摘要 对于金属块体材料，电磁波的大部分能量在金属的几何表面 被反射回去，其透射忽略不计然而对于纳米金属薄膜，其尺寸 小于穿透深度或与之相当，穿透效应变得十分显著， 成了主流效 应因此，无论从基础研究还是从实际应用的角度来讲，研究金 属纳米薄膜对光的反射、透射效应都是十分重要的本论文研究 了金属纳米铜薄的在可见红外范围内的反射、透射和吸收随薄膜 厚度的变化情况;在可见光范围内，不同厚度的反射、透射和吸 收随波长的变化情况;并研究了铜的光学系数在可见红外范围内 的色散关系得到以下主要结果: ( 1) 有效介质理论中的 M axwel l 一G a m net 理论适合于用来研究 纯金属 ( 非磁性)薄膜的光学性质而B R理论不适合 ( 2) 在可见光范围内， 随着薄膜厚度的增加反射增加， 透射减小， ( 3 )铜薄膜的消光系数随着金属颗粒尺寸的减小，峰位出现红 移 Ab s tra C t Mo s t o f e l e ctro m a g n et i c w ave ar e r e fl e c t e d 妙 th e s u r fa c e o f t h e m et a l b u l k m at e r i a l ， and t h e t r a n s m i s s i o n c anb e n e g l e c t e d . H o w e v e r ， i n the n ano m e t erm以 a l fi l m， tr a n s m i s s i o n wi l l b e c o me n o t a b l e i n c a s e o f fi l ms i z e i s s m a l l e r t h ano r e q u a l t o th e s k i n d e P th ， T h e r e fo r e ， fo r b a s i ct h e o ry s tu 勿 a n daPP l i c at i o n ， i ti sn e c e s s a ry t ostudy the r e fl e c t i o n a n d tr ans m i s s i o n o f n ano m 以 e r m e t a l fi l m. I n thi s the s i s ， w e i nve s t i g at e dt h e r e fi e c t i o n ， tran s m i s s i o n叭dabs o r P t i o ndeP e n d e n c e o nth i c kne s s o f t h e u l t r 卜 th inc o P P e r fi l mi nv i s i b l e 一 i nfrar e dr e g i o n ， d e P e n d e n c eo nth ew avel e n gt hi nv i s i b l ere g i o n ， andth eo P ti c a l c o e ffic i e ntd e P e n d e n c e o n th e w ave l e n g t 11 i n v i s i b l e 一 i n fr a r e d r e g i o n . T h e ma i nr e s u l t s ares h o wn : ( 1 ) Maxwel 卜G arnn ett h e o ryr at h e r th a nB Rt h e o ryw asfi tt i n gt o s tu dyt h e o P t i c a l P r o P e rt i e s o f m e t a l ( n o n 一 m agn e t i c ) fi l m . ( 2 ) I nth ev i s ib l er e g i o n ， th e r e fl e c t i o ni n c re a s e da n dt r ans m i s s i o n d e c r e a s e d 侧t h the w a v e l e n g t h b e c o m i n g l ar g e r ( 3 ) T h e P e akP o s i t i o n o f e xt i n c t i o nc o e ffic i e n t was r e d 一 s h i fta l o n g w i tht h e P a rt i c l e s i z e r e d u c i n g . 原 创 性 声 明 本人郑重声明:本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行 研究所取得的 成果。
学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、 数据、观点等，均己明确注明出处除文中已 经注明引用的内容外，不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果对本文的研究成 果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明 本声明的法律责任由本人承担 论 文 作 者 签 名 : 刻、 可泊日 期 :夕 ‘ 、 又 : 么 公 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰 州大学本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学 校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被 查阅和借阅;本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文本 人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 第一署名单位仍然为兰州大学 保密论文在解密后应遵守此规定 论 文 作 者 签 名: 加、 可 劳 导 师 签 名 尸 洲分- 〕 : 俩忱 咬 、期 : 遍获 多 孙 可 为名 页州 匕学 位 论 文 第一章绪 论 号 L l 金属纳 米薄膜的 特点 上个世纪七十年代初，K ohle : 在纳米多层增强和E s aki 及Tsu 在超晶格 两方面的理论及实验研究的结果， 揭示了 纳米多层结构造成的许多特异的性 能， 成为纳米科学技术的开端。
随后， 这种研究逐步扩展到纳米粒子、 介孔、 纳米纤维、 纳米管、 纳米薄膜、 纳米晶材料、纳米相材料、 介孔体、 磁流体、 电流变体等多种低维组元及纳米复合结构， 内 掀起纳米材料和纳米科学技术的 研究热潮 并于八十年代中叶， 在世界范围 纳米科技被誉为 21 的前沿， 一切高技术和传统产业进一步发展的技术关键甚至提出 技的发展将导致新一轮工业革命 世纪科技 ，纳米科 纳米尺度的范围通常定义为 1 一 I O 0nm左右由于表面效应、体积效应、 经 典 尺寸 效应、 量子 尺寸效 应[l ’2] ， 低维 组元和纳 米结 构具有不同 于常 规固 体 的新的特性 原来是良 导体的金属，当尺寸减小到纳米尺度范围时， 其电导 率就会减少到半导体甚至绝缘体范围; 原来是典型共价键无极性的绝缘体， 当 尺寸减小到几个纳米或十几个纳米，即进入纳米状态时， 其电阻率就会大大 下降，失去绝缘体特性;常规固体在一定的条件下其本构特性是稳定的，但 在纳米状态下， 本构特性变成与尺寸相关 不但纳米微粒具有许多独特的性 质， 而且由 其构成的二维薄膜以 及三维固体也表现出 不同于常规块状材料和 薄 膜 的 性 质 13 川 。
金属薄膜作为一种功能材料被广泛应用在电子、信息、 传感器、光学等 领域 通常可采用共蒸发、共溅射和反应离子镀的工艺制备金属薄膜由于 组成成分、 各成分间的比 例以及工艺条件等参数的变化都对膜的特性有显著 的影响， 因此可以在较多自由 度的 情况下人为地控制复合膜的特性 人们采 用各种物理化学方法先后制备了一系列金属/ 绝缘体、金属/ 半导体、金属/ 高 分子等纳米复合薄膜， 当小颗粒尺寸进入纳米量级时，它的微观结构和性 能既不同于原子、 分子的 微观体系， 也不同于显示本征性质的大颗粒材料宏 观体系 15] 其本身和由 它构成的 纳米固 体主要具有如下三个方面的 效应一表 面( 界 面) 效应、 体积效应、量子尺寸效应， 并由 此派生出 传统固体不具备的 许多特殊性质 孙 . 可 为硕 士 学 位 论 文 纳米金属薄膜是由 大量纳米金属颗粒组成， 它的微观结构和性能既不同 于单个纳 米金 属颗粒， 也 不同 于 纳 米金 属 颗粒的 性能叠 加15- 7 〕 对于 金 属 / 绝 缘体型颗粒膜，当金属体积分数远小于绝缘体时， 金属组元以微颗粒形式镶 于金属膜中， 其导电性为绝缘体型。
当二者比例相当时，即金属体积分数约 为 .5 一 住 6 左右， 将产生导电 性由 绝缘体向 金属过渡， 在物理上称为渗流现象， 此时金属组元与绝缘体组元在颗粒膜内互成网络状的微结构 金属微粒继续 增加，薄膜才表现出导体特征 美国军队实验室 用溶胶一 凝胶技术和氯化银还原法制备A g 与51 0 2 纳米 复合材料，纳米A g 粒子均匀分布在51 o 2 基体中，这种纳米复合材料具有高 介电 常数，I k-FIZ下介电常数达5 o 0 0 ，远大于常规5 1 o 2 的介电常数， 在一 1 00 ℃左右其介电常数更高 舒 .2金 属 薄 膜的 应 用领 域 随着器件的微型化，金属薄膜与金属、半导体、绝缘体、有机高分子等 材料组合成金属/ 半导体、 金属/ 绝缘体、 金属/ 金属、半导体/ 金属等形式，被 广泛应用到微电子、传感器、印刷电路板、集成电路、光学、隐身结构中 由 金 属薄 膜组 成的 具有 超晶 格 特性的 纳 米多 层叠 加 膜， 如c u 入i，Cu 用 d ， c u/ A I ， N i 侧等表现出超模量、超硬度特性、巨磁阻效应，以 及其它光、 机、电、 耐磨等方面的独特性能。
香港科技大学利用复合材料研制出 一种超薄防护膜， 可以 有效吸收90% 由移动释放的辐射， 从而减低其对人体的危害其中重要的组成部分为 超薄金属薄膜 美国在 1 9 91年历时42天的海湾战争中执行任务飞机达12 70架次，伊 军95% 的重要军事目 标被毁， 而美战机无一架受损， 一个重要原因 是美军战 机机具有雷达隐身性能，除结构的隐身设计外，隐身材料起到重要作用四 另外， 纳米金属薄膜还被广泛应用在纳米多层膜X射线反射镜、 纳米磁性多 层膜器件、集成电路中元件互连、光学过滤及增透器件、透明导电膜、吸收 电磁波多层膜结构等器件和设备中 肚.3金属薄膜的 光、电 性质 研究 现状及发展趋势 纳米金属薄膜在实践中的应用来源于大量基础研究的成果 近一个世纪 孙 包. 为硒工 士 学 亡 立 论 文 来对纳米金属薄膜的探索主要集中在其电学、 磁学及光学特性上 纳米金属 薄膜的电导率具有尺寸效应， 即由于表面和界面的存在破坏了晶体三维对称 性， 使薄膜电 导率 不再 保持块 体金 属的电导 率 F uc h[sl与 s on d he imer [9] 利 用 镜面反射系数描述表面对电子的散射，提出了描述薄膜电导率尺寸效应的 F 一 5 模型。
但此 模型 缺乏晶界 对电 子散 射作用的 考虑 M ay ad as和s ha tz k es 在F 一 5 模型基础上考虑晶界散射对薄膜电导率的影响并引入一维梳状势垒模 型， 提出了 著 名的M 一 5 模型 [l “ 1 . Lenk及M ak a ro vll’ 〕等人 分析了 表 面 粗糙 度 对 薄 膜电 导率的 影响 M .H au de : 等人 [ ， 刀 通过 探讨薄 膜中电 子自 由 程变化 分 析 电 导 率 尺 寸 效 应 s h en g 等 人 11 ’ ]引 入 依 赖 角 度的 镜 面 参 数 进 一 步 深 化。