二维纳米薄膜材料概述

二维纳米材料概述

-----纳米薄膜概述

班级：材料科学与工程103班

姓名：卢忠

学号：201011601322

摘要纳米科学技术是二十世纪八十年代末期诞生并快速崛起的新科技，而其二维纳米结构——纳米薄膜在材料应用以及前景上都占据着重要的地位。纳米薄膜材料是一种新型的薄膜材料，由于其特殊的结构和性能，它在功能材料和结构材料领域都具有良好的发展前景。本论文着重介绍纳米薄膜的制备方法、特性以及研究前景。纳米薄膜材料性能较传统的薄膜材料有更加明显的优势，特别是纳米磁性多层膜、颗粒膜作为一种新型的复合材料将是今后的研究方向。

关键词：纳米；薄膜材料

目录

一.薄膜材料定义 (1)

二.纳米薄膜的分类 (1)

三.纳米薄膜的制备方法 (2)

四.纳米薄膜特性 (4)

五.应用及前景 (6)

参考文献

一.薄膜材料定义：纳米薄膜是指尺寸在纳米量级的晶粒构成的薄膜或将纳米晶粒薄膜镶嵌于某种薄膜中构成的复合膜，以及层厚在纳米量级的单层或多层薄膜，通常也称作纳米颗粒薄膜和纳米多层薄膜。

二.纳米薄膜的分类

1.纳米薄膜，按用途分为两大类:纳米功能薄膜和纳米结构薄膜。

纳米功能薄膜:主要是利用纳米粒子所具有的光、电、磁方面的特性，通过复合使新材料具有基体所不具备的特殊功能。

纳米结构薄膜:主要是通过纳米粒子复合，提高材料在机械方面的性能。

2.按膜的功能分

纳米磁性薄膜

纳米光学薄膜

纳米气敏膜

纳滤膜、纳米润滑膜

纳米多孔膜

LB（Langmuir Buldgett）膜

SA（分子自组装）膜

3.按膜层结构分类

单层膜如热喷涂法的表面膜等

双层膜如在真空气相沉积的反射膜上再镀一层

多层膜指双层以上的膜系

4.按膜层材料分

金属膜，如Au、Ag等

合金膜，如Cr-Fe、Pb-Cu等

氧化物薄膜

非氧化物无机膜

有机化合物膜

三.纳米薄膜的制备方法

纳米材料的合成与制备一直是纳米科学领域内一个重要的研究课题，新材料制备工艺过程的研究与控制对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响。最早是采用金属蒸发凝聚-原位冷压成型法制备纳米晶体，相继又发展了各种物理、化学方法，如机械球磨法、非晶晶化法、水热法、溶胶-凝胶法等。

1.化学法：指在镀膜技术中，有化学反应参与，通过物质间的化学反应实现薄膜的生长。

（1）化学还原法

（2）化学气相沉积法（CVD）：包括常压、低压、等离子体辅助气相沉积等。该方法通过在高温、等离子或激光辅助等条件下控制反应气压、气流速率、基片材料温度等条件，从而控制纳米微粒薄膜的成核生长过程；或者通过薄膜后处理，控制非晶薄膜的晶化过程，从而获得纳米结构的薄膜。用CVD法制备薄膜材料是通过使原料气体以不同的能量使其产生各种法学反应，产物在基片上生长、沉积成固体薄膜。

（3）高温分解法

（4）溶胶-凝胶法：这种方法是20世纪60年代作为一种制备玻璃、陶瓷等无机材料的合成工艺而开发的。溶胶–凝胶法可以赋予基体多种特殊性能，其中包括机械、化学保护、光学、电磁和催化等。溶胶–凝胶法制备薄膜，首先必须制得稳定的溶胶，按其溶胶的方法，将溶胶–凝胶工艺分为有机途径和无机途径，两者各有优缺点。与其他制备薄膜的方法相比，溶胶–凝胶法工艺设备简单，温度低，易于大面积制备各种不同形状、材料的薄膜，用料省、成本较低。

（5）电浮法

（6）阴极电镀法

2.物理法：指在薄膜沉积过程中，不涉及化学反应，薄膜的生长基本是物理过程。

物理气相沉积（PVD）是一类常规的薄膜制备手段，它包括蒸镀、电子束蒸镀、溅射等。主要通过两种途径制膜：

（1）在非晶薄膜晶化过程中控制纳米结构的形成。

（2）在薄膜的成核过程中控制纳米结构的形成。物理气相沉积主要包括以下三点：

①气相物质的产生。在蒸发镀膜方法中，用加热源使其蒸发；而在溅射镀膜中，则

用具有一定能量的粒子轰击靶材。

②气相物质的输送。由于有气体存在时会与气相物质发生碰撞，因此气相物质的

输送往往在真空中进行。

③气相物质的沉积。气相物质在基片上的沉积是一个凝聚过程。根据凝聚条件的

不同，可以形成单晶膜、多晶膜或者非晶态膜。

3.分子组装方法

（1）LB膜技术

LB膜技术就是先将双亲分子在水面上形成有序的紧密单分子薄膜，再利用端基的亲水、疏水作用将单层膜转移到固体基片上。由于基片与分子之间的吸附作用，单分子层级成绩在固体基片上。这样基片反复的进出水面就可以形成多层膜。LB膜随着转移方式的不同可得到X型、Y型和Z型。LB膜的制备是将悬浮在气/液界面的单分子膜转移到基片表面。最常用的方法是垂直拉提法、水平拉提法、亚相降低法、扩散吸附法和接触法。

（2）分子自组装技术

分子自组装（SA）薄膜技术是一种在平衡条件下通过建的相互作用，自发结缔形成性能稳定的、结构完整的薄膜的方法。SA成膜技术主要包括基于化学吸附的自组装成膜技术，和基于物理吸附的离子自组装膜技术。

①基于化学吸附的SA技术

其基本方法是：将表面修饰有某种物质的基片浸入待组装分子的溶液中，待组装分子一端的反应基于基片表面发生自动连续的化学反应，在基片表面形成化学键连接的二维有序单层膜；如果单层膜表面也有具有某种反应活性的基团，则又可以和别的物质反应，如此重复就构建成同质或异质的多成膜。SA技术形成的多层膜有如下主要特征：

①. 原位自发形成；②. 热力学性质稳定；③.物理基片形状如何，其表面均可形成均匀

一致的覆盖层；④.高密度堆积和低缺氧浓度；⑤. 分子有序排列；⑥.可人为设计分子结构和表面结构来获得预期的物理和化学性质；⑦. 有机合成和制膜有很大的灵活性。

②基于物理吸附的SA膜技术

基于物理吸附的SA膜技术又叫做离子自组装技术，其原理是将表面带负电荷的基片浸入阳离子聚电解质溶液中，由于静电吸引，阳离子聚电解质聚集到基片表面，使基片表面带正电，然后将基片再浸入阴离子聚电解质溶液中，如此重复进行，就会形成多层聚电解质自组装膜。

这种建立在静电互相作用原理基础上的自组装技术，是一种新型的制备聚合物纳