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1、第八章第八章 纳米薄膜纳米薄膜(nanofilm)的制的制备备 n纳米薄膜分两类，一是由纳米粒子组成的(或堆砌而成的薄膜)，另一类薄膜是指纳米粒子镶嵌(embedded)在另一种基体材料中的颗粒膜，即在纳米粒子间有较多的孔隙或无序原子或其它类材料n纳米薄膜在光学、电学、催化、气敏等方面具有很多特性，因此具有广阔的应用前景 (1)纳米薄膜的制备方法 n()液相法 (a)溶胶-凝胶法该方法制备纳米薄膜的基本步骤如下：首先用金属无机盐或有机金属化合物制备溶胶，然后将衬底(如SiO2玻璃衬底等)浸入溶胶后以一定速度进行提拉，结果溶胶附着在衬底上，经一定温加热后即得到纳米微粒的膜膜的厚度控制可通过提拉次
2、数来控制。 n(b)电沉积法一般-族半导体薄膜可用此法制备。 (1)纳米薄膜的制备方法n()气相法n(a)高速超微粒子沉积法(气体沉积法)n基本原理是：用蒸发或溅射等方法获得超微粒子，用一定气压的惰性气体作载流气体，通过喷嘴，在基板上沉积成膜 (a)高速超微粒子沉积法 n美国喷气制造公司采用该工艺成功地制备出纳米多层膜，陶瓷-有机膜、颗粒膜等右图是他们采用气体沉积法中的多喷嘴，转动衬底制备微粒的示意图。 (a)高速超微粒子沉积法n日本真空冶金公司的Seichio Kashu等人用的设备如右图所示他们用此方法制备了各种金属纳米薄膜 (b)直接沉积法 n是当前制备纳米薄膜普遍采用的方法，n基本原理
3、：把纳米粒子直接沉淀在低温基片上n制备方法主要有三种：惰性气体蒸发法、等离子溅射法和辉光放电等离子诱导化学气相沉积法n基片的位置、气体的压强、沉淀速率和基片温度是影响纳米膜质量的重要因素()金属-非金属纳米复合膜的制备 n当 C2H5+/Ar+10-2时 ，只获得组成基本上为金属的纳米粒子膜；C2H5+/Ar+=10-110-2时，可获得不同金属颗粒含量的膜 。（美国IBM公司）体积分数(volume fraction)变化 ()铜-高聚物纳米镶嵌膜的制备 n这种镶嵌膜(embadded film)是把金属纳米粒子镶嵌在高聚物的基体中n其装置的示意图如右图所示 (c)气相法制备纳米薄膜的几个主
4、要影响因素 n()衬底(基片)的影响(包括衬底材质的选择和温度的影响) n()制备方法的影响n 方法膜生长初期的结构晶格常数()蒸发法fcc3.68离子束法fcc4.02磁控溅射法bcc3.32电子回旋共振等离子溅射法fcc4.08表表9-3 四种不同沉积法得的四种不同沉积法得的Ti纳米膜的结构纳米膜的结构(2)纳米颗粒膜和多层膜 n颗粒膜是一类具有广泛应用前景的人工材料其特性随膜的组成、工艺条件等参量的变化而变化，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 (2)纳米颗粒膜和多层膜n目前研究较为集中的颗粒膜大体有以下三类：n ()金属微粒绝缘体薄膜(例如：Fe-SiO2薄膜)；n (
5、)金属微粒半导体薄膜(例如：Ag-Cs2O薄膜);n (iii)半导体微粒绝缘体薄膜(例如：CdTe-SiO2)薄膜.(a)光学特性 n()蓝移和宽化n纳米颗粒膜，特别是族半导体CdSxSe1-x以及V族半导体GaAs的颗粒膜都观察到光吸收带边的蓝移和带的宽化现象 n()光 的 线 性 (linear)与 非 线 性(nonlinear) ()光的线性与非线性n光学线性效应是指介质在光波场(红外、可见、紫外以及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的一次方成正比的现象 (b)电学特性 n二维膜具有平面的宏观尺寸, 不象零维纳米颗粒一样没有宏观的可测量量,与三维纳米块体相比又具
6、有简单性,因此便于研究纳米薄膜电学性质。 第九章 超微粉涂层材料 (Superfine powder coating materials)n超微粉材料的主要应用是将超微粉材料与表面技术结合起来，形成表面涂层，对基体材料进行改性和赋予基体新的功能。n从材料的整体性能出发来追求功能化往往受到限制，所以更多关注的是材料的表面特性。n材料表面改性及涂层技术已成为材料科学的一个重要分支。随着陶瓷、高分子和复合材料、新型功能材料的发展，加上材料表面处理技术的进步，表面工程有望作为一门独立的学科而发展。 超微粉涂层材料的优越性n超微粉与表面涂层技术结合，形成了含有超微粉的表面涂层材料(Ultra-Fine
7、Powder Coating)。n超细粉末涂层材料包括金属、无机非金属、高分子材料和复合材料等，经过沉积、喷涂和镀覆等手段实施，可以将不同性质、不同尺度的材料组合起来，使其表面机械、物理和化学性能得到提高，赋予基体表面新的力学、热学、光学、电磁学和催化敏感等功能，达到表面改性与功能化的目标。超微粉涂层材料的特点n(1)涂层材料的组成范围很宽 ;n(2)超微粉的尺度涵盖了微米、亚微米到纳米级范围（上限在1-2m） ;n (3)超微粉涂层材料用于的基体材料也是多种多样 ;n (4)涂层材料在结构上可以是单层或者是多层 ;n (5)超微粉涂层材料可以运用传统的表面处理技术手段实现 .9.2 超微粉涂
8、层材料的种类 n超微粉涂层材料的种类广泛，包括金属超微粉、陶瓷超微粉，以及金属-陶瓷复合或者多元复合陶瓷超微粉，除自身形成涂层材料外，还可以与金属及合金、无机材料、树脂等高分子材料基体结合，制备出复合材料涂层。金属及合金超微粉涂层材料n采用电解、还原、喷雾等方法，生产出金属及合金超微粉，然后作为单独的金属(合金)涂层、金属复合涂层或金属基复合涂层。 金属及合金超微粉涂层材料n几种不同的金属以一定的包覆形式，形成金属复合超微粉涂层材料，如镍包铝、铝包镍等。复合超微粉根据粉体的结构形式分为包覆型和非包覆(即混合方式)型，包覆型又存在完全包覆和部分包覆，如下图所示。 无机非金属材料与陶瓷超微粉涂层材料 n 1氧化物材料涂层:具有熔点高、耐高温，抗氧化、热导率低、硬度高、耐磨、化学稳定性高、抗蚀、电绝缘等优良特性。n2碳化物材料涂层 n3、其他涂层材料 n 4金属陶瓷复合材料涂层 塑料与高分子复合材料涂层 n在树脂中加入填充材料二氧化钴、二氧化硅等，随着涂层喷涂固化，超微粉粒子起到强化、增韧等作用，复合材料则产生出良好的力学和其他功能特性。
