金属超薄膜的制备及其性能研究
NiO薄膜制备及特性研究
关键词：Ｎ１０射频磁控溅射薄膜
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
ＮｉＯ ｉｓ
ａ
ｐ－ｔｙｐｅ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｉｖｅ ｏｘｉｄｅ、加ｔ１１ ｔｙｐｉｃａｌ ３ｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｓｌｍｃｌ胝．Ｉｔｓ ｗｉｄｅ
ｆｉｅｌｄｓ，ｓｕｃｈ
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ｂａｎｄ—ｇａｐ
ｅｎｅｒｇｙ
ｒａｎｇｅ
ｆｒｏｍ
３．０・４．０ｅＶ．Ｉｔ
下的电阻率在１０—７Ｑｍ数量级，广泛地应用于平面显示器件，太阳能电池，反射热镜，
气体敏感器件，特殊功能窗口涂层及其他光电子，微电子，真空电子器件等领域。氧 化物薄膜（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ
Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ
Ｏｘｉｄｅ，ＴＣＯ）中的导电透明薄膜种类很多，多数
为氧化锡（ＳｎＯ：）、氧化铟（Ｉｎ：０。）、ＺｎＯ、ＮｉＯ及其掺杂体系。 当今普遍研究和使用的ＴＣＯ薄膜是ｎ型的。缺少Ｐ型半导体ＴＣＯ薄膜材料，因而
ａｎｄ
ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＮｉＯ
ＲＦ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ
Ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ
长春理工大学硕士（或搏士）学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的硕±学位论文，《ＮｉＯ薄膜制备及特性研究》是本 人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声稿的法律结果由本人承担。
电子系统，就会使对方的通信，雷达等电子信号失灵，造成一定程度上的指挥瘫痪。
利用ＴＣＯ薄膜对微波的衰减性，在重要的军用信号接收仪器（计算机，雷达）的屏蔽
超薄金属透明导电膜及其应用研究进展
MATERIALS REPORTS
2019 ,VoI.33, No.6 www. mater-rep. com
超薄金属透明导电膜及其应用研究进展
中国地质大学材料科学与化学工程学院
ZnO薄膜的制备及应用研究进展胡国华，陈建平（中国地质大学（武汉）材料科学与化学工程学院，武汉430074）摘要ZnO作为一种新型的宽禁带半导体材料，具有很好的化学稳定性和热稳定性,抗辐射损伤能力强，在光电器件、压电器件、表面声波器件等诸多领域有着很好的应用潜力。
本文主要介绍制备ZnO薄膜的技术和方法，并简要的介绍了ZnO薄膜的应用进展。
关键词ZnO薄膜；制备；应用０前言ZnO是一种新型的宽禁带化合物半导体材料，与GaN相比具有相近的晶格常数和禁带宽度，原料廉价易得，而且具有很高的熔点和激子束缚能，以及良好的机电耦合性和较低的电子诱生缺陷。
此外，ZnO薄膜的外延生长温度较低，有利于降低设备成本，抑制固相外扩散，提高薄膜质量，也易于实现掺杂。
ZnO薄膜所具有的这些优异特性，使其在表面声波器件、太阳能电池等诸多领域得到了广泛应用。
随着ZnO光泵浦紫外受激辐射的获得和n型掺杂的实现，ZnO薄膜作为一种新型的光电材料，在紫外探测器、发光二极管、激光二极管、紫外本发明公开了一种制备高质量氧化锌单晶薄膜的方法，其步骤为：对蓝宝石衬底表面进行预处理，修正和控制蓝宝石衬底的原子结构，以实现ZnO薄膜的单极性、单畴生长；然后采用三缓冲层法制备高质量ZnO薄膜，即首先利用蓝宝石氮化法在表面形成单极性AlN超薄层，然后依次沉积3~6nm的MgO岛状层及10~20nm左右的ZnO低温层，最后高温沉积ZnO外延层，实现失配应变的充分释放，得到原子级光滑的高质量ZnO薄膜。
我们提出的制备ZnO薄膜的三缓冲层法，是在公知的两步生长法上引入中间氮化层以及MgO三维岛状层，让由晶格大失配而引起的应变充分释放，从而克服了两步生长法制备ZnO薄膜时，薄膜应变无法完全消除的缺陷。
上述薄膜的RMS粗糙度都在1nm以下，完全满足制作高性能光电子器件的要求。
光探测器、透明电极气敏传感器以及光波导等有着广泛的应用前景[1]。
ZnO晶体为六方纤锌矿结构,六方晶系，空间群为P63m，晶格常数a=0.3246nm、c=0.5203nm[2]，图1和图2是根据文献[2]用Atoms61程序画的结构图。
金属有机框架(MOFs)-PVDF分离膜的制备及性能研究
金属有机框架(MOFs)-PVDF分离膜的制备及性能研究金属-有机框架材料(Metal-organic frameworks,简称MOFs)作为一种新型的多孔无机-有机杂化晶态材料,在存储与分离、传感等领域具有重大的应用前景,并受到广泛的关注。
膜分离技术具有高效、节能、经济等特点,目前被广泛运用于液体分离和净化等方面。
聚偏氟乙烯(PVDF)是一种用于开发耐压型、高性能水处理滤膜的优选材料,已经在微滤、超滤等领域得到了广泛地应用。
目前,关于MOF膜分离的研究还处于起步阶段,将高分子分离膜与MOF结合起来进行液体分离的研究还非常少。
研究表明将MOF与多孔膜进行有效地结合,是提高分离膜渗透和分离性能的有效途径。
所以本论文结合MOF和PVDF分离膜各自的分离特性,以含油废水处理为背景,分别制备了 PVDF/TIF-A1复合膜和PVDF-g-PA:A/ZIF-8复合膜,并对改性前后PVDF膜的形貌和油水分离性能进行了系统研究,具体研究内容如下:(1)通过在铸膜液中加入制备的Zn(ad)(int)·(DMF)(TIF-A1)金属有机框架材料制备了 PVDF/TIF-A1复合膜,系统探究了此晶体含量对膜的表面和断面形貌、表面疏水性的影响,重点考察膜的油水分离性能和稳定性。
结果表明TIF-A1不仅提高了膜的疏水性和通量,对改变膜的孔径系数有非常大的作用,而且赋予了膜良好的油水分离性能,分离正辛烷、异辛烷和正己烷油水乳液后的含油量都达到了 95%以上。
膜的初始接触角上升了 49.9°,从102.2°增加到152.1°,水通量增大了约10倍。
改性后的膜也具有非常好的通量和分离稳定性。
(2)通过物理吸附自由基引发聚合的方法制备了 PVDF-g-PAA接枝改性膜,再通过原位生长法制备了PVDF-g-PAA/ZIF-8复合膜,研究了不同溶剂、原位生长时间对膜制备效果的影响,经过详细对比,得出用甲醇作为溶剂和生长48 h为最佳条件。
磁控溅射金属薄膜的制备
磁控溅射薄膜金属的制备黎明烟台大学环境与材料工程学院山东烟台111E-mail:1111111@摘要: 金属与金属氧化物在气敏、光催化与太阳能电池等方面有着极为重要的应用，通过磁控溅射法制备的金属氧化物薄膜，具有纯度高、致密性好、可控性强、与基底附着性好等优点，因此磁控溅射技术被广泛应用于工业化生产制备大面积、高质量的薄膜。
我们通过磁控溅射法制备了氧化铜纳米线阵列薄膜，并研究了其气敏性质；除此之外，我们还通过磁控溅射法制备了TiO2/WO3复合薄膜，研究了两者之间的电荷传输性质关键词：磁控溅射;气敏性质;光电性质Magnetron sputtering metal film preparationLiMingEnvironmental and Materials Engineering, Yantai UniversityShandong Yantai111E-mail:1111111@Abstract:GAasMetal and metal oxide have important applications in gas-sensing, photocatalyst and photovoltaics, etc. The metal oxide film prepared by magnetron sputtering technique possesses good qualities, such as high purity, good compactness, controllability and excellent adhesion. Therefore magnetron sputtering technique is widely used to prepare large area and high quality films in industrial production. In our work, CuOnanowires (NWs) array films were synthesized by magnetron sputtering. Their gas-sensing properties were also investigated. Except this, WO3/ TiO2nanocomposite films were synthesized by magnetron sputtering and their dynamic charge transport properties were investigated by the transient photovoltage technique. KeyWords :Gmagnetron Sputtering, Photo-electric Properties, Gas-sensing Properties1绪论磁控溅射由于其显著的优点应用日趋广泛，成为工业镀膜生产中最主要的技术之一，相应的溅射技术与也取得了进一步的发展!非平衡磁控溅射改善了沉积室内等离子体的分布，提高了膜层质量；中频和脉冲磁控溅射可有效避免反应溅射时的迟滞现象，消除靶中毒和打弧问题，提高制备化合物薄膜的稳定性和沉积速率；改进的磁控溅射靶的设计可获得较高的靶材利用率；高速溅射和自溅射为溅射镀膜技术开辟了新的应用领域。
磁控溅射薄膜制备技术的研究进展
磁控溅射薄膜制备技术的研究进展随着科技的不断提高和社会的发展，人们对于不同材质和物质的需求也越来越多，其中，薄膜材料制备技术的研究和应用越来越受到人们的关注。
其中，磁控溅射技术是一种非常重要的薄膜制备技术。
本文将会从磁控溅射技术的基础知识开始阐述，然后介绍其在制备薄膜材料方面的应用，包括其在光伏电池、涂层和微电子等领域的应用，同时还会介绍目前该技术的研究进展。
一、磁控溅射技术基础知识磁控溅射技术是一种常用的制备薄膜材料的方法，其工作原理是利用磁场将气体离子化，并用电极收集，在室温下制备有序、均匀和具有特殊性能的薄膜材料。
磁控溅射技术的主要设备包括：磁控溅射源、漩涡感应加热装置、真空泵、控制系统等。
在磁控溅射过程中，首先是将具体材料制成靶材，然后在真空状态下，用磁控溅射源将靶材表面击打，并利用惯性力和离子轰击将靶材表面的材料剥离，并在基底材料表面沉积。
在这个过程中，靶材和基底材料之间需要维持一定的面积距离，这个距离通常被称为工艺距离。
二、磁控溅射在制备薄膜材料中的应用1. 光伏电池磁控溅射技术在制备光伏电池方面具有很大的优势，由于制备过程简单、成本低，而且可制成高效的薄膜太阳能电池。
其中，硅薄膜太阳能电池和铜铟镓硒太阳能电池都是由磁控溅射技术制备而成。
2. 涂层利用磁控溅射技术可以制备出高质量的涂层，比如氟碳树鄂聚合物、氮化钛等，这些涂层在汽车行业、航空航天领域和建筑等重要领域中具有广泛的应用。
3. 微电子利用磁控溅射技术可以实现微电子器件的制作，比如制备磁性材料、超导材料、非晶硅等，这些材料在微电子制造领域中具有广泛的应用。
三、磁控溅射技术的研究进展1. 强化膜金属纳米颗粒的制备强化膜金属纳米颗粒是一种新型的材料，可以在催化反应、生物传感和能量转换等领域中应用。
磁控溅射技术可用于合成含有金属纳米颗粒的强化膜材料，具有控制尺寸、形状和分布的优势，对于设计高性能的材料具有很大的潜力。
2. 超薄金属的制备磁控溅射技术可以制备出超薄的金属薄膜，由于其良好的导电性和导热性能，可以应用于微电子和材料科学领域。
高性能薄膜材料的制备与性能研究
高性能薄膜材料的制备与性能研究薄膜材料是一种厚度在纳米到微米级之间的薄片状材料，具有独特的物理、化学和光学性质。
近年来，随着科技的发展，高性能薄膜材料的研究与应用越来越受到关注。
本文将就高性能薄膜材料的制备方法以及影响其性能的因素展开论述，同时分析其研究意义和前景。
一、高性能薄膜材料的制备方法1. 薄膜物理气相沉积（PVD）薄膜物理气相沉积是一种通过蒸发源将原材料蒸发成气相，然后沉积到基底表面形成薄膜的方法。
这种方法可以制备出具有高纯度和致密性的薄膜材料，具有较好的结晶性和低的缺陷密度。
其中，磁控溅射是最常用的物理气相沉积技术之一。
2. 化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是通过将反应气体中的原子或分子在基底表面上化学反应生成薄膜的方法。
CVD方法可以获得高品质的薄膜，具有较好的控制性和均匀性。
其中，热CVD和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）是常用的化学气相沉积技术。
3. 溶液法溶液法是将原料溶解于溶剂中，然后通过基底浸渍或涂覆的方式将溶液中的物质沉积到基底上形成薄膜的方法。
这种方法制备成本低，适用性广，可以制备出大面积、连续的薄膜。
其中，溶胶-凝胶法、电沉积法和旋涂法是常用的溶液法制备薄膜的技术。
4. 物理化学沉积（PCD）物理化学沉积是一种通过物理或化学方法将薄膜的材料从气相或溶液中转化成固态薄膜的方法。
这种方法可以在较低的温度下制备出具有高质量的薄膜，并且可以控制薄膜的成分和结构。
其中，分子束外延（MBE）和原子层沉积（ALD）是常用的物理化学沉积技术。
二、高性能薄膜材料性能研究高性能薄膜材料的性能研究包括结构性能、物理性能和化学性能等方面的研究。
1. 结构性能结构性能指的是薄膜材料的晶体结构、晶粒大小和晶格缺陷等特征。
通过X射线衍射、扫描电子显微镜等技术可以观察和表征薄膜的结构。
结构性能对薄膜的电子传输性能、光学性能和力学性能等起着重要的影响。
2. 物理性能物理性能是指薄膜材料的电学性能、光学性能、磁学性能和热学性能等特性。
卟啉MOF薄膜的制备及其性能研究
卟啉MOF薄膜的制备及其性能研究卟啉MOF薄膜的制备及其性能研究摘要卟啉基金属有机骨架材料（MOFs）具有优异的吸附、催化、光学及电化学性能，已成为材料科学研究的热点。
近年来，卟啉MOF薄膜的制备及其性能研究备受关注。
本文综述了卟啉MOF 薄膜的制备方法以及其在气体分离、化学催化、光催化、电化学等领域的研究进展。
针对不同制备方法的卟啉MOF薄膜，重点评述了卟啉MOF薄膜的微结构、表面性质、吸附性能、催化活性及稳定性等方面的特征，并探究了制备过程中的重要参数对薄膜性能的影响。
最后，对卟啉MOF薄膜的未来展望进行了展望。
关键词：卟啉基金属有机骨架、薄膜制备、气体分离、化学催化、光催化、电化学性能AbstractPorphyrin-based metal-organic framework (MOFs) material with excellent adsorption, catalysis, optical and electrochemical properties has become a hotspot in materials science research. In recent years, the preparation and performance research of porphyrin MOF films has attracted much attention. This paper reviewthe preparation method of porphyrin MOF films andtheir research progress in the fields of gas separation, chemical catalysis, photocatalysis, electrochemistry, etc. For porphyrin MOF films prepared by different methods, the microstructure, surface properties, adsorption performance, catalytic activity, and stability are reviewed in detail, and the important parameters during the preparation process that affect the film properties are explored. Finally, the future development prospects of porphyrin MOF films are discussed.Keywords: porphyrin-based metal-organic framework,film preparation, gas separation, chemical catalysis, photocatalysis, electrochemical performance1. 引言卟啉分子是自然界中广泛存在的芳香化合物，因其独特的结构和广泛的应用而备受关注。
材料科学中的薄膜制备技术
材料科学中的薄膜制备技术材料科学是研究物质的组成、结构、性质及其应用的学科。
薄膜制备技术是材料科学中的一个重要分支，它可以制备具有特殊性质的薄膜材料，广泛应用于各个领域。
本文将介绍薄膜制备技术的基本原理、分类以及应用。
一、薄膜制备技术的基本原理薄膜制备技术是指在基底表面上制备出一层较薄的材料，并形成具有特定形态和性质的结构。
薄膜制备技术的基本原理是控制材料的沉积速度和沉积粒子的能量，使它们在表面上形成均匀且密实的结构。
薄膜制备技术主要涉及到材料的选择、沉积方法、基底表面处理等方面。
1. 材料选择在薄膜制备技术中，选择适合的材料是关键步骤。
材料的选择应结合材料的物理和化学性质以及其应用要求。
例如，要制备导电薄膜，则应选择导电性能较好的金属材料；如果需要制备光电薄膜，则应选择吸光性能较好的材料。
2. 沉积方法沉积方法是薄膜制备技术的核心。
目前，主要的沉积方法包括物理气相沉积、化学气相沉积、物理溅射沉积、化学溶液法沉积等。
这些方法各有特点，可以根据需要选择合适的方法进行薄膜制备。
例如，物理气相沉积适用于制备高纯度的金属、合金、氧化物等材料；化学溶液法沉积可用于制备复杂的有机、无机薄膜；物理溅射沉积可用于制备高质量的金属薄膜。
3. 基底表面处理基底表面处理是薄膜制备技术中的重要一环。
基底表面处理的主要目的是使基底表面具有良好的结构和清洁度，以便于材料能够在表面上均匀地沉积，并形成具有一定性质的薄膜。
常用的基底表面处理方法包括化学清洗、机械抛光、离子轰击等。
二、薄膜制备技术的分类薄膜制备技术根据材料的制备方式以及沉积方法的不同，可分为多种不同的分类方法。
以下为常见的薄膜制备技术分类：1. 按制备方式分类根据材料的制备方式，薄膜制备技术可分为物理制备和化学制备两大类。
物理制备包括物理气相沉积、物理溅射法、分子束外延法等；化学制备包括化学气相沉积、化学溶液法沉积等。
2. 按基底材料分类根据基底材料的性质，薄膜制备技术可分为无机基底薄膜和有机基底薄膜两大类。
利用自组装沉积法制备出柔性液态金属薄膜
博览I 成果简报Review Achievements利用自组装沉积法制备出柔性液态金属薄膜针灸是一种传统的中医治疗方法，其中的针法是 将毫针按照一定的角度插入人体特定深度的穴位，从而达到治疗疾病的目的。
医生在行针的过程中，往往 需要依赖自身经验及手法将针递送至特定的穴位，对 于医生的技能要求很严格。
客观化和精确化是中医现 代化发展的趋势，发展针刺响应的超敏深度传感器对于刻画扎针深度的定量化表征有重要作用。
为了应对这一挑战，中国科学院理化技术研究所低温生物与医学研究团队利用自组装沉积法制备出了 —种电学各向异性的柔性液态金属薄膜。
利用纳米镓 铟共晶合金（EGaIn ）在纳米纤维素-聚乙烯醇溶液中的密度差和自然蒸发（见图1），可成功制备1~49um 的超薄Janus 膜。
这种膜在正常情况下，双面均不导电；而在垂直集中应力或者剪切摩擦力作用下，薄膜下层液态纳米EGaIn 颗粒则可实现有效导 通，从而传递电信号，值得一提的是，纳米液态金属 导通响应时间只需2 ns （见图2 ）。
利用纳米EGaIn 与 纳米纤维素-聚乙烯醇复合物制备的深度传感器，不 仅具有灵敏的深度探测能力，而且医生在训练过程中可以通过可视化显示灯在第一时间获取扎针的深度信息。
这种液态金属薄膜作为一种全新的电子纸，为制造智能微尺度传感器的多层复杂电路提供了一个简 便、快速的制造和响应平台（见图3 ） o更进一步，研究团队发现这种液态金属薄膜两面IIIaLiquid metal inkC eWater evaporation and particle deposition會會倉含StratificationCoalescence of outer layer of LM droplet© LM coated with CNC+PVA* feNC^VA Surface A Topt 八图1液态金属纳米纤维素-聚乙烯醇复合的Janus 柔性薄膜制备及其表征59 2019年第3期•总第106期成果简报丨博览Achievements Review对光的反射效果以及导热性能也有显著性差异，这种特性使其有可能被用作光转化开关和温度调节器(见 图4)。
金属玻璃材料的制备与性能研究
金属玻璃材料的制备与性能研究近年来，金属玻璃材料因其独特的性能和广泛的应用前景引起了广泛的关注。
金属玻璃是介于传统金属和晶体之间的一种非晶态材料，具有高硬度、良好的韧性、优异的抗腐蚀性、高温稳定性和优异的电磁性能等特点。
本文将介绍金属玻璃材料的制备方法以及其性能研究进展。
第一部分：金属玻璃材料的制备方法金属玻璃材料的制备方法通常包括快速冷却法和化学合成法。
其中，快速冷却法是最常用的制备金属玻璃材料的方法之一。
该方法通过将金属熔体迅速冷却至超过其玻璃转变温度的速度，使其形成非晶态结构。
快速冷却方法包括快速凝固法、溅射法和机械合金化法等。
另一种常用的制备金属玻璃材料的方法是化学合成法，通过控制反应条件和添加剂，使金属在溶液中形成非晶态结构。
第二部分：金属玻璃材料的性能研究金属玻璃材料具有独特的性能，对其性能进行系统的研究可以为其应用提供更多的可能性。
首先，金属玻璃的机械性能是研究的重点之一。
金属玻璃材料具有高硬度和良好的韧性，在应用中具有广泛的潜力。
其次，金属玻璃材料的导电性能也备受关注。
金属玻璃的导电性能与其非晶态结构有关，研究其导电性能可以为电子器件的制备提供新的思路。
此外，金属玻璃材料的磁性能、光学性能和热性能也是研究的热点。
第三部分：应用前景和挑战金属玻璃材料具有广泛的应用前景，目前已被应用于诸多领域。
在电子领域，金属玻璃材料可用于制备高性能的电子器件，提高电子器件的传输速度和稳定性。
在航空航天领域，金属玻璃材料的高硬度和优异的韧性可以提高部件的耐磨性和抗疲劳性能。
此外，金属玻璃材料还可以应用在新能源技术、医疗器械等领域。
然而，金属玻璃材料的制备和应用仍面临一些挑战。
首先，金属玻璃材料的制备技术需要进一步改进，尤其是在大面积制备和工业化生产方面。
其次，金属玻璃材料的性能研究还有待深入，需要开展更多的实验和理论研究。
最后，金属玻璃材料的成本和可持续性也是需要考虑的问题。
总结：金属玻璃材料作为一种新型材料，具有许多独特的性能和潜力。
ni-ti形状记忆合金薄膜的研究和应用
ni-ti形状记忆合金薄膜的研究和应用随着耐热高刚性Ni-Ti形状记忆合金（SMAs）的发展，应用范围也不断拓展。
在航空、航天、汽车、高科技装备、仪器和地铁方面，SMAs的应用日益推动着科技进步。
超薄膜（约25 nm到500 nm厚度）的SMAs是任何形状的薄膜的重要材料选择，在多学科领域（如电子，传感器，穿戴技术，创新纸，生物医学和太阳能集成）中，微流控芯片具有极其重要的作用。
Ni-Ti形状记忆合金薄膜（SMATF）是为这些应用制备超薄膜的重要材料选择。
SMATF的研究覆盖了众多令人兴奋的特性。
这些特性使其在微流控芯片系统中受到欢迎，并且取代了传统的金属制备膜材料（如钛及其合金）。
其中包括其独特的形状记忆性能，抗蝇卵功能，横向抗压（LCP）和抗压力学性能，优异的热稳定性，少至无需镀层，低热导率和抗化学性能。
此外，SMATFs还具有优良的多孔属性，表面粗糙度和微机械性能，增加其适用性。
SMATF能够通过多种方式制备，其中包括太阳能，光刻技术，集成型机械金属切削（IMMC），模板技术和化学气相沉积（CVD）法。
CVD是业界重要的技术，用于小型膜料技术。
SMATF膜成功地利用CVD技术制备，可以节省开发成本，同时提高产品的质量。
SMATF在生物医学领域有许多有趣的应用。
比如，Ni-Ti的触觉潜感铠甲，可以提供人类未来进行机器人结合的服装产品，这将是一个有趣的领域。
SMATFs用于癌症诊断或治疗中。
例如，如果你需要检查对抗原的存在，一个以SMATFs为基础的传感器是一种有用的工具。
SMATFs还在药物控释中用于制备控释机制，可以有效控制药物的控释速度。
Ni-Ti形状记忆合金薄膜可以在各种研究和应用领域中受益，尤其是在微流控芯片应用研究中。
它们也在生物医学应用方面出现了巨大的发展，这对改善和提高人们的健康以及科技的发展有着重要意义。
Ni-Ti形状记忆合金薄膜的发展将有助于开发新的器件，并改善现有技术。
薄膜的制备及其力学性能测试方法
薄膜的制备及其力学性能测试方法摘要：本文介绍了多种薄膜的制备方法和优缺点，同时介绍了纳米压痕和鼓泡法两种力学性能测试方法。
关键词：薄膜制备纳米压痕法鼓泡法力学性能0引言近年来,随着工业的现代化、规模化、产业化,以及高新技术和国防技术的发展,对各种材料表面性能的要求越来越高。
20世纪80年代,现代表面技术被国际科技界誉为最具发展前途的十大技术之一。
薄膜、涂层和表面处理材料的极薄表层的物理、化学、力学性能和材料内部的性能常有很大差异,这些差异在摩擦磨损、物理、化学、机械行为中起着主导作用,如计算机磁盘、光盘等,要求表层不但有优良的电、磁、光性能,而且要求有良好的润滑性、摩擦小、耐磨损、抗化学腐蚀、组织稳定和优良的力学性能。
因此,世界各国都非常重视材料的纳米级表层的物理、化学、机械性能及其检测方法的研究。
[1]同时随着材料设计的微量化、微电子行业集成电路结构的复杂化,传统材料力学性能测试方法已难以满足微米级及更小尺度样品的测试精度,不能够准确评估薄膜材料的强度指标和寿命 ;另外在材料微结构研究领域中, 材料研究尺度逐渐缩小,材料的变形机制表现出与传统块状材料相反的规律[2],所以薄膜的制备及其力学性能测试方法就成了重点。
1.薄膜材料的制备方法1.1化学气相沉积法化学气相沉积是一种材料的合成过程,气相原子或分子被输运到衬底表面附近,在衬底表面发生化学反应,生成与原料化学成分截然不同的薄膜。
化合物蒸汽一般是常温下具有较高蒸汽压的气体,多采用碳氧化物、氧氧化物、卤化物、有机金属化合物等。
化学气相沉积法成膜材料范围广泛,除了碱金属、碱土金属以外,几乎所有的材料均可以成膜,特别适用于绝缘膜、超硬膜等特殊功能膜的沉积。
1.2真空热键法真空蒸镀法是将镀料在真空中加热、蒸发,使蒸发的原子或原子团在温度较低的基底上析出进而形成薄膜。
加热镀料的方法主要是利用湾等高溶点金属通电加热(电阻加热法)和电子束加热法为主。
为了防止高温热源的燃烧和镀料、膜层的氧化,必须把蒸镀室抽成真空。
黄金薄膜材料的制备和性质研究
黄金薄膜材料的制备和性质研究黄金是一种很常见的金属，不仅具有很高的经济价值，还有着很强的化学稳定性、导电性和导热性。
因此，人们一直在探索黄金在各种材料中的应用。
其中一种材料是黄金薄膜。
黄金薄膜广泛应用于光学、电器、生物医学等领域。
本文将着重探讨黄金薄膜的制备方法和性质研究。
一、黄金薄膜的制备方法黄金薄膜的制备方法可以分为物理沉积和化学沉积两种方法。
下面将根据制备方法的不同分别进行介绍。
1. 物理沉积法物理沉积法制备黄金薄膜主要包括蒸发沉积、溅射沉积和离子束沉积三种方法。
蒸发沉积是将金属黄金加热到一定温度，使其蒸发，并通过凝结于某种基底上的方法，来制备薄膜。
溅射沉积法是利用离子轰击目标（即黄金）使其散发原子颗粒，然后在基底上沉积形成薄膜。
离子束沉积法是用高能量离子轰击黄金，使其散发出原子颗粒，然后在基底上沉积，这种方法需要设备非常的昂贵。
2. 化学沉积法化学沉积法是利用一些化学方法，通过还原某些金属离子，使它们在基底上沉积形成薄膜。
醇还原法是一种简单的化学沉积方法，它使用多元醇（如甘油、异丙醇）还原金离子，来制备金薄膜。
金纳米颗粒还原法采用还原金盐的方法，制备金纳米颗粒，使其聚集，然后在基底上形成金薄膜。
还原电位法是采用电化学沉积原理，通过外部电场作用，还原盐酸三氯化金溶液，制备金薄膜。
二、黄金薄膜的性质研究黄金薄膜具有多种化学和物理标志物，如表面等离子共振（SPR）等。
这些物理特性可以用于研究薄膜的特性。
1. 光学性质黄金薄膜在可见光范围内的吸收光谱呈现特殊的SPR峰。
这些峰可以通过物理性质、化学性质和表面等离子体固定组件控制。
黄金薄膜的表面等离子固定组件能够更好地识别和将生物分子与生物分离。
因此，通过黄金薄膜和表面等离子固定组件，可以实现对生物分子的检测和分离。
2. 电学性质黄金薄膜具有优异的导电性，因此可以制作成几种电子器件和传感器。
例如，基于黄金薄膜的透明导电膜具有很高的光透过率和电导率，可以广泛应用于液晶显示器中。
超薄金属基电磁屏蔽玻璃研究进展
第43卷第4期2024年4月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.4April,2024超薄金属基电磁屏蔽玻璃研究进展侯焕然1,石晓飞1,金扬利1,王衍行1,李媛媛2,祖成奎1(1.中国建筑材料科学研究总院有限公司,北京㊀100024;2.铁岭师范高等专科学校,铁岭㊀112608)摘要:电磁屏蔽玻璃是国防㊁民生等领域的重要应用材料,但是电磁性能和光学性能往往难以兼顾提升㊂超薄金属基透明电磁屏蔽薄膜是电磁屏蔽玻璃领域常用的功能性材料㊂本文对超薄金属基电磁屏蔽玻璃的屏蔽设计原理进行了详细阐述,重点综述了降低超薄金属薄膜阈值厚度的方法,回顾了近年来不同结构的超薄金属基电磁屏蔽玻璃的光学及电磁屏蔽性能,并对电磁屏蔽玻璃的未来发展趋势进行了讨论㊂关键词:电磁屏蔽玻璃;超薄金属薄膜;电磁防护;电磁屏蔽效能;透明电磁屏蔽;磁控溅射中图分类号:TQ171㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)04-1197-14Research Progress of Ultra-Thin Metal Based Electromagnetic Shielding GlassHOU Huanran 1,SHI Xiaofei 1,JIN Yangli 1,WANG Yanhang 1,LI Yuanyuan 2,ZU Chengkui 1(1.China Building Materials Academy Co.,Ltd.,Beijing 100024,China;2.Tieling Normal College,Tieling 112608,China)Abstract :Electromagnetic shielding glass is an important application material in the fields of national defense and people s livelihood.However,it is difficult to synchronously improve the electromagnetic and optical properties of the electromagnetic shielding glass.Ultra-thin metal based transparent electromagnetic shielding film is a common functional material in the field of electromagnetic shielding glass.In this paper,the shielding design principle of ultra-thin metal based transparent electromagnetic shielding glass is described in detail.The methods of reducing the threshold thickness of ultra-thin metal film are reviewed.The optical and electromagnetic shielding properties of ultra-thin metal based electromagnetic shielding glass with different structures in recent years are reviewed.The future development trend of electromagnetic shielding glass is discussed.Key words :electromagnetic shielding glass;ultra-thin metal film;electromagnetic protection;electromagnetic shielding effectiveness;transparent electromagnetic shielding;magnetron sputtering 收稿日期:2023-12-18;修订日期:2024-02-05作者简介:侯焕然(1999 ),男,硕士研究生㊂主要从事电磁屏蔽玻璃的研究㊂E-mail:houhuanran8866@通信作者:祖成奎,教授级高级工程师㊂E-mail:zuchengkui@ 0㊀引㊀言随着科技的进步与时代的发展,电磁波已经成为信息化时代最重要的媒介,电磁波在无线电通信㊁雷达探测㊁红外制导等诸多领域的应用为人们的生活带来了很多便利,也使现代和未来战场环境变得越来越复杂[1]㊂与此同时,电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)带来的危害也亟需要解决,因此实现电磁屏蔽尤为重要㊂电磁屏蔽(electromagnetic shielding,EMS)材料是实现电磁屏蔽的重要功能材料,可阻断电磁波传输,降低外部电磁场对内部电子设备的干扰,或防止内部电磁泄露[2]㊂传统的电磁屏蔽材料往往厚重且不透明,这限制了它们在有透明需求电磁屏蔽领域的应用[3]㊂透明电磁屏蔽材料兼顾光学透明和电磁屏蔽功能,近年来得到了广泛关注和研究㊂常用的透明电磁屏蔽材料有透明氧化物薄膜[4-5]㊁超薄金属薄膜㊁金属网栅[6-8]㊁金属纳米线[9-11]㊁有机聚合物[12-14]㊁碳纳米管和石墨烯等㊂电磁屏蔽玻璃是特种玻璃的重要分支,由于玻璃的电磁通透性,传统的浮法玻璃(如钠钙玻璃等)㊁光学玻璃(如K9等)材料不具备电磁屏蔽特性,必1198㊀ 玻璃材料与玻璃技术 专题(II)硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷须通过在玻璃表面制备透明电磁屏蔽功能层以实现玻璃的电磁屏蔽功能㊂电磁屏蔽玻璃的光学性能,可依据光学薄膜干涉理论进行计算和设计,在玻璃基材确定的情况下,透明电磁屏蔽功能层光学性能的优劣决定了电磁屏蔽玻璃光学性能的高低;而电磁屏蔽效能同样取决于透明电磁屏蔽功能层㊂电磁屏蔽玻璃被广泛应用于需要电磁隔离或电磁防护的环境中,如实验室㊁医疗设施㊁军事装备和某些高端电子设备;此外,电磁屏蔽玻璃也可应用于抗电磁干扰的场景,如保密建筑物窗口㊁导弹精确制导等㊂目前,氧化铟锡(indium tinoxide,ITO)薄膜是电磁屏蔽玻璃表面最常用的透明电磁屏蔽材料,但ITO薄膜存在生产成本高㊁易脆性断裂㊁耐久性差等问题[15],因此亟需研究ITO薄膜的功能替代材料㊂在目前的研究中,以石墨烯㊁碳纳米管为代表的新型透明电磁屏蔽材料在大尺寸玻璃表面均匀制备的工艺仍在探索;高性能金属网栅的图案设计复杂且制备成本昂贵;高品质因数的金属纳米线制备困难,且金属纳米线薄膜的雾度较大㊂金属材料包含大量可自由移动的电子,可以与入射的电磁波发生相互作用,实现对电磁波的高反射,是良好的电磁屏蔽材料㊂20世纪70年代,研究人员发现,当金(Au)㊁银(Ag)㊁铜(Cu)等贵金属薄膜厚度小于20nm时,对光的吸收和反射会同步降低,此时的超薄金属薄膜具有较好的光学透过性[16]㊂超薄金属基透明电磁屏蔽材料综合了透明氧化物薄膜的高光学透过率和超薄金属薄膜的高电导率,可同时实现高光学透明和强电磁屏蔽[17],被认为是最有望替代ITO薄膜的透明电磁屏蔽材料㊂然而,受制于超薄金属的生长模式,超薄金属薄膜的厚度和连续性相互制约,这限制了其导电性和光学透过率的同步提升[18]㊂研究更先进的薄膜制备工艺,有效调控薄膜生长模式,降低金属形成连续薄膜的阈值厚度和薄膜表面粗糙度,在玻璃表面制备更薄㊁光电性能更优异的超薄金属薄膜是电磁屏蔽玻璃领域需要研究的重要科学问题㊂本文综述了超薄金属基电磁屏蔽玻璃的发展现状,回顾总结了电磁屏蔽玻璃的电磁屏蔽设计原理和制备方法,重点综述了降低超薄金属薄膜阈值厚度方法的最新研究进展,对比了近年来超薄金属基电磁屏蔽玻璃的性能,讨论了目前的发展困境及未来发展趋势,旨在为未来电磁屏蔽玻璃的设计与应用提供理论与实践参考㊂1㊀电磁屏蔽玻璃设计原理电磁屏蔽玻璃的主要设计和制备思路是在钠钙玻璃㊁K9光学玻璃等表面制备透明电磁屏蔽材料功能层㊂电磁屏蔽材料的屏蔽原理包括反射损耗机制㊁吸收损耗机制和多重反射损耗机制[19],电磁屏蔽原理示意图如图1所示㊂反射损耗机制是利用空气和电磁屏蔽材料之间的阻抗不匹配造成电磁波反射,实现屏蔽功能;吸收损耗机制是将进入电磁屏蔽材料的电磁波部分或全部转化为其他能量(如热能等);多重反射损耗机制是一种辅助损耗机制,通过使电磁波在电磁屏蔽材料内部多次反射,延长传播路径长度,从而增加电磁波吸收㊁反射机会[20]㊂图1㊀电磁屏蔽原理示意图(反射损耗机制㊁吸收损耗机制和多重反射损耗机制)Fig.1㊀Schematic diagram of electromagnetic shielding principle(reflection mechanism,absorption mechanism and multi-layer reflection mechanism)屏蔽效能(shielding effectiveness,SE)是衡量电磁屏蔽材料性能优劣的重要参数,常用的计算屏蔽效能的方法为Schelkunoff公式[21](见式(1)~(4)),该公式利用了传输线模型,适用于导体平板型屏蔽材料㊂SE=SE A+SE R+SE M(1)式中:SE A为屏蔽材料的吸收损耗,dB;SE R为屏蔽材料的反射损耗,dB;SE M为屏蔽材料的多次反射损第4期侯焕然等:超薄金属基电磁屏蔽玻璃研究进展1199㊀耗,dB㊂SE A =131.43t fμr σr (2)SE R =168.2+10lg σr fμr ()(平面波)20lg 5.35r fσr μr +0.354+1.17ˑ10-2r σr fμr ()(磁场)3.217+10lg σr f 3r 3μr ()(磁场)ìîíïïïïïïïï(3)SE M =10lg[1-2ˑ10-0.1SE A cos(0.23SE A )+10-0.2SE A ](4)式中:f 为电磁波频率,Hz;t 为屏蔽材料的厚度,m;r 为场源至屏蔽材料的距离,m;μr 为屏蔽材料的相对磁导率;σr 为屏蔽材料相对于铜的电导率㊂根据屏蔽原理不同,电磁屏蔽材料可分为反射损耗型电磁屏蔽材料和吸收损耗型电磁屏蔽材料㊂吸收损耗型电磁屏蔽材料的屏蔽性能依赖屏蔽层的厚度,这导致该类型屏蔽材料一般不具备光学透明性能,不适用于透明电磁屏蔽应用场景[22]㊂反射损耗型电磁屏蔽材料一般具有高电导率,同时可设计为光学透明,在透明电磁屏蔽领域已有重要应用㊂超薄金属基透明电磁屏蔽材料是应用最广泛的反射损耗型电磁屏蔽材料,最常用的设计结构为电介质层/金属层/电介质层(dielectric /metal /dielectric,D /M /D)㊂超薄金属层具有高电导率,对电磁波具有良好的反射能力,通过反射损耗机制实现电磁屏蔽㊂电介质层材料一般选用ITO㊁氧化锌铝(zinc aluminum oxide,AZO)等氧化物薄膜,一方面,氧化物薄膜在可见光波段有较高的折射率和低消光系数[23];另一方面,底层氧化物薄膜的引入可以改善超薄金属生长连续性的问题,并缓解超薄金属层与基底附着力差的问题[24],外层的氧化物薄膜则对超薄金属层起保护作用,可有效提升薄膜整体的耐久性能㊂2㊀超薄金属基电磁屏蔽玻璃制备方法金属薄膜的生长遵循Volmer-Weber 模式,在生长初期以三维岛状生长模式为主,这导致超薄金属薄膜厚度与微观生长连续性之间相互制约,限制了其导电性和光学透过率的同步提升[25]㊂如何降低金属形成连续薄膜的厚度阈值,降低表面粗糙度,进一步提升超薄金属薄膜光电性能,成为亟待解决的科学问题[26]㊂在探索降低超薄金属连续成膜厚度阈值问题上,研究者首先提出了在基材与金属薄膜之间插入过渡层的方法,以此来调控金属薄膜与基底界面能,改善超薄金属生长过程,其中最常用的有金属过渡层和金属氧化物过渡层等[27-28]㊂Ghosh 等[29]研究了二氧化钛(titanium dioxide,TiO 2)过渡层的引入对超薄Ag 膜生长形貌及薄膜光电性能的影响㊂在玻璃表面直接制备的8nm 超薄Ag 膜呈不连续岛状生长形貌,表面均方根(root mean square,RMS)粗糙度为6.6nm,而在玻璃表面引入TiO 2过渡层后,超薄Ag 膜(8nm)的连续性得到明显改善,RMS 粗糙度仅为2.2nm,过渡层引入前后制备的Ag 膜样品表面的原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)结果如图2(a)和(b)所示㊂图3(a)和(b)分别对比了具有和不具有TiO 2过渡层的Ag 薄膜的透过率和电阻率,可以看出TiO 2过渡层的引入改善了超薄Ag 膜的生长连续性,提升了薄膜光电性能㊂Zou 等[30]基于表面自由能(surface free energy,SFE)匹配原理,选用氧化锌(zinc oxide,ZnO)作为超薄Ag 膜生长过渡层,并通过11-巯基十一烷酸(MUA)自组装单分子层(self-assembled monolayer,SAM)改性,实现了连续超薄Ag 膜的制备㊂结果表明:ZnO 过渡层的引入使超薄Ag 膜的RMS 粗糙度由6.07nm(玻璃表面直接镀制)降低至2.68nm,并且薄膜显示出电连续性,表面方阻为13.59Ω/sq;通过MUA-SAM 改性后超薄Ag 膜RMS 粗糙度进一步降低至0.95nm,表面电阻降低至8.61Ω/sq,Ag 膜表面的AFM 测试结果如图4(a)~(c)所示,MUA-SAM 改性ZnO 表面制备的超薄Ag 膜的结构示意图如图5所示㊂图6为不同膜系的透射率光谱测试对比结果,可以看出,在保证薄膜具有低表面方阻的同时,MUA-SAM 改性ZnO 过渡层的引入提升了Ag 薄膜的可见光透过率,基于此方法制备的ZnO /MUA /Ag /MUA /ZnO 样品整体光电性能高于1200㊀ 玻璃材料与玻璃技术 专题(II)硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷市面上的ITO薄膜产品,有望成为透明电磁屏蔽领域的替代产品㊂图2㊀Ag(8nm)和TiO2(30nm)/Ag(8nm)的AFM测试结果[29]Fig.2㊀AFM results of Ag(8nm)and TiO2㊀(30nm)/Ag(8nm)[29]图3㊀(a)TiO2过渡层引入前后薄膜的可见光透过率对比结果;(b)TiO2过渡层引入前后薄膜的电阻率变化对比结果(虚线表示使用相同溅射工艺沉积的约300nm厚的块状银膜电阻率)[29]Fig.3㊀(a)Comparison of visible light transmittance for Ag films with and without TiO2seed layer;(b)comparison of electrical resistivity variation for Ag films with and without TiO2seed layer(the dashedline represents the resistivity of bulk Ag film of about300nm thickness deposited using the same sputtering process)[29]图4㊀Glass/Ag表面㊁Glass/ZnO/Ag表面和Glass/ZnO/MUA/Ag表面的AFM测试结果[30]Fig.4㊀AFM results of glass/Ag surface,glass/ZnO/Ag surface and glass/ZnO/MUA/Ag surface[30]第4期侯焕然等:超薄金属基电磁屏蔽玻璃研究进展1201㊀图5㊀Glass /ZnO /MUA /Ag /MUA /ZnO 结构示意图[30]Fig.5㊀Schematic diagram of glass /ZnO /MUA /Ag /MUA /ZnO structure[30]图6㊀不同膜层结构的透射率对比[30]Fig.6㊀Comparison of transmittance of different film structures [30]㊀㊀过渡层的引入改善了超薄金属的Volmer-Weber 生长模式,提高了超薄金属的电连续性,降低了光学损失率,是超薄金属基透明电磁屏蔽材料的重要组成部分㊂同时,过渡层也缓解了超薄金属与透明电磁屏蔽领域常用玻璃基底材料(钠钙玻璃㊁K9光学玻璃等)之间表面自由能不匹配的问题[31-32],提高了薄膜与玻璃的附着力,有助于提高电磁屏蔽玻璃的功能耐久性㊂但是,不同的过渡层在实际应用中仍存在一些问题,常需要针对不同的应用场景和需求选用合适的过渡层,并辅以光学设计优化各层膜厚度,以期实现透明性能和电磁屏蔽性能的同步提升,各种常用超薄金属生长过渡层的对比及应用场景如表1所示㊂表1㊀常用超薄金属生长过渡层的优劣对比及应用场景Table 1㊀Comparison of advantages and disadvantages for commonly used ultra-thin metal growthseed layers and its application scenarios过渡层材料优势存在的问题主要应用场景氧化物薄膜制备工艺简单㊁成本低㊁具有良好的高温耐受性㊁膜系丰富,可以满足多数应用场景柔性差㊁需要高温下制备,有机衬底不适用无机透明光窗㊁武器吊舱罩等有机涂层制备方法简单㊁成本低㊁柔性高,可应用于大尺寸异形窗口涂层均匀性差㊁雾度大㊁无机材料表面附着力差㊁高温耐受性差有机透明光窗㊁可穿戴式电磁屏蔽设备等改性涂层对超薄金属连续生长的促进作用最明显制备工艺复杂㊁成本昂贵㊁难以工程化应用精密仪器小尺寸透明窗口等随着磁控溅射技术的发展,多金属共溅射掺杂成为降低超薄金属成膜厚度的另一有效途径㊂Guo 等[33]研究发现,利用多金属共溅射技术在沉积Ag 薄膜过程中,引入少量的其他金属(Cu㊁Al 等),可以降低薄膜表面迁移率,进而改善超薄金属的生长连续性,降低生长阈值厚度㊂近年来,许多学者对掺杂金属的选择及共溅射工艺参数的优化做了深入研究㊂Wang 等[34]通过Ag-Al 共溅射的方法,在玻璃表面成功制备了Al 掺杂超薄Ag 薄膜,研究了Al 掺杂浓度对薄膜生长形貌的影响规律,如图7所示㊂通过扫描电子显微镜(SEM)观察到,随着Al 掺杂浓度的增大,Ag 薄膜的RMS 粗糙度先降低后升高,在Al 掺杂物质的量浓度为5%时,Ag 薄膜的RMS 粗糙度仅为0.89nm㊂这是由于,在薄膜生长初期,一定浓度的Al 掺杂使Ag 原子容易吸附在Al 原子附近,降低了Ag 原子的表面迁移率,有助于降低薄膜的RMS 粗糙度㊂但过高的Al 掺杂浓度容易引起晶格畸变,使晶粒表面能急剧增加,Ag 晶粒出现团聚现象,进而导致薄膜RMS 粗糙度的增大㊂该团队继续开展了Cu 掺杂制备超薄Ag 膜的研究[35],如图8所示㊂结果表明,Cu 掺杂对于改善Ag 膜生长具有更高的效率,在Cu 掺杂物质的量浓度为2%时,在SiO 2表面制备的超薄Ag 膜的RMS 粗糙度仅为0.88nm㊂引入生长过渡层和优化镀膜工艺参数,是目前降低超薄金属连续生长阈值厚度的主要方式,表2对比了相关文献中所用的改进方式㊂不同的应用场景对透明电磁屏蔽材料提出了不同的性能要求,在实际应用中,1202㊀ 玻璃材料与玻璃技术 专题(II)硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图7㊀(a)随着厚度的增加,不同Al 掺杂浓度(摩尔浓度)的Ag 薄膜的SEM 照片(底部图像表示其演变概念图);(b)Al 和Ag 共沉积装置示意图[34]Fig.7㊀(a)SEM images of Ag thin films doped with different Al concentrations (molar concentration)as increasing thickness (the bottom images indicate the conceptual diagrams of its evolution);(b)schematic diagram of setup for co-deposition of Al and Ag [34]图8㊀(a)Cu 掺杂前后Ag 膜岛状结构的演变概念图;(b)不同Cu 掺杂浓度(摩尔浓度)10nm Ag 膜的SEM 照片[35]Fig.8㊀(a)Evolution conceptual diagrams of Ag film island structure before and after introducing Cu dopants;(b)SEM images of Ag films with different Cu doping concentrations [35]表2㊀降低超薄金属薄膜阈值厚度方法的对比Table 2㊀Comparison of methods for reducing threshold thickness of ultra-thin metal films制备方法优势劣势参考文献磁控溅射工艺成熟,通过优化工艺参数可降低金属生长的阈值厚度,适用于大尺寸电磁屏蔽玻璃的制备制备的超薄电磁屏蔽薄膜阈值厚度较大,性能难以进一步提升[37-38]多金属磁控共溅射Cu㊁Al 等金属共掺杂技术已被证实对超薄Ag 膜的光电性能提升显著先进的磁控溅射技术目前还不适用于大尺寸电磁屏蔽玻璃的制备,相关的设备和工艺亟待探索和研究[33-35]真空热蒸发工艺简单,成本低,适用于异形玻璃表面制备超薄金属薄膜蒸发能量低于溅射能量,所制备的薄膜致密性较差[39]原子层沉积可以精确控制超薄金属薄膜的厚度和均匀性,适用于具有高纵横比结构的异形玻璃,制备的薄膜表面光滑沉积效率低,沉积材料选择受限,设备昂贵,成本高[40-41]引入生长过渡层可以结合其他制备方法,进一步改善超薄金属薄膜生长过渡层材料的选择受制于实际应用场景,部分过渡层对整体透过率损失影响较大[29-32]第4期侯焕然等:超薄金属基电磁屏蔽玻璃研究进展1203㊀为了配合玻璃整体结构与性能设计,衬底层的材料和结构一般仅为特定的一种或几种,这就限制了其他高自由能衬底层材料的选择[36],因此玻璃的光电性能提升空间有限㊂多金属共溅射方法的优势是对超薄金属层进行本征掺杂改性,减弱衬底层材料种类的制约,为透明电磁屏蔽领域的发展提供了一条可行的技术思路㊂3㊀超薄金属基透明电磁屏蔽薄膜性能研究光学透射率和电磁屏蔽效能是超薄金属基透明电磁屏蔽材料的两个重要性能指标㊂在D /M /D 结构的超薄金属基透明电磁屏蔽材料中,超薄金属层的表面方阻和电连续性是影响电磁屏蔽性能的两个主要因素,电介质层主要起到增加光学透射率的作用[42-43]㊂通过调整材料的结构㊁组分㊁厚度等可以使超薄金属基透明电磁屏蔽材料对特定频率范围的电磁波实现选择性屏蔽[44],而在其他频段内保持透过,这可以满足不同应用场景对电磁屏蔽的特定要求㊂超薄金属基电磁屏蔽玻璃已有广泛研究㊂Ag 的电导率为6.30ˑ107Ω㊃mm 2/m,相较于Cu(电导率为5.96ˑ107Ω㊃mm 2/m)和Au(4.52ˑ107Ω㊃mm 2/m),导电性能更优,是电磁屏蔽玻璃领域最常用的超薄金图9㊀(a)高透过率EMAGS 薄膜;(b)柔性弯曲EMAGS 薄膜[46]Fig.9㊀(a)EMAGS film with good transparency;(b)EMAGS film with outstanding flexibility [46]属薄膜材料[45]㊂Wang 等[46]在溅射沉积Ag 的过程中共溅射了少量的铜,制备了8nm 超薄连续Ag 薄膜,并设计制备了PET /ITO /Cu-doped Ag /ITO 结构的电磁银屏蔽(EMAGS)薄膜,薄膜可利用卷对卷(roll-to-roll process)工艺大面积生产,与玻璃材料层结合形成电磁屏蔽玻璃,样品图如图9所示㊂单层EMAGS 薄膜在可见光范围的平均相对透过率高达96.5%,在X㊁Ku㊁Ka 和K 波段的平均SE 约为26dB,测试结果如图10所示㊂随后,研究人员尝试将两层EMAGS 薄膜简单堆叠并测试电磁屏蔽效能,测试结果显示,两层EMAGS 薄膜在上述波段的平均SE 大于30dB,将两层EMAGS 薄膜间隔四分之一波长的距离,平均SE 进一步提高至50dB㊂EMAGS薄膜在应用于电磁屏蔽玻璃时,可以选用不同厚度的玻璃材料,设计不同厚度组合的层合结构,可在特定波段获得最优的电磁屏蔽效能㊂随着磁控共溅射技术的发展,不仅可以在超薄金属沉积过程中引入其他金属,而且可以在沉积生长过渡层时共溅射沉积适量的金属,对生长过渡层进行掺杂改性,从而增加金属薄膜与过渡层之间的润湿性,促进金属薄膜连续生长,降低薄膜连续成膜的阈值厚度,进而提升玻璃材料的电磁屏蔽性能㊂Choi 等[47]在玻璃基板表面利用磁控共溅射技术制备了3%(原子数分数)Al-doped ZnO(AZO)/Ag /AZO 复合薄膜,研究了顶层AZO 薄膜厚度与AZO /Ag /AZO 透射率㊁电阻率和电磁屏蔽效能之间的关系,结果如图11~13所示㊂其中,退火后的Glass /AZO(45nm)/Ag(9nm)/AZO(45nm)的电磁屏蔽性能最佳,在1.5~3.0GHz 波段的电磁屏蔽效能约为39dB,高于市售的60mm 厚的铜箔,有广阔的商业应用前景㊂1204㊀ 玻璃材料与玻璃技术 专题(II)硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图10㊀EMAGS(40nm ITO/8nm Cu-doped Ag/40nm ITO)㊁双层EMAGS㊁四分之一波长距离间隔的双层EMAGS㊁Cu-doped Ag(8nm)㊁ITO(40nm)和PET衬底在X波段㊁Ku波段㊁K波段㊁Ka波段的EMI SE测量结果[46]Fig.10㊀Measured EMI SE results of EMAGS(40nm ITO/8nm Cu-doped Ag/40nm ITO),double-layer EMAGS, double-layer EMAGS separated by a quarter-wavelength space,Cu-doped Ag(8nm),ITO(40nm),and PET films at X band,Ku band,K band and Ka band[46]图11㊀(a)沉积态和退火后的AZO(45nm)/Ag(9nm)/AZO(45nm)薄膜在氧气中100ħ保持20min的透射率变化(插图:(a-1)沉积态的AFM图像;(a-2)退火后的AFM图像;(a-3)水在沉积态表面的润湿情况;(a-4)水在退火态表面的润湿情况);(b)不同顶部AZO膜厚度的AZO/Ag/AZO多层膜的透射率随波长的变化[47] Fig.11㊀(a)Variations in transmittance of as-deposited and annealed AZO(45nm)/Ag(9nm)/AZO(45nm)films at 100ħfor20min under oxygen atmosphere,insets show a three dimensional AFM image of(a-1)as-deposited and(a-2) annealed multilayer films,the contacted shape of water onto(a-3)as-deposited and(a-4)annealed multilayer films;(b)transmittance of AZO/Ag/AZO multilayer films with different top AZO film thicknesses varies with wavelength[47]由于Ag的价格较高,在大规模工业生产中,Cu更具实用性,但是连续的Cu薄膜化学稳定性差,在湿热和盐雾等环境中,容易发生化学反应生成碱式碳酸铜导致电磁屏蔽失效[48],所以Cu更多用作金属网栅电磁屏蔽材料㊂Au虽然电导率略低于Ag和Cu,但由于出色的化学惰性,Au在高精度和高可靠性要求的应用中仍然非常重要㊂近年来,超薄Au基电磁屏蔽玻璃得到广泛关注㊂Erdogan等[49]利用磁控溅射技术在玻璃表面制备了ITO/Au/ITO电磁屏蔽薄膜,通过控制各膜层的沉积时间,研究了ITO层厚度和Au层厚度对透明电磁屏蔽薄膜光电性能的影响,通过优化ITO层和Au层的沉积时间,实现了可见光透过率和电磁屏蔽性能的兼顾提升,测试结果如图14㊁15所示㊂其中,ITO(8nm)/ Au(15nm)/ITO(8nm)结构薄膜表现出最优光电性能,在8~12GHz的SE为26.8dB,在550nm处的透过率最大达到84.6%㊂进一步增加Au层的沉积时间,虽然可以进一步提高电磁屏蔽性能,但是透过率损失严重㊂通过研究沉积时间对ITO/Au/ITO薄膜光电性能的影响规律发现,Au膜沉积时间为15s时已形成连㊀第4期侯焕然等:超薄金属基电磁屏蔽玻璃研究进展1205图12㊀(a)550nm波长处的透射率与AZO顶层厚度之间的关系;(b)AZO/Ag/AZO多层膜的方块电阻和电阻率与顶层AZO膜厚度的函数关系[47]Fig.12㊀(a)Relationship between transmittance at wavelength of550nm and AZO top layer thickness; (b)sheet resistance and resistivity of AZO/Ag/AZO multilayer films as a function of top layer AZO film thickness[47]图13㊀(a)具有不同顶层AZO厚度的AZO/Ag/AZO的S12参数随频率的变化;(b)具有不同顶层AZO厚度的AZO/Ag/AZO的EMI SE随频率的变化[47]Fig.13㊀(a)Variations in S12parameter as a function of frequency for different top layers AZO film thickness; (b)variations in EMI shielding effectiveness as a function of frequency for different top layer AZO film thickness[47]图14㊀(a)玻璃表面ITO/Au/ITO薄膜光学透射光谱;(b)PC表面的ITO/Au/ITO薄膜光学透射光谱[49]Fig.14㊀(a)Optical transmission spectra of ITO/Au/ITO films on glass surface;(b)optical transmission spectra of ITO/Au/ITO films on PC surface[49]1206㊀ 玻璃材料与玻璃技术 专题(II)硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷续薄膜,此时ITO/Au/ITO薄膜具有最高的透射率和最低的散射率,且此时的可见光透过率高于双层ITO薄膜,这说明ITO/Au/ITO薄膜在兼顾高电磁屏蔽的同时进一步提升了可见光透过率㊂图15㊀(a)代表性样品的测量EMI SE值(插图为ITO(8nm)/Au(15nm)/ITO(8nm)薄膜的TM-AFM形貌图);(b)样品的测量和模拟S21值(M:测量值,C:计算值)[49]Fig.15㊀(a)Measured EMI SE values of representative samples(illustration is TM-AFM topography images of ITO(8nm)/Au(15nm)/ITO(8nm)films;(b)measured and simulated S21values of samples(M:measured,C:calculated)[49]Jenifer等[50]在室温下通过射频磁控溅射制备了氧化锌锡(ZTO)/Au/氧化锌锡(ZTO)多层复合薄膜,测试结果如图16所示,底层ZTO膜对促进Au层的均匀性和连续生长有重要作用,顶层ZTO膜的引入可显著提高光学透过性能,同时,顶层ZTO对Au层起到包覆作用,缓解了Au膜与基底附着力较差的问题㊂结合光学设计与实验验证得到最佳厚度组合,其平均可见光透过率为83.6%,方块电阻为12Ω/sq,在8~12GHz 的平均SE为24.75dB㊂Ag的块状电导率低,是超薄金属基电磁屏蔽玻璃中金属层的常用材料,但是在实际应用中,超薄Ag膜易氧化和腐蚀变性,这会导致透过率损失增大和电磁屏蔽功能失效[51],缩短材料使用寿命㊂Au的活泼性低,超薄Au膜的环境适应性强,光电性能优异,近年来得到研究人员的广泛关注[52],超薄Au膜基透明电磁屏蔽材料有望在光电性能㊁使用寿命㊁环境适应性等方面实现更大的提升㊂但是,超薄Au基透明电磁屏蔽材料仍存在Au层生长不连续㊁Au膜与电介质层附着力差㊁耐湿热性能差和成本高昂等问题[53],仍需要进一步研究㊂表3中列出了引用文献中电磁屏蔽玻璃的电磁屏蔽材料㊁制备方法及性能㊂。
《2024年金属酞菁衍生物和Alq3薄膜的制备和性能研究》范文
《金属酞菁衍生物和Alq3薄膜的制备和性能研究》篇一金属酞菁衍生物和Alq3薄膜的制备与性能研究一、引言金属酞菁衍生物及Alq3薄膜材料作为有机光电子领域的重要分支，其在发光二极管（OLED）、光电器件及生物传感等方面展现出卓越的潜在应用价值。
本文旨在探讨金属酞菁衍生物和Alq3薄膜的制备方法及其性能研究，为相关领域的研究和应用提供理论依据。
二、金属酞菁衍生物的制备与性能（一）制备方法金属酞菁衍生物的制备主要采用化学合成法。
以酞菁为基本结构，通过引入不同的金属离子或有机基团，可得到一系列性能各异的金属酞菁衍生物。
具体步骤包括原料准备、反应条件控制及后处理等。
（二）性能特点金属酞菁衍生物具有优异的光电性能、热稳定性及化学稳定性。
其能级结构适中，适用于多种光电器件的制备。
此外，金属酞菁衍生物还具有较高的发光效率和良好的色彩纯度，在OLED 领域具有广泛的应用前景。
三、Alq3薄膜的制备与性能（一）制备方法Alq3薄膜的制备主要采用真空蒸镀法。
该方法具有成膜质量高、均匀性好等优点。
具体步骤包括真空度控制、蒸发源加热、薄膜沉积及后处理等。
（二）性能特点Alq3薄膜具有良好的电子传输性能和发光性能。
其能级结构与金属酞菁衍生物相匹配，在光电器件中可发挥良好的协同作用。
此外，Alq3薄膜还具有较高的稳定性和较长的使用寿命。
四、金属酞菁衍生物与Alq3薄膜的复合膜制备及性能研究（一）复合膜制备方法将金属酞菁衍生物与Alq3薄膜进行复合，可得到具有优异性能的复合膜材料。
具体制备方法包括溶液法、真空蒸镀法等。
通过调整两种材料的比例和制备条件，可得到具有不同性能的复合膜。
（二）复合膜性能研究复合膜具有优异的光电性能、热稳定性和化学稳定性。
其发光效率、色彩纯度和使用寿命等性能指标均得到显著提高。
此外，复合膜还具有良好的柔韧性和加工性能，适用于多种光电器件的制备。
五、结论本文对金属酞菁衍生物和Alq3薄膜的制备方法和性能进行了深入研究。
NdFeB薄膜的制备及性能研究开题报告
NdFeB薄膜的制备及性能研究开题报告一、选题背景及研究意义NdFeB磁性材料因其高能积、高磁感应强度、高矫顽力、高磁导率、提高高加工性和力磁优异易性等特性，在电子、通信、计算机、医疗、能源、航空等领域有广泛的应用。
当前，NdFeB磁性材料主要由气相热反应、溶液法、电解沉积等方法制备。
这些方法虽然可以获得高品质的磁性材料，但也存在一些问题，如粒子聚集、不易控制粒径和形貌等。
为了克服这些问题，近年来不断涌现出新的制备方法。
NdFeB薄膜是一种新型磁性材料，在磁性存储领域、微传感器和微机电系统(MEMS)、生物医学领域和高密度集成电路等领域有潜在的应用。
目前，NdFeB薄膜主要通过磁控溅射等物理方法制备，具有结构均匀、磁性能优异、应力小等优点。
然而，目前对于NdFeB薄膜及其性能的研究还存在许多方面需要探究。
因此，本文旨在通过研究NdFeB薄膜的制备工艺，探究不同工艺对薄膜结构、磁性能的影响，进一步优化制备条件，提高薄膜性能，为其在实际应用中提供理论依据和技术支持。
二、研究内容及方法1. 研究对象本文选取了商业化的NdFeB薄膜样品作为研究对象，通过不同的制备工艺对其进行处理，探究不同工艺对薄膜的影响。
2. 制备工艺通过磁控溅射制备NdFeB薄膜，并探究不同工艺条件对薄膜的影响。
尝试采用物理方法或化学方法对其表面进行修饰，例如在薄膜表面沉积铜、镍等金属，或采用等离子体处理等方法。
3. 主要研究内容（1）制备NdFeB薄膜的工艺条件，如空气压力、衬底温度、沉积速度等参数，对薄膜的影响；（2）通过X射线衍射仪、透射电子显微镜等方法分析不同制备工艺对NdFeB薄膜晶体结构、形貌、晶体尺寸、晶界、组织缺陷等的影响；（3）通过超导量子干涉磁强计、霍尔效应测试仪等设备，对不同制备工艺下的NdFeB薄膜的磁性能进行测试，如饱和磁化强度、居里温度、磁容量等参数；（4）通过描写数据方程的数学方法对实验结果进行数据分析，并对其机理进行探究。
纳米金薄膜的制备及性能研究
纳米金薄膜的制备及性能研究纳米金薄膜是近年来备受关注的一类纳米材料，其具有很多优异的性能，被广泛用于各个领域，例如光电子器件、生物传感器、表面增强拉曼光谱等。
本文将主要介绍纳米金薄膜的制备方法及其性能研究。
一、制备方法目前，纳米金薄膜的制备方法主要分为物理法和化学法两类。
1.物理法物理法制备纳米金薄膜主要包括热蒸发法、磁控溅射法、离子束溅射法、电子束物理气相沉积法等。
其中热蒸发法是一种较为简单的方法，适用于制备较厚的纳米金薄膜。
其原理是利用高温下将金属加热，使其转变为蒸气态，然后使蒸汽沉积在表面形成薄膜。
但其制备的薄膜质量较差，易受到杂质污染。
磁控溅射法是目前应用较广的制备方法之一，具有高纯度、重复性好等优点。
其原理是将纯金属置于真空室中，加入高能电子或离子激发金属原子，使之飞出并沉积在表面形成薄膜。
但其制备的纳米金薄膜往往会受到溅射原理的影响，表面粗糙度较高。
离子束溅射法和电子束物理气相沉积法类似，都是利用高能离子或电子轰击金属靶，使之释放原子或切断分子，通过原子弹球法实现对样品表面的沉积。
这两种方法制备的薄膜具有良好的致密性和均一性，但设备设施较为昂贵，且制备速度较慢。
2.化学法化学法制备纳米金薄膜主要包括还原法、光化学沉积法、溶液浸渍法等。
还原法是一种较为简单的方法，它将金离子还原为非晶态金，再通过热处理制备纳米金薄膜。
其优点是易于操作，制备速度快，但制备的薄膜主要为非晶态，而且粒径分布较宽。
光化学沉积法是一种由光和化学反应相结合的方法，利用光照或电解质的添加实现对氧化还原反应的调控。
其优点是可以制备极薄的纳米金薄膜，具有厚度均匀、晶格完整、应力小等特点。
溶液浸渍法是一种依靠物质之间的相互作用力将纳米金颗粒沉积在基底表面的方法。
其优点是可扩展性强，能够制备大面积的薄膜，但制备的薄膜在结晶程度、粒径分布等方面存在一定的问题。
二、性能研究1.光学性能纳米金薄膜的光学性能主要表现在其表面等离子共振吸收现象，并可应用于表面增强拉曼光谱、太阳能电池等领域。
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金属超薄膜的制备及其性能研究
随着科技的不断发展，金属超薄膜逐渐成为了近年来研究的焦点之一。
金属超
薄膜是一种非常薄的金属层，一般指厚度在几纳米到几十纳米之间。
它具有很多优异的性能和应用价值，因此备受关注。
一、金属超薄膜的制备方法
制备金属超薄膜的常用方法有物理气相沉积、化学气相沉积、溅射法、蒸发法等。
其中，物理气相沉积是最常见的方法之一。
物理气相沉积是指在真空条件下，将金属蒸发成气体，经过几个特殊的处理后沉积在基底上，形成超薄膜。
这种方法制备的超薄膜质量较高，结晶度好，但是生产成本较高。
化学气相沉积是另一种常见的方法。
它是基于化学反应的原理，将含有金属材
料的气体经过特殊处理后沉积在基底上。
这种方法生产成本较低，但是与物理气相沉积相比，其制备的超薄膜质量稍逊一些。
溅射法和蒸发法是两种较为简单的方法。
溅射法是指用高能的电子束或离子束
轰击金属靶材，使其产生薄层材料，最终沉积在基底上。
蒸发法是指在真空条件下，直接加热金属材料，使其逐渐蒸发成气体，再沉积在基底上。
二、金属超薄膜的性能
金属超薄膜具有很多优秀的性能，如光学、电学和磁学等性质。
其中，光学性
质是最为突出的一种。
首先，金属超薄膜具有很好的透明性。
在可见光区域，金属超薄膜的透过率比
较高，能够做到使光线穿过金属薄膜，保持基底的透明性。
这使得金属超薄膜在制备透光电子器件、太阳能电池等方面具有很大的应用潜力。
其次，金属超薄膜具有很好的表面增强拉曼散射效应。
这种效应是指在金属薄膜上，激发电磁波的振动，而使分子的Raman散射增强。
这种效应可以用于生物医学领域的分析，也可以作为化学传感器的基础。
另外，金属超薄膜还具有磁性。
金属超薄膜经过特殊处理，可以形成具有很好的磁性的超薄膜。
这种磁性可以用于存储器件、传感器等领域。
三、金属超薄膜的应用前景
金属超薄膜具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步，金属超薄膜已经应用于很多领域。
首先，金属超薄膜可以作为光学吸收材料。
它可以吸收可见光和红外线，使得阳光能够更有效地转化为电能，在太阳能电池等方面具有很大的应用潜力。
其次，金属超薄膜可以作为纳米电子器件的组件。
它可以用于制造超薄膜晶体管、纳米器件等。
这些器件被广泛应用于计算机、通讯等领域。
另外，金属超薄膜还可以作为生物医学领域的传感器。
金属超薄膜在生物医学领域的应用非常广泛，如药物传递、细胞成像等。
其表面增强拉曼散射效应可以用于分析生物分子，从而提高疾病的诊断速度和准确性。
总之，金属超薄膜是一种非常有应用潜力的材料。
其制备方法多种多样，性能优异，应用前景广阔，有望成为未来科技领域的重要材料。