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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划陶瓷薄膜材料陶瓷材料膜的现状与前景摘要：陶瓷膜又称无机陶瓷膜，是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜。陶瓷膜管壁密布微孔，在压力作用下，原料液在膜管内或膜外侧流动，小分子物质透过膜，大分子物质被膜截留，从而达到分离、浓缩、纯化和环保等目的。关键词：纳米陶瓷膜一、前言陶瓷材料作为全球材料业的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是由于存在脆性、均匀性差、可靠性低、韧性、强度较差等的缺陷，因而使其应用受到了一定的限制。随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，
2、它克服了陶瓷材料的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁光学等性能产生重要影响，为陶瓷材料的应用开拓了新领域使陶瓷材料跨入了一个新的历史时期。纳米陶瓷膜便是纳米陶瓷材料的大家庭中的一种，其产生于21世纪初，具有分离效率高、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、膜再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、膜使用寿命长等众多优势，并且对GPS信号无任何屏蔽作用。纳米陶瓷隔热膜是21世纪的航天领域高科技产品，该产品起先应用于美国军事、航空、航天领域。二、正文1.纳米陶瓷膜简介及研发历史陶瓷膜技术是膜技术中的翘楚，但20世纪80年代发达国家已在广泛应用时
3、，中国在此领域却还是一片空白。十几年过去了，依靠自主创新，中国陶瓷膜技术从无到有，不仅打破了国外的封锁与垄断，还达到了国际领先水平。膜是一种高分子化学材料，它有无数个只能用微米甚至纳米计算的小孔，既有分离、浓缩、净化和脱盐功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤等特征。膜技术发明之后便广泛运用于食品加工、水质净化、环境治理、制药工业、化工与石油化工等领域，用来实现产品的净化分离。陶瓷膜就是由经过高温烧结的陶瓷材料制成的分离膜。由于具有独特的耐性，其一进入市场便成为膜领域发展最为迅速、也最有发展前景的品种之一。到1989年底，南京工业大学徐南平院士才开始了在陶瓷膜领域的艰难探索。经过二十多年的不懈
4、奋斗与努力，中国在陶瓷膜领域不仅打破了西方的封锁与垄断，而且依靠自主创新达到了国际先进水平。薄膜材料综述科技的发展对材料的要求越来越高，一种新材料的问世对社会的影响将非常巨大考虑到新材料的获得一般都不太容易，而且其价格不菲，由此，研究附着在基体表面的薄膜材料就很有意义薄膜材料可以看成表面材料，一般都非常薄，因此，薄膜材料的制备及其表征方法与材料表面研究有着非常密切的联系.薄膜材料不仅具有优越的力学、热学等性能，而且还具有光电、压电、磁性等特定功能，并且成本较低，所以广泛应用于生产和生活中按其性能和实际用途划分，可分为结构薄膜材料和功能薄膜材料结构薄膜结构薄膜材料在材料应用中非常重要，它可以提高
5、材料的力学性能、减轻材料的质量、减少成本等其主要有高温合金薄膜、陶瓷薄膜、准晶薄膜等其中高温合金薄膜主要应用于汽轮机及航天发动机的涡轮叶片的涂层；陶瓷薄膜主要用作大容量的薄膜电容器、超导体、固液分离膜等；准晶薄膜由于具有高硬度、低摩擦因数、低热导率、低电导率、抗氧化、耐腐蚀及特殊的光学性能而被应用于不粘锅涂层、热障和热防护涂层、太阳能选择吸收器等方面功能薄膜功能薄膜材料是广泛应用于国民经济、军事工业等领域的基础材料，具有重要的应用和基础研究价值主要有光学薄膜、电极薄膜、磁性薄膜等其中，光学薄膜主要用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器，如反射膜、增透膜、滤光膜、光学保护膜、偏振膜、分光膜和
6、位相膜等；电极薄膜主要应用于太阳能电池及透明导电氧化物(TCO)薄膜；磁性薄膜一般按材料性质分为金属和非金属磁膜材料，按材料组织状态分为非晶、多层调制和微晶磁膜材料磁膜材料广泛用于制造计算机存储，光通信中的磁光调制器、光隔离器和光环行器等；也用作磁记录薄膜介质、薄膜磁头和磁光记录盘等薄膜制备薄膜的制备方法很多，原理也有所不同，归纳起来，常见的薄膜制备方式主要有两种，物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，PVD)和等离子体化学气相沉积(PlasmaChemicalVaporDeposition，PCVD)其中物理气相沉积主要有3种常见的方法：磁控溅射镀膜、离子束溅射镀膜和
7、脉冲激光沉积镀膜(PulsedLaserDeposition，PLD)以往薄膜制备主要采用PCVD方法，但此方法对于反应器工件的清洁度要求比较高，制备的薄膜表面比较粗糙另外，由于是化学方法镀膜，对环境的污染比较大相比之下，近年来兴起的PVD方法，综合性能比较好，所以目前薄膜制备更多采用的是PVD方法脉冲激光沉积镀膜PLD技术是将高能量的脉冲激光束聚焦作用于靶材表面，使靶材瞬间在真空中蒸发，从而在衬底上沉积成膜的一种镀膜技术特别适用于制备合金及化合物薄膜，即使靶材中不同组元有不同的蒸汽压，蒸发时也不会发生组分偏离镀膜需要在真空下完成，通过PLD方法制得的薄膜成分与靶材成分基本一致，所以薄膜成分易
8、控制，无需退火等苛刻条件，即可得到性能良好的薄膜，降低了制备的难度与成本磁控溅射镀膜磁控溅射镀膜主要有直流溅射镀膜和射频溅射镀膜两种，直流溅射镀膜只适合于金属，而射频溅射镀膜对金属和非金属都适用磁控溅射的基本原理是：系统抽到高真空后，充入惰性气体(一般为氩气)，在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电放电产生的正离子在电场作用下，高速轰击靶材，受碰撞后从靶面逸出的靶原子称为溅射原子，其能量在一至几十电子伏范围溅射原子在基片表面沉积成膜通过增加磁场控制溅射原子的路径，可大大提高沉积速率，提高镀膜的效率由于在靶材表面建立与电场正交磁场，解决了二极溅射沉积速率低，等离子体离化率低等问题，是目
9、前镀膜工业的主要方法之一磁控溅射与其他镀膜技术相比具有如下特点：可制备成靶的材料范围广，几乎所有金属、合金和陶瓷材料都可以制成靶材；在适当条件下，多元靶材共溅射方式，可沉积配比精确恒定的合金；在溅射的放电气氛中加入氧、氮或其他活性气体，可沉积形成靶材物质与气体分子的化合物薄膜；通过精确地控制溅射镀膜过程，容易获得均匀的高精度的膜厚；通过离子溅射靶材料物质由固态直接转变为等离子态，溅射靶的安装不受限制，适合于大容积镀膜室多靶布置设计；溅射镀膜具有速度快、膜层致密、附着性好等特点，很适合于大批量、高效率的工业生产离子束溅射镀膜离子束溅射镀膜(IonBeamSputterDeposition，IBS
10、D)是PVD的一种，其原理是通过一个大功率的离子源产生高能的离子束轰击靶材，使固体原子或分子射出到达基板表面，实现膜料的沉积与传统的电子束蒸发技术相比，离子束溅射沉积粒子的动能更大，一般为10eV以上，是电子束蒸发方法的几十倍因此制备的薄膜十分致密，不易形成柱状结构，具有损耗小、稳定性高、抗激光损伤性能较好等优点同时离子束溅射的离子束能量和束流可精确控制，因而工艺稳定，可重复性好，是制备高质量光学薄膜的一种重要手段在激光技术、光通信技术的发展中，发挥了重要的作用，在其他领域，也具有广阔的应用前景离子束溅射镀膜实际上是真空蒸发镀膜和反应磁控溅射镀膜的结合，也是在高真空腔内完成镀膜的但与磁控溅射不
11、同的是其基体在阴极，靶材在阳极，蒸发出来的靶材分子在通过等离子区时发生电离，正离子在电场作用下迅速打到基体表面，实现镀膜薄膜的分析表征方法表面分析技术是研究材料表面的化学组分、形貌、原子结构、键和状态(电子态和原子态)等信息的实验技术按所得的信息分类，表面分析技术有组分分析、结构分析、形貌分析和表面键合状态分析等由于固体材料的表面极易从周围吸附气体分子，所以表面分析仪器也要求比较高的真空度表面组分分析目前许多物理、化学方法都可以用来分析材料表面的化学成分，但往往只能得到材料的平均化学成分，无法获知表面特征微区的化学组成电子或场离子显微术及扫描探针显微术，虽然可以提供微观形貌、结构等信息，却无法
12、直接测定化学组成而显微电子能谱则是特征微区成分分析的有力工具，它可以直接测量材料的微结构或微小区域中元素组分和化学态及其分布X线光电子能谱分析X线光电子能谱分析(X-rayPhotoelectronSpectroscopy，XPS)是利用x线源产生很强的x线轰击样品，从样品中激发出电子，并将其引入能量分析器，探测经过能量分析的电子，做出x线对能量的分布图它可以用于区分非金属原子的化学状态和金属的氧化状态，所以又称为化学分析光电子能谱仪(ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis，ESCA)俄歇电子能谱分析俄歇电子能谱分析(AugerElectronSpect
13、roscopy，AES)是利用入射电子束使原子内层能级电离，产生无辐射俄歇跃迁其原理是：当内层电缺位时出现一个空位，使整个原子体系处于不稳定的激发态，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态，这个过程称为弛豫过程弛豫过程既可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃迁当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，称为俄歇效应，亦称次级光电效应或无辐射效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子俄歇电子逃逸到真空中，用电子能谱仪在真空中对其进行探测，对探测结果进行分析便可确定组分能量色散X线分析能量色散X线分析也称EDX或EDS，主要应用于材料表面的微区成分分析它的能
14、量具有特征性，与入射辐射的能量无关当较外层的电子跃人内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，便产生X线荧光，其能量等于两个能级之间的能量差因此，X线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系EDXA工作时温度一般比较高，所以一般都在液氮的冷却下进行分析表面结构分析物质结构分析最常用的方法是X线衍射分析(xRayDiffraction，XRD)E15X线衍射分析是一种微米级的表层分析，通过对材料进行X线衍射，分析其衍射图谱，可获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构、形态等信息目前x线衍射(包括散射)已经成为研究晶体物质和某些非晶态物质微观结构的有效方法，在金属中的应用
15、主要有物相分析和点阵参数测定两个方面表面形貌分析材料表面形貌包括表面宏观形貌和显微组织形貌由于受光学显微镜分辨率的限制，表面形貌分析已大量使用现代化的分析手段扫描电子显微镜扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope，sEM)是当极细电子束在样品表面作光栅状扫描时，利用扫描产生的二次电子或背散射电子量来调制同步扫描的成像显像管电子枪的栅极而成像的，反映的是样品表面形貌扫描电子显微镜的优点是景深大，样品制备简单，对于导电材料，可直接放人样品室进行分析，对于导电性差或绝缘的样品则需要喷镀导电层。透射电子显微镜透射电子显微镜(TransmissionElectronMicroscope，TEM)是一种用高能电子束作光源，用电磁透镜作放大镜的大型电子光学仪器，其工作原理类似于透镜的成像过程因为电子束的穿透能力一般不高，所以对样品的厚度有严格的要求，必须把样品制成薄膜才能有比较理想的观测结果，从而进行显微组织的形貌分析或显微区域的结构分析上面两种方法是实验室中常见的材料表面形貌的分析方法分析结果生成二维的表面图像，若需要显示出三维的表面图像，则必须使用扫描探针显微镜(ScanningProbe-Microscope，SPM)，如扫描隧道显微镜_18(ScanningTu
