形成疏水端朝向空气，亲水端指向水中呈直立状分散排布，因此必须借助机械方法用障板横向挤压，使呈直立状分散排布两亲分子片单元、粘结、堆集成排列有序单分子膜即所谓Langmuir膜。 L-B技术是一种在分子水平上组装有序薄膜材料的技术，L-B 膜界面具有局域化学控制和有序模板效应。 Langmuir-Blodgett膜法 Langmuir 单分子膜的成膜分子一般是有机两亲分子，在气/液界面诱导沉积具有特殊形貌结构和性质的无机纳米颗粒，从而可以制备纳米颗粒紧密组装的有机/无机纳米超晶格复合薄膜。 使Langmuir 膜转移到经过处理的基片上，可借助传统的垂直转移沉积法，即在恒定膜压和拉膜速度下垂直拉起可制备多层Y-型L-B 膜； 亦采用水平接触法，即把基片置于与亚相水面平行位置，缓慢下放基片，使与亚相水面上分子膜刚好接触，则分子膜就被转移吸附到基片上，提升再下降，如此重复操作亦可得到L-B 膜。 Langmuir-Blodgett膜法 人们利用L-B 技术制备了CdS、CdSe、ZnS、CuS、CuxS、PbS、PtS、PdS、Au、Ag、Pt、Fe3O4、Fe2O3、TiO2等纳米粒子，得到了有机/无机纳米复合膜。 5.3 纳米薄膜的性质与应用 1 薄膜的光学特性 (1)蓝移和宽化 纳米颗粒膜，特别是Ⅱ—Ⅵ族半导体CdSXSe1-X，以及Ⅲ-V族半导