納米薄膜材料的制備.ppt

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1、納米薄膜材料的制備方法納米材料由于其特殊的性質，近年來引起人們極大的關注。隨著納米科技的發(fā)展，納米材料的制備方法已日趨成熟。納米技術對21世紀的信息技術、醫(yī)學、環(huán)境、自動化技術及能源科學的發(fā)展有重要影響,對生產(chǎn)力的發(fā)展有重要作用。概述：2按原理可分為：化學方法1.化學氣相沉積(CVD)；2.溶膠-凝膠(Sol-Gel)法；3.電沉積法等。物理方法1.分子束外延法；2.磁控濺射法等?；瘜W氣相沉積法的原理化學氣相沉積是迄今為止氣相法制備納米材料應用最為廣泛的方法，該方法是在一個加熱的襯底上，通過一種或幾種氣態(tài)元素或化合物產(chǎn)生

2、的化學元素反應形成納米材料的過程。它利用揮發(fā)性的金屬化合物的蒸發(fā)，通過化學反應生成所需化合物在保護氣體環(huán)境下快速冷凝，從而制備各類物質的納米微粒。化學氣相沉積法4化學氣相沉積法該法制備的納米微粒顆粒均勻，純度高，粒度小，分散性好，化學反應活性高，工藝可控和連續(xù)，可對整個基體進行沉積等優(yōu)點。此外，化學氣相沉積法因其制備工藝簡單，設備投入少，操作方便，適于大規(guī)模生產(chǎn)而顯示出它的工業(yè)應用前景。因此，化學氣相沉積法成為實現(xiàn)可控合成技術的一種有效途徑?；瘜W氣相沉積法缺點是襯底溫度高。隨著其它相關技術的發(fā)展，由此衍生出來的許多新技術

3、，如金屬有機化學缺陷相沉積、熱絲化學氣相沉積、等離子體輔助化學氣相沉積、等離子體增強化學氣相沉積及激光誘導化學氣相沉積等技術?；瘜W氣相沉積法是納米薄膜材料制備中使用最多的一種工藝，廣泛應用于各種結構材料和功能材料的制備。用化學氣相沉積法可以制備幾乎所有的金屬，氧化物、氮化物、碳化合物、復合氧化物等膜材料。優(yōu)缺點：5溶膠－凝膠法原理溶膠－凝膠法是用易水解的金屬化合物(無機鹽或金屬鹽)在某種溶劑中形成均質溶液，溶質發(fā)生水解反應生成納米級的粒子并形成溶膠，溶膠經(jīng)蒸發(fā)干燥轉變?yōu)槟z(該法為低溫反應過程，允許摻雜大劑量的無機物和有

4、機物)，再經(jīng)干燥、燒結等后處理得到所需的材料，其基本反應有水解反應和聚合反應。溶膠－凝膠法6溶膠－凝膠法可在低溫下制備純度高、粒徑分布均勻、化學活性高的單、多組份混合物,并可制備傳統(tǒng)方法不能或難以制備的產(chǎn)物。溶膠－凝膠法制備的材料具有多孔狀結構，表面積大，有利于在氣敏、濕敏及催化方面的應用，可能會使氣敏、濕敏特性和催化效率大大提高。這種方法得到的粉體均勻分布、分散性好、純度高，且鍛燒溫度低、反應易控制、副反應少、工藝操作簡單。但一般來說，這種方法所用原料成本較高，所制的膜致密性較差，易收縮，開裂，適用范圍不夠廣泛。優(yōu)缺點

5、：7分子束外延法原理分子束外延法是一種在晶體基片上生長高質量的晶體薄膜的新技術。在超高真空條件下，由裝有各種所需組分的爐子加熱而產(chǎn)生的蒸汽，經(jīng)小孔準直后形成的分子束或原子束，直接噴射到適當溫度的單晶基片上，同時控制分子束對襯底掃描，就可使分子或原子按晶體排列一層層地生長在基片上形成薄膜。分子束外延法8分子束外延法的優(yōu)點是：生長溫度底，能把諸如擴散這類不希望出現(xiàn)的熱激活過程減少到最低；生長速率慢，外延層厚度可以精確控制，生長表面或界面可以達到原子級光滑度，因而可以制備極薄的薄膜；超高真空下生長，與濺射方法相比更容易進行單晶

6、薄膜生長，并為在確定條件下進行表面研究和外延生長機理的研究創(chuàng)造了條件；生長的薄膜能保持原來靶材的化學計量比；可以把分析測試設備，如反射式高能電子衍射儀、四極質譜儀等與生長系統(tǒng)相結合以實現(xiàn)薄膜生長的原位監(jiān)測。缺點有襯底選擇、摻雜技術以及其他輔助技術要求較高，激光器效率低，電能消耗較大，投資較大；由于分子束外延設備昂貴而且真空度要求很高，所以要獲得超高真空以及避免蒸發(fā)器中的雜質污染需要大量的液氮，因而提高了日常維持的費用。目前，用這種技術已能制備薄到幾十個原子層的單晶薄膜，以及交替生長不同組分、不同摻雜的薄膜而形成的超薄層量

7、子阱微結構材料。優(yōu)缺點：9磁控濺射原理指電子在電場的作用下，在飛向基片過程中與氬原子發(fā)生碰撞，使其電離產(chǎn)生出氬離子和新的電子；新電子飛向基片，氬離子在電場作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，使靶材料發(fā)生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子或分子沉積在基片上形成薄膜，而產(chǎn)生的二次電子會受到電場和磁場作用，產(chǎn)生E×B所指的方向漂移，簡稱E×B漂移，其運動軌跡近似于一條擺線。磁控濺射法10磁控濺射法具有設備簡單，成膜速率高，基片溫度低，膜的粘附性好，鍍膜層與基材的結合力強、鍍膜層致密、均勻，可實現(xiàn)大面積鍍膜等優(yōu)點。目前，磁

8、控濺射是應用最廣泛的一種濺射沉積方法，但是磁控濺射技術在一些工程的應用方面和新出現(xiàn)的技術問題仍需進一步研究。優(yōu)缺點：11