纳米表面工程的基本问题及其进展

[0 0 1]
YSZ yttrium-stabilized ZrO2
[110]
？[1-10]
[1 -1 0]
HREM image of ZnO/YSZ interface along
[1 -1 0] YSZ (a) and [0 0 1]YSZ (b). Moiré
fringes are visible at the boundary between
Al-Mg/10 m NiP or Glass-ceramic 0.78-1.3 mm
The surface of stretched (12%) video tape with DLC-layer with a thickness of 30 nm.
纳米表面工程的基本问题及其进展
纳米多层叠膜
叠层膜是广义上的金属超晶格，表现出不同于 各组元也不同于均匀混合态薄膜的异常力学、电、 光、磁等性能。在表面强化、功能化及超精度加工 等领域具有极大的潜力。
3-1 表面纳米超薄膜
零磨损、超滑：DLC、Ni-P非晶膜、a-C、LB润滑膜； 功能膜：光-电、压-电、磁性膜、IC chips、….。
1. 纳米单层膜
2. 纳米多层叠膜
3. 有序分子膜
纳米表面工程的基本问题及其进展
纳米单层膜
InGaAs-InAlAs多层膜有准三维向准二维转变中的线性吸收谱 图。图中曲线上所标纳数米表字面为工程I的n基G本a问A题s膜及其的进展厚度。
表面工程是将材料的表面与基体一起作为一 个系统进行设计，利用各种表面技术，使材料的 表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系 统工程。
纳米表面工程的基本问题及其进展
表面改性技术
表面 工程
涂、镀层技术
薄膜技术
其它
纳米表面工程的基本问题及其进展
一、 纳米表面工程产生的背景
随着纳米科技的发展，微机电系统的设计、制造日 益增多，制造技术以由亚微米层次进入到原子、分子级 的纳米层次。纳米机器人、纳米钳、纳米电机、……， 此类机电系统涉及到大量的表面科学表面技术问题，且 随着尺寸减小和表面效应的出现，传统的的表面设计和 加工方法以不再适应。
纳米表面工程的 基本问题及其进展
Fundament and Progress of Nano-surface Technology
纳米表面工程的基本问题及其进展
主要内容
纳米表面工程产生的背景 纳米表面工程的内涵和特点 纳米表面工程的最新进展 纳米表面工程中的科学问题
纳米表面工程的基本问题及其进展
什么是表面工程
ZnO, respectively. An intermediate layer is
与传统的表面工程相比，其特点是：取决于基体性 能的因素被弱化，表面处理、改性和功能化的自由度扩 大，表面加工技术的作用更加突出，产品的附加值更高。
纳米表面工程的基本问题及其进展
三、 纳米表面工程的最新进展
• 表面纳米超薄膜 • 纳米涂、镀层 • 表面纳米化 • 表面超微图形 • 超光滑表面
纳米表面工程的基本问题及其进展
纳米表面工程的基本问题及其进展
功能薄膜材料研究室
DLC coated a magnetic thin-film disk
The surface of stretched (12%) video tape without DLC-layer.
Liquid lubricant 1-2 nm
DLC 10-30 nm Magnetwenku.baidu.comc coating 25-75 nm
HFCVD
DC
PECVD
RF
MW
LECVD
ECR
Films of 2D-n single layer
Ti(N, C, CN) (V, Al, Nb)N Ni-Cu alloys Al2O3, SiC Cu, Ni, Al, Ag, Au, Diam., DLC b-C3N4: E = 349 GPa
什么是“纳米表面”
纳米量级厚度的薄膜: 2D-n 表面含有纳米颗粒与原子团族: 2D + 0D-n 表面含有纳米碳管: 2D + 1D-n 复合纳米表面: (2D + 0D-n)n, 2D-n + 1D-n, …
纳米表面工程的基本问题及其进展
纳米表面工程是通过特定的加工技术赋予材料以纳 米表面、使表面纳米结构化，从而使材料的表面得以强 化、改性或赋予表面新功能的系统工程。产生机敏表面、 纳米智能表面和表面纳米器件。 （潜艇蒙皮、坦克外壳）
Cu/Ni, Cu/Pd, Cu/Al, Ni/Mo, TiN/VN, TiC/W, TiN/AlN, ZnO/YSZ/ZnO/YSZ/ZnO, ….
纳米表面工程的基本问题及其进展
The solid-phase intergrowth (SPI) process
YSZ (yttrium-stabiliz纳ed米表Z面rO工程2)的b基ic本r问y题st及a其l Z进展nO/YSZ/ZnO/YSZ/ZnO internal films.−V. Roddatis, Journal of Crystal Growth 220 (2000) 515-521.
ZnO grains. Stacking faults are indicated
with arrows. Doubling in YSZ lattice is
shown with white arrowheads. A and B
[110]
areas show normal and oxygen deficient
真空
纳米固体薄膜制备技术 蒸发
电阻加热 感应加热 电子束加热 激光加热
溶胶-凝胶法 电镀法
物理气相沉积 （PVD）
溅射 沉积
直流溅射 射频溅射 磁控溅射 离子束溅射
气相沉积
分子束外延 （MBE）
离子镀
直流二极型离子镀 射频放电离子镀
化学气相沉积 （CVD）
热壁 冷壁
纳米表面工程的基本问题及其进展
等离子体离子镀
要求材料在特殊情况，如超高温/低温、超高压、高
真空、强氧化还原或腐蚀环境以及存在辐射、声吸收、
信号屏蔽、承受点载荷等条件下服役的情况越来越多，
由于纳米材料在力、电、声、光、热、磁方面表现出与
宏观材料不同的特性。因此传统材料表面纳米化显得特
别重要。
纳米表面工程的基本问题及其进展
二、 纳米表面工程的内涵和特点