第五章__几种新型薄膜材料及应用
第五章_柔软复合材料解析
聚芳酰胺纤维纸
Nomex®芳香聚酰胺绝缘材料已在各种电气设备, 在各种特殊场合都得到广泛应用达40年
敞开 干式变压器
发电机
交、直流电机 密封电机
环氧浇注变压器
气体变压ห้องสมุดไป่ตู้ 油浸变压器
整流器
二、柔软复合材料的种类 1、6520聚酯薄膜绝缘纸复合材料
由聚酯薄膜涂以 粘合剂与一层绝 缘纸板复合而成
E级绝缘结构普遍采用这种 复合材料作为槽绝缘、匝 间、相间和衬垫绝缘
5—橡胶辊，6—绝缘纸板开卷架，7—成品收卷辊架
三、柔软复合材料的制造设备
加热压力
粘合剂
通 风
辊
纤维
纸
收卷 （品）成
薄
膜
上胶辊 带
纤维
钢丝刮 纸
刀
橡皮 辊 张力
辊
三层卧式复合机
三、柔软复合材料的制造设备
纤维纸
加热辊 橡皮辊
纤维纸
切边刀 收卷
平台
刮刀 漆槽
加热元件 烘箱
成卷（薄膜 ）
三层立式复合机示意图
1.0 1.5～2.5 2.2
2.7 3.1 3.1～3.2 3.0～5.0
4.5 5.0～6.0
聚芳酰胺纤维纸
聚芳酰胺纤维纸
低温性能
耐湿性
由于NOMEX独特 的聚合结构， 可以在各种低 温条件下应用
NOMEX产品在环境 相对湿度95%时， 其介电强度是完全 干燥状态下的90%
聚芳酰胺纤维纸
聚芳酰胺纤维纸
需经高温轧光实现致密化 轧光
及内部粘结。
检查
聚芳酰胺纤维纸
NOMEX纸的机械性能在纵向（MD）和横 向（XD）上产生很大的差别。
新型薄膜材料制备工艺研究及应用
新型薄膜材料制备工艺研究及应用随着科技的不断发展，人们对新型材料的需求越来越大。
其中，薄膜材料作为一种重要的新型材料，其应用范围越来越广。
新型薄膜材料制备工艺研究及应用也成为了当前的热点话题。
一、薄膜材料的概述薄膜材料是指厚度在0.1微米至100微米之间的一种材料。
它与传统的块材料相比，具有以下明显的特点：1.小尺寸、轻质：薄膜材料由于厚度较小，因此具有小尺寸、轻质等特点，便于运输和操作。
2.优异的物理性能：薄膜材料具有优异的电、磁、光、热等物理性能，可以广泛应用于电子、光电、磁性、传感器等领域。
3.表面反应特性好：薄膜材料由于表面积较大，表面反应性也较好，可用于催化、表面增强拉曼光谱、生物传感等领域。
二、薄膜材料制备工艺1.化学气相沉积法：该方法是通过化学反应沉积材料于基板上，常用的有PECVD、MOCVD、ALD等。
它具有制备高质量的薄膜材料的优点，但是设备成本高，基板种类受限，不能大面积制备。
2.物理气相沉积法：该方法是通过物理过程沉积材料于基板上，常用的有电子束蒸发、磁控溅射、离子束溅射等。
它具有基板种类多样、制备工艺简单等优点，但是制备过程长、制备速率低。
3.溶液法：该方法是通过在溶液中提供所需元素使其自发组成薄膜材料。
它制备工艺简单、成本低等优点，但是膜质量较低、工艺流程复杂。
三、新型薄膜材料应用1.光电子器件制备：薄膜材料具有优异的光电性能，可以制备光电子器件如LED、显示器、光伏电池等。
2.生物医疗领域：薄膜材料可以制备生物传感器、生物芯片等，用于生物医疗领域。
3.环保领域：薄膜材料可以制备过滤膜、分离膜等，用于环保领域的水处理、空气净化等。
4.信息存储领域：薄膜材料可以制备磁性材料、光存储材料等，用于信息存储领域。
四、新型薄膜材料制备工艺研究进展目前，在新型薄膜材料制备工艺方面，国内外学者开展了大量的研究工作。
例如，在电子束蒸发方面，研究人员通过控制离子束中镭气制造缺陷得到优质铜锌锡硫化物薄膜；在离子束溅射方面，研究人员通过氧化态多元金属渗透控制得到了优质的二氧化钛薄膜；在溶液法方面，研究人员通过金属离子交替沉积制备出了高质量的金属氧化物薄膜。
05第五章软包装工艺
制袋 包裝 入庫
五、复合软包装材料
三、软包装复合材料的制作
1.印刷
五、复合软包装材料
三、软包装复合材料的制作
2. 复合 将上述各种包装材料复合在一起形成一个多层结构的
方法有：复合方式有干式复合、湿式复合、挤出复合、无 溶剂复合、共挤出复合工艺 、涂布复合工艺、热压复合工 艺等。
下面就常见的复合方式进行简单介绍：
五、复合软包装材料
三、软包装复合材料的制作方法 2.3、无溶剂复合是采 用无溶剂型粘合剂，将 两种基材复合在一起的 一种方法。无溶剂复合 机除无烘干装置外，其 它与干法复合机大致相 同。
五、复合软包装材料
三、软包装复合材料的制作方法
2.4、挤出复合一般是以PE作为粘合剂，经挤出机T型模头挤出后成 熔融薄膜，在粘合剂处于熔融状态时将两种基材粘合在一起，冷却定 型后成为复合薄膜。
五、复合软包装材料
三、软包装复合材料的制作方法 2.1、 干式复合法 —是 粘合剂（胶水）涂在一 种塑料薄膜上，然后通 过烘道把多余的溶剂挥 发掉，再用热压辊和另 一种塑料薄膜压合在一 起的复合加工艺。
五、复合软包装材料
三、软包装复合材料的制作方法 2.2、湿法复合是在铝 箔、塑料薄膜或纸的表 面涂布一层水溶性粘合 剂，在粘合剂还处于湿 的状态下，通过复合夹 辊与另一基材纸或玻璃 纸等复合在一起，再经 过热烘道干燥即成为复 合薄膜。
五、复合软包装材料
发展方向：
1、抗菌材料: 微生物引起的食物腐败或变质是令人头痛和讨厌的问
题，于是抗菌包装成为热门话题。 2、高阻隔性材料:
目前，性能最好的阻隔材料要数有铝箔的复合材料， 但是由于其不透明、无法微波加热等缺点，为此，研 制 成功一种高阻隔新型材料，它的其他性能等于或优于铝塑 复合包材已成为热点。
第5章+薄膜的生长过程和薄膜结构
特点：每一层原子都自发地平铺于衬底或 者薄膜的表面，降低系统的总能量。
典型例子：沉积ZnSe薄膜时， 一种原子会自发地键合到另 一种原子所形成的表面上。
12
3. 层状-岛状(Stranski-Krastanov)生长模式
在层状—岛状生长模式中，在最开始的一两个原子层厚 度的层状生长之后，生长模式转化为岛状模式。 根本原因：薄膜生长过程中各种能量的相互消长。
3
第一节 薄膜生长过程概述
薄膜的生长过程直接影响到薄膜的结构以 及它最终的性能。 薄膜的生长过程大致划分为两个阶段：新 相形核阶段、薄膜生长阶段。
4
一.薄膜的生长过程
1. 在薄膜形成的最初阶段，一些气态的原子 或分子开始凝聚到衬底表面上，从而开始 了形核阶段。
2. 在衬底表面上形成一些均匀、细小而且可 以运动的原子团，这些原子团称为“岛”。
讨论：
27a12GV 2
（1）在热涨落作用下，半径r< r 的核心由于
降低的趋势而倾向于消失。
（2）r＞ r 的核心则可伴随着自由能不断下降
而长大。
36
（3） G* 可写为：
G*
16vf 3 3GV 2
(2 3cos 4
cos2
)
其中，
第一项
16
3 vf
是自发形核过程的临界自由能变化，
一.形核过程的分类：
在薄膜沉积过程 的最初阶段，都需 要有新核心形成。
新相的形核过程 自发形核
非自发形核
17
自发形核：指的是整个形核过程完全是在相变
自由能的推动下进行的。 发生条件：一般只是发生在一些精心控制的环 境中。
非自发形核过程：指的是除了有相变自由能作
材料物理化学-第五章 表面与界面
湖南工学院
④n↑或↓ 三、吸附与表面改性 吸附：新鲜的固体表面能迅速地从空气中吸附气体或其它物质来降低其表面能。吸附是 一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面现象。 表面改性：通过改变固体表面结构状态和官能团。 表面活性剂：降低体系的表面（或界面）张力的物质。
5.3 无机材料的晶界与相界
液体
开 the contact 两相的化学性能或
F 为润湿张力，θ为润湿角（接触角 angle），由于 所以，润湿先决条件是γSV>γS或γSL很小，当固液 化学结合方式很接近时，是可以满足这一要求。
材料物理化学
固
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改变γSV——减少氧化吸附膜； 改变γSL——两相组成相似； 改变γLV——液体中加入表面活性剂 ⑶浸渍润湿 浸渍润湿指固体浸入液体中的过程。
湖南工学院
第五章
表面与界面
表面的质点由于受力不均衡而处于较高的能阶。这就使物体表面呈现一系列特殊的性 质。高分散度物系比低分散度物系能量高得多，必然使物系由于分散度的变化而使两者在物 理性能（如熔点、沸点、蒸气压、溶解度、吸附、润湿和烧结等）和化学性质（化学活性、 催化、固相反应）方面有很大的差别。随着材料科学的发展，固体表面的结构和性能日益受 到科学界的重视。随着近年来表面微区分析、超高真空技术以及低能电子衍射等研究手段的 发展，使固体表面的组态、构型、能量和特性等方面的研究逐渐发展和深入，并逐渐形成一 门独立学科——表面化学和表面物理。 表面与界面的结构、性质，在无机非金属固体材料领域中，起着非常重要的作用。例如 固相反应、烧结、晶体生长、玻璃的强化、陶瓷的显微结构、复合材料都与它密切相关。 表面：—个相和它本身蒸汽（或真空）接触面称之。 界面：—个相与另一个相（结构不同）接触的分界面称之。 相界：指具有不同组成或结构的两固相间的分界面。 晶界：是指同材料相同结构的两个晶粒之间的边界。 习惯上把液-气界面、固-气界面称为液体表面和固体表面。表面可以由一系列的物理化 学数据来描述（表面积、表面组成、表面张力、表面自由能、熵、焓等），表面与界面的组 成和结构对其性能有着重要的影响。 表面与界面起突出作用的新型材料，如薄膜、多层膜、超晶格、超细微粒与纳米材料等 发展如日中天。
薄膜材料有哪些
薄膜材料有哪些
薄膜材料是一种在工业和科技领域中应用广泛的材料，它具有轻薄、柔韧、透明、耐腐蚀等特点，在电子、光学、医疗、包装等领域有着重要的应用。
薄膜材料的种类繁多，下面将介绍一些常见的薄膜材料及其应用。
首先，聚酯薄膜是一种常见的薄膜材料，它具有优异的机械性能和化学稳定性，适用于印刷、包装、电子等领域。
在包装领域，聚酯薄膜常用于食品包装、药品包装等，其优异的透明性和耐热性能使得产品更加吸引人。
在电子领域，聚酯薄膜常用于制备电子元件、电池等，其优异的绝缘性能和耐高温性能使得电子产品更加稳定可靠。
其次，聚乙烯薄膜是另一种常见的薄膜材料，它具有良好的柔韧性和耐磨性，
适用于包装、农业覆盖、建筑防水等领域。
在包装领域，聚乙烯薄膜常用于塑料袋、保鲜膜等，其良好的密封性和抗拉伸性能使得产品更加实用。
在农业领域，聚乙烯薄膜常用于大棚覆盖、地膜覆盖等，其良好的透光性和抗老化性能使得作物更加茁壮生长。
此外，聚丙烯薄膜也是一种常见的薄膜材料，它具有良好的耐高温性和耐化学
腐蚀性，适用于医疗、包装、建筑等领域。
在医疗领域，聚丙烯薄膜常用于制备医用器械、医用包装等，其良好的无菌性和透明性能使得医疗产品更加安全可靠。
在包装领域，聚丙烯薄膜常用于制备各种包装袋、包装盒等，其良好的耐磨性和耐高温性能使得产品更加耐用。
总的来说，薄膜材料在现代社会中有着广泛的应用，不仅提高了产品的质量和
性能，也为人们的生活带来了便利。
随着科技的不断进步，薄膜材料的种类和应用领域还会不断扩展，相信在未来会有更多新型薄膜材料的涌现，为人类社会的发展做出更大的贡献。
新型薄膜材料的开发及应用研究
新型薄膜材料的开发及应用研究一、引言随着科技的飞速发展，新式薄膜材料成为材料科学领域中备受瞩目的研究方向。
新型薄膜材料具有不同以往常规材料所不具备的优势，例如高强度、高导电性和信息存储性能等，赋予其广泛的应用前景。
本文将从新型薄膜材料的开发及应用两个方面进行研究，旨在阐述这些新材料的优越性和潜在的应用领域。
二、新型薄膜材料的开发1.多元化生产方式通常情况下，生产新型薄膜材料需要结合多种成熟的生产方式，例如热化学气相沉积法、物理气相沉积法、离子束溅射法等，通过逐步改进和优化这些生产方式，新型薄膜材料生产的效率和质量得到极大的提升。
例如，卡尔文石这种新型薄膜材料生产通常采用物理气相沉积法，将合成的卡尔文石材料喷涂于物体表面形成薄膜，因为原材料的优异质量和优秀的制造工艺，这种材料在光学显微领域中具有广泛的应用。
2.原材料的革新新型薄膜材料的开发还需要结合原材料的不断革新与改进。
目前，原材料的天然资源日益短缺，致使薄膜材料的生产推向重要的转折点，如何充分利用现有的资源，及时发展新的替代品成为了未来的发展主流。
例如，在锂电池领域中，电极材料的研究是新型薄膜材料开发的重点领域，利用超纯水合物氧化镓是一种新型的均一化工艺，其制备的氧化镓纳米材料在锂离子电池中具有更加优秀的性能表现。
3.新型薄膜结构的创新除了在原材料的方面不断进行革新创新，新型薄膜材料的结构同样也需要不断创新。
新型薄膜材料的结构设计通常借助计算机模拟手段，评估不同的结构设计方案的优缺点，提高新型薄膜材料的强韧性和附着性。
例如，最新的薄膜材料研究中使用了木纤维素，用其来改善金属表面的性能。
经过实验验证，与普通薄膜相比，在木纤维素支撑薄膜中，使用的交联剂的性能可以得到更好的发挥，从而得以实现强度和可控制性的优化。
三、新型薄膜材料的应用研究1.先进硬件领域的应用新型薄膜材料在先进硬件领域中的应用非常广泛，例如在高清晰度的显示器领域，采用新型薄膜材料制造出的显示屏与普通屏幕相比，有更为准确的颜色还原和更加细腻的图像表现；在手机肖像事业中的应用，新型薄膜材料被用作触摸屏的表面涂料，可以起到防划痕和防油污的作用，扩大了其应用于生产需求量；在物联网领域中的应用，新型薄膜材料可以被应用于不同的传感器和信号输出器，以及一系列的设备跟踪甚至监控这一系列任务。
基本薄膜材料范文
基本薄膜材料范文基本薄膜材料是一种非常薄的材料，通常厚度在纳米至微米的范围内。
它们广泛应用于电子设备、太阳能电池、可穿戴设备和医疗器械等领域。
基本薄膜材料具有很多优点，如轻质、柔韧、透明和高电导性等。
本文将介绍几种常见的基本薄膜材料。
1.氧化物薄膜材料：氧化物薄膜材料具有优异的电学、光学和磁学性质，在电子器件和能源转换领域具有广泛应用。
其中，氧化钇铈薄膜用于固态氧化物燃料电池，氧化锆薄膜用于陶瓷涂层，氧化铝薄膜用于绝缘材料。
2.碳化物薄膜材料：碳化物薄膜材料具有良好的机械性能和热传导性能，在涂层保护、陶瓷刀具和导热材料等领域有广泛应用。
其中，碳化硅薄膜用于涂层保护和光学镀膜，碳化钨薄膜用于硬质合金刀具。
3.金属薄膜材料：金属薄膜材料具有良好的导电性和热传导性，在电子器件、太阳能电池和导热界面材料等领域广泛应用。
其中，铜薄膜用于电子线路和导热材料，铝薄膜用于光学反射镜和电容器。
4.半导体薄膜材料：半导体薄膜材料具有特殊的电子能带结构和电学性质，在光电子学、光伏和集成电路等领域有广泛应用。
其中，硅薄膜用于太阳能电池和集成电路，化合物半导体薄膜材料如氮化物和磷化物用于光电子器件和激光器。
5.无机玻璃薄膜材料：无机玻璃薄膜材料具有很高的化学稳定性和光学透明性，在光学涂层、显示器件和光纤通信等领域广泛应用。
其中，氧化硅薄膜用于光学涂层和显示器件，氮化硅薄膜用于光纤通信。
6.有机薄膜材料：有机薄膜材料具有柔韧性、可塑性和可加工性等特点，在平板显示器、太阳能电池和柔性电子等领域有广泛应用。
其中，聚合物薄膜用于柔性显示器和太阳能电池，有机小分子薄膜用于有机发光二极管。
基本薄膜材料具有不同的特性和应用领域，其制备方法也存在差异。
一般来说，薄膜制备方法可分为物理气相沉积、化学气相沉积和溶液法等。
物理气相沉积包括蒸发、激光蒸发、磁控溅射和分子束外延等方法；化学气相沉积包括化学气相沉积和气相热解等方法；溶液法则包括旋涂、喷涂、浸渍和印刷等方法。
【高中化学】第五章整理与提升2022-2023学年高二化学同步精品课件(人教版2019选择性必修3)
C．合成酚醛树脂(
)的单体是苯酚和甲醇
D．合成顺丁橡胶(
)的单体是
CH2=CH—CH=CH2
考点二：有机合成与推断
典例2：苯酚是一种重要的化工原料。以苯酚为主要起始原料,经下列反应 可制得香料M和高分子N(部分产物及反应条件已略去)。
知合
识成
体
高 分
系子
加聚反应 合成方法 缩聚反应
塑料 ——聚乙烯、酚醛树脂
通用高分子 合成纤维 ——锦纶、涤纶
类别
功能高分子
合成橡胶 ——顺丁橡胶 高分子分离膜 高吸水性树脂
一：高分子的结构特点
1.比较高分子与一般小分子有机物
有机物 举例
结构简式
高分子 聚丙烯 一般有机 丙烯
小分子
[ CH CH2]n CH3 CH3CH=CH2
(2)根据特征现象进行推断
①溴水褪色：一般含碳碳双键、碳碳三键或醛基。 ②酸性高锰酸钾溶液褪色：含碳碳双键、碳碳三键、醛基或为苯的同系物( 与苯环相连的碳原子上连有氢原子)。 ③遇FeCl3溶液显紫色：含酚羟基。 ④加入新制的Cu(OH)2悬浊液(或银氨溶液)，加热后出现砖红色沉淀(或银镜) 含醛基。 ⑤加入Na，产生H2：含羟基或羧基。物质可能为醇、酚、羧酸等。 ⑥加入NaHCO3溶液，产生气体：含羧基。 ⑦加入溴水产生白色沉淀：含酚羟基。 ⑧能水解的有机化合物可能含有酯基、酰胺基或是卤代烃。 ⑨能发生消去反应的可能是醇或卤代烃等
M
M＋28
(关系式中 M 代表第一种有机物的相对分子质量)
(4)根据特征产物推断碳骨架结构和官能团的位置
新型薄膜材料的制备及应用研究
新型薄膜材料的制备及应用研究新型薄膜材料的制备及应用研究摘要：薄膜材料的制备及应用一直是材料科学领域的研究热点。
本文介绍了几种常见的新型薄膜材料的制备方法，并列举了它们在不同领域的应用案例。
通过对新型薄膜材料的研究，我们可以进一步了解其特性和应用潜力，为材料科学领域的发展做出贡献。
关键词：薄膜材料、制备方法、应用案例、特性、潜力1.引言薄膜材料是指厚度在纳米到微米级范围内的材料。
与传统的材料相比，薄膜材料具有较大的比表面积、较高的可控性和较好的性能改善潜力。
因此，薄膜材料在能源、电子器件、生物医学等领域有广泛的应用前景。
2.薄膜材料的制备方法（1）溶液法：溶液法是最常用的薄膜材料制备方法之一。
其基本原理是将原料在溶剂中溶解后，通过蒸发、旋涂、喷涂等方法在基底上形成薄膜。
（2）物理气相沉积法：物理气相沉积法主要分为热蒸发法和磁控溅射法。
基本原理是通过加热或受激励电源，将材料蒸发或溅射，并在基底上生成薄膜。
（3）化学气相沉积法：化学气相沉积法利用气相反应来制备薄膜材料。
常用的方法包括化学气相沉积（CVD）和热反应气相沉积（MOCVD）。
（4）物理沉积法：物理沉积法主要包括电子束蒸发、离子束辐照和激光热解等方法。
其基本原理是将材料加热至蒸发温度，然后将蒸发的材料沉积到基底上形成薄膜。
3.新型薄膜材料的应用案例（1）柔性电子器件：新型薄膜材料具有良好的可拉伸性和透明性，非常适合用于柔性电子器件。
例如，使用柔性导电聚合物薄膜作为电极材料，可以制备出柔性有机太阳能电池和柔性可穿戴设备。
这些器件具有重量轻、可弯曲和可拉伸等特点，可以广泛应用于智能手机和健康监测等领域。
（2）光电器件：新型薄膜材料在光电器件方面也有着广泛的应用。
例如，利用钙钛矿薄膜材料可以制备高效率的太阳能电池。
此外，还可以利用二维薄膜材料的光电特性制备光电转换器件，如光电二极管、光敏电阻和光电导等。
（3）传感器：新型薄膜材料在传感器领域也有较大的应用潜力。
薄膜材料制备原理、技术及应用
薄膜材料制备原理、技术及应用1. 引言1.1 概述薄膜材料是一类具有微米级、甚至纳米级厚度的材料，其独特的性质和广泛的应用领域使其成为现代科学和工程中不可或缺的一部分。
薄膜材料制备原理、技术及应用是一个重要且广泛研究的领域，对于探索新材料、开发新技术以及满足社会需求具有重要意义。
本文将着重介绍薄膜材料制备的原理、常见的制备技术以及不同领域中的应用。
首先，将详细讨论涂布法、旋涂法和离子束溅射法等不同的制备原理，分析各自适用的场景和优缺点。
然后，将介绍物理气相沉积技术、化学气相沉积技术以及溶液法制备技术等常见的薄膜制备技术，并比较它们在不同实际应用中的优劣之处。
最后，将探讨光电子器件、传感器和生物医药领域等各个领域中对于薄膜材料的需求和应用，阐述薄膜材料在这些领域中的重要作用。
1.2 文章结构本文将按照以下顺序进行介绍：首先，在第二部分将详细介绍薄膜材料制备的原理，包括涂布法、旋涂法以及离子束溅射法等。
接着，在第三部分将探讨物理气相沉积技术、化学气相沉积技术以及溶液法制备技术等常见的制备技术。
然后，在第四部分将介绍薄膜材料在光电子器件、传感器和生物医药领域中的应用，包括各个领域需求和现有应用案例。
最后，在结论部分对整篇文章进行总结，并提出未来研究方向和展望。
1.3 目的本文旨在全面系统地介绍薄膜材料制备原理、技术及应用，为读者了解该领域提供一个基本知识框架。
通过本文的阐述，读者可以充分了解不同的制备原理和方法，并了解到不同领域中对于特定功能或性质的薄膜材料的需求与应用。
同时，本文还将重点突出薄膜材料在光电子器件、传感器和生物医药领域中的重要作用，以期为相关研究提供参考和启发。
以上为“1. 引言”部分内容的详细清晰撰写，请根据需要进行修改补充完善。
2. 薄膜材料制备原理：2.1 涂布法制备薄膜：涂布法是一种常见的制备薄膜的方法，它适用于各种材料的制备。
首先，将所需材料以溶解或悬浮态形式制成液体，然后利用刷子、喷雾或浸渍等方式将液体均匀地涂敷在基板上。
非晶薄膜
VT XT = V Vext = V
Vu Xu = V
1 = X u + XT
定义扩展体积
Vext
有
X ext
用成核及成长来描述从非晶到晶相的相变，推导Avrami公式
23
定义单位时间、单位体积成核数目——成核速率 R N 形成新的相变区 在 τ → τ + dτ 时间间隔中，在未相变区域中的新相变区数目 (成核数目)： N = R V dτ
例如：对前面的方程（2）积分，考虑球形核： π 相同 3 4 π
X ext =
3
RN RG t
XT =
带入Avrami公式，
3
R N RG t
3 4
初始阶段
X T = 1 − exp(− Kt 4 )
K= =
相变后期 成核速率
不同的极小值对应不同的相，不同 的相对应的组分不同 如何使二元系统保持在某一极小值？ A B 或者，如何从一个亚稳的极小值 （一个相）变化到另一个稳定的极 自由能与组分关系曲线 小值（另一个相）？ 单纯变化组分
10
不够
还要克服成核势垒
考虑薄膜反应，讨论形成非晶的条件
亚稳相
ΔG0
ΔG1
能量
ΔH 0
双层膜状态与稳定态和 亚稳态之间的能量差
Vext = 0
const . = 0
X ext = − ln(1 − X T )
X T = 1 − exp(− X ext )
27
Avrami公式
如果能够通过模型给出Xext~t 的具体表达式，则可以得到XT~t 关系，与实际情况对照，讨论薄膜生长模式
dVext = Vτ RN (VT + Vu )dτ
薄膜材料 第五章 薄膜的形成、生长与结构
• 5.1.2 薄膜的生长模式
• 薄膜的生长模式可以归纳为三种： • （1）岛状模式（Volmer-Weber模式）； • （2）层状模式（Frank-van der
Merwe）； • （3）层岛复合模式（Stranski-
Krastanov） • 三种模ຫໍສະໝຸດ 的示意图5.256
1. 岛状模式
• 当被沉积物质的原子或分子彼此间的结 合比它们与衬底间的结合强很多时，被 沉积物质更倾向于自己相互键合起来形 成三维的岛，避免了与衬底原子发生键 合。这种模式就是岛状模式，如图5.2(a) 所示。
18
• 温度对n*的影响：
• 一方面，温度增加会提高新相的平衡蒸 气压，并导致△G*增加而形核率减小；
• 另一方面，温度增加时原子的脱附几率 增加。
• 在一般情况下，温度上升会使n*减少， 而降低衬底温度一般可以获得较高的薄 膜形核率
19
• 要想获得平整、均匀的薄膜沉积， 需要提高 n*，即降低 r*。
• 借助图5.3，研究一下从过饱和气相中凝 结出一个球形的新相核心的过程。
11
12
• 当形成这样一个新相核心时，体自由能 的变化
4／3 r3 G V 其 中，r为 新 相 核 心 半 径 ；
G
为
V
单
位
体
积
的
固
相
在
凝结
过
程
中的相变自由能之差。
G
＝
V
－k T
ln(1
S)
(5- 2)
其 中 ，S P - PV 气 相 的 过 饱 和 度 ； PV
• 有效地做法是在形核阶段大幅度提 高气相的过饱和度，以形成核心细 小、致密连续的薄膜。
几种新型薄膜材料及应用
电介质的基本特征是，在外电场的作用下， 电介质中要出现电极化，即将原来不带电 的电介质置于外电场中，在其内部和表面 上将会感生出一定的电荷。
本节主要介绍用于混合集成电路、半导体 集成电路及薄膜元器件中的介质薄膜的制 作、性质及应用
5.2.2 氧化物电介质薄膜的制备及应用
1、氧化物电介质薄膜的制备
SnO2晶体具有正四面体金 红石结构(a＝4.738Å， c=3.188 Å)，如图所示。 它是一种宽禁带半导体材 料，其禁带宽度Eg=3.6eV， 纯SnO2存在晶格氧缺位， 在禁带内形成ED＝-0.15eV 的施主能级，属于n型半导 体，一般处于简并或接近 于简并状态。
5.3.2 透明导电薄膜制备方法
③化学气相沉积法 将玻璃衬底加热至高温，并使其 表面吸附金属有机化合物的热蒸气，然后通过喷涂 在基片表面上引起分解氧化反应，由此析出金属氧 化物。金属有机化合物可用(CH3)2SnCl2等；并且， 还可以掺杂SbCl3。
④溅射法
锡掺杂的In2O3(tin-doped indium oxide，简 称ITO)薄膜是一种n型半导体材料，它具有 较宽的带隙（3.5eV～4.3eV）， 较高的载 流子密度（1021cm-3）。另外，ITO薄膜还 具有许多其它优异的物理、化学性能，例 如高的可见光透过率和电导率，与大部分 衬底具有良好的附着性，较强的硬度以及 良好的抗酸、碱及有机溶剂能力。因此， ITO薄膜被广泛应用于各种光电器件中，如 LCDs(Liquid Crystal Display)、太阳能电池、 能量转换窗口、固态传感器和CRTs。
目前，玻璃衬底电池上电极用的TCO膜是SnO2膜或 SnO2/ZnO复合膜，不锈钢衬底电池上电极用的 TCO膜为ITO膜。最近已经在聚酯（PET）薄膜衬 底上制备了透明氧化物导电薄膜。
新型薄膜材料的制备及应用研究
新型薄膜材料的制备及应用研究一直以来都备受关注，随着科技的不断发展，人们对薄膜材料的要求也越来越高。
薄膜材料是一种在晶体硅基底上生长的高级功能材料，它的应用领域十分广泛，包括光伏发电、光学器件、半导体器件等等。
因此，对新型薄膜材料的研究和开发具有重要的意义。
首先，我们需要了解薄膜材料的制备方法。
薄膜材料的制备主要有物理气相沉积、化学气相沉积以及溶液法等多种方法。
在这些方法中，物理气相沉积是一种常用的技术，通过在真空条件下将材料蒸发或溅射到基底表面上进行生长。
化学气相沉积则是通过将气体中的反应物质转化成固体颗粒来生长薄膜。
溶液法则是将溶解的前驱体液滴在基底表面上，通过蒸发或化学反应来形成薄膜。
这些方法各有优劣，需要根据具体应用需求来选择合适的方法。
其次，薄膜材料的特性对其应用有着重要影响。
薄膜材料具有很高的表面积，因此在光伏发电领域具有很好的应用前景。
光伏发电是利用半导体材料吸收太阳光能转化为电能的技术，而薄膜材料可以大大提高光伏发电的效率。
此外，薄膜材料还具有优异的光学性能，可以用于制备高效的光学器件。
在半导体器件方面，薄膜材料也可以发挥重要作用，例如制备高效的太阳能电池、传感器等。
再者，新型薄膜材料的应用也在不断拓展。
随着人们对能源的需求不断增加，新型薄膜材料在能源领域的应用也变得越来越重要。
例如，柔性太阳能电池利用薄膜材料可以在各种表面上实现光伏发电，具有很高的应用潜力。
此外，新型薄膜材料还可以用于制备高效的热电材料、燃料电池等，为人们提供更加便捷的能源解决方案。
梳理一下本文的重点，我们可以发现，新型薄膜材料的制备及应用研究具有很高的科研价值和应用前景。
通过不断深入研究，我们可以更好地掌握薄膜材料的制备方法和特性，推动其在各个领域的应用发展。
希望未来能有更多的科研人员加入到新型薄膜材料的研究中，共同开拓出更多的应用可能性，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
农用地膜的种类及应用
农用地膜的种类及应用农用地膜是一种用于农业生产中的覆盖材料，主要用于遮阳、防雨、保温、透湿等功能，能够改善作物生长环境、提高产量和质量。
下面将介绍几种常见的农用地膜种类及其应用。
1. 隧道地膜：隧道地膜是一种用于农业种植的覆膜材料，可以形成一个临时的温室效应，提供保温、保湿、遮阳等功能，有助于延长种植季节和增加产量。
常见的隧道地膜材料有PE地膜、EVA地膜等，广泛用于蔬菜、水果、花卉等种植中。
2. 遮阳地膜：遮阳地膜是一种用于农业遮阳覆盖的薄膜材料，具有良好的遮阳性能，能够有效地阻挡光线，减轻光照对植物的影响，降低温度，提供适宜的生长环境。
遮阳地膜一般为黑色或绿色，常用于农作物的生长期，如棉花、辣椒、西瓜等的种植中。
3. 保温地膜：保温地膜是一种用于农田覆盖的材料，可以有效地保持土壤温度，减少冷害，提高农作物的生长速度和品质。
保温地膜一般为白色或透明，具有较好的透湿性能，广泛应用于早春和秋冬季节的农作物种植中。
4. 防雨地膜：防雨地膜是一种用于防止雨水渗入土壤的材料，主要用于大田作物的覆盖。
防雨地膜常用于水稻和小麦等农作物的种植，能够减少雨水对农作物的冲击和侵蚀，保护作物地上部分和根系，提高产量和品质。
5. 透湿地膜：透湿地膜是一种同时具有透水和透气功能的地膜材料，能够保持土壤湿润度和透气性，改善土壤环境和增强植物根系的呼吸作用。
透湿地膜常用于果树、葡萄、瓜果蔬菜等作物的种植，有利于提高植物的光合作用效率和养分吸收，增加产量和品质。
总之，农用地膜是农业生产中一种重要的覆盖材料，不同种类的地膜具有不同的功能和应用场景。
通过合理选择和使用地膜，可以改善农作物的生长条件，提高产量和质量，实现农业的可持续发展。
第五章纳米薄膜
• Ni80Fe20/Cu纳米多层膜，NiFe膜厚3nm，Cu膜厚0.4~4nm， Cu膜的厚度对巨磁电阻效应呈正态分布，1nm时最大
5.1.3 光学性质
• 激子吸收峰的膜厚效应 多层膜的每层膜的厚度与激子玻尔半径(B)相比拟或小于激 子玻尔半径时，在光的照射下，吸收谱上会出现激子吸收峰。
影响因素：组分材料的相对含量及调制波长。
韧性相(金属)含量低时，韧性随着韧性 相含量的增加而上升，但上升到一定程 度反而下降。例如：TiC/Fe, TiC/Al, TiC/W
• 耐磨性
Cu/Ni多层膜：调制波长越小，使其磨损明显变大 的临界载荷越大
5.1.2 磁学性能
• -Fe/Ne2Fe4B永磁铁－纳米双相交换耦合多层膜，软磁相 或硬磁相的厚度为某一临界值时，该永磁膜的成核场达到 最大值(《化学物理学报》，1999,1）
次实现单分子膜转移到固体衬底，10年后 Blodgett实现多层膜连续转移 • 在水气界面上将不溶解的成膜材料分子加 以紧密有序的排列，形成单分子膜，然后 再转移到固体衬底上的制膜技术。
• 应用：光学器件、敏感(红外敏感、气敏)器 件、分子器件、光致(热致、电致)变色LB 膜
5.2.3 LB膜法
• 三个阶段：
• 调制波长：多层膜中相邻两层金属或合金的厚度之和
不同纳米结构薄膜的结构比较
纳米结构薄膜
纳米颗粒膜
纳米晶薄膜
纳米多层膜
纳米颗粒
基材 纳米(晶)相
纳米薄膜
5.1 纳米薄膜的性质及其用途
5.1.1 力学性质
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图5-1 铁电体电滞回线示意图
铁电体的基本性质就是铁电体的极化方向随外电场方 向反向而反向。极化强度与外电场的关系曲线如图51所示，此曲线即电滞回线（hysteresis loop）。图 中PsA是饱和极化强度， Pr是剩余极化强度， EC是矫 顽场。 由于晶体结构与温度有密切的关系，所以铁电性通常 只存在于一定的温度范围内。当温度超过某一特定的 值时，晶体由铁电(ferroelectric)相转变为顺电 （paraelectric）相，即发生铁电相变，自发极化消 失，没有铁电性。这一特定温度Tc称为居里温度或居 里点(Curie Temperature)。
SnO2晶体具有正四面体金 红石结构(a＝4.738Å， c=3.188 Å)，如图所示。 它是一种宽禁带半导体材 料，其禁带宽度Eg=3.6eV， 纯SnO2存在晶格氧缺位， 在禁带内形成ED＝-0.15eV 的施主能级，属于n型半导 体，一般处于简并或接近 于简并状态。
5.3.2 透明导电薄膜制备方法 （1）玻璃衬底上制备透明导电薄膜 透明导电膜的制作方法有：喷雾法、涂覆法、浸渍法、 化学气相沉积法、真空蒸镀法、溅射法等。下面就几 种主要方法进行简单介绍。 ①喷雾法（喷涂法） 将清洗干净的玻璃放在炉内，加热到500～700℃后， 用氯化锡（SnCl4）溶于水或在有机溶剂中形成的溶 液均匀喷涂在玻璃衬底表面上，形成一定厚度的薄膜。 即，喷涂法将SnCl4的水溶液或有机溶液喷涂到 500～700℃的玻璃衬底上，经过SnCl4和H2O的反应 生成SnO2薄膜（另一种反应产物HCl被挥发）。衬 底温度降到300℃，生成的SnO2薄膜为非晶态，其 电阻率急剧升高。
目前，铁电薄膜制备工艺主要有以下四种，
表5-1给出这四种主要制膜技术的发展现状。 ⑴溅射法 ⑵MOCVD技术 ⑶Sol-Gel法 ⑷PLD法
表5-1 铁电薄膜四种主要制备技术的对比
项目
附着力 复杂化合物沉积 沉积速率 均匀性 显微结构 化学计量比控制
溅射法
很好 不好 一般 好 好 较好
PLD法
5.3.1 透明导电薄膜的种类与特性
透明导电膜分为：金属薄膜、半导体薄膜、复合膜和 高分子电介质膜等，其薄膜的构成、导电性以及透明 度见表5-2。 可形成导电层的材料有SnO2、In2O3、In2O3-SnO2、 Cd2SnO4、Au、Pd等。 金属薄膜中由于存在着自由电子，因此即使很薄的膜 仍呈现出很好的导电性，若选择其中对可见光吸收小 的物质就可得到透明导电膜。金属薄膜系列虽然导电 性好，但是透明性稍差。 半导体薄膜系列以及高分子电介质系列恰恰相反：导 电性差，透明度好。 多层膜系列的导电性与透明度都很好。
为了进一步降低电阻率，可以制备氧化物/金属/氧 化物复合膜，如SnO2/ Au/SnO2复合膜等，其中 的金属膜厚度小于2nm，此时Au、Ag等金属膜具
有良好的透光性。也可以制成 Bi2O3(45nm)/Au(13nm)/ Bi2O3(45nm)、 TiO2(18nm)/Ag(18nm)/ TiO2(18nm)、 SiO/Au/ZrO2等以金属为主的复合导电膜，这里底 层氧化物主要用于避免很薄的金属膜形成厚度不 均匀的岛状结构，顶层氧化物主要用于保护强度 偏低的金属膜。这种复合膜的导电性优于单层的 氧化物导电膜，透光性也很接近氧化物导电膜， 但制备工艺较复杂。
5.3 透明导电氧化物（TCO）薄膜及应用
透明导电氧化物(transparent conductive oxide简称 TCO)薄膜是一种十分重要的光电材料，其特点是禁 带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低。由于它 具有优异的光电特性，在太阳电池、液晶显示器、 气体传感器、飞机和汽车窗导热玻璃（以防雾和防 结冰）等领域得到广泛的应用。目前已发展成为一 类高新技术产业。过去这种膜是以玻璃为衬底，现 在也可应用在柔性衬底（有机薄膜）上，可以扰曲 和大面积化，成本也较低。
电介质的基本特征是，在外电场的作用下，
电介质中要出现电极化，即将原来不带电 的电介质置于外电场中，在其内部和表面 上将会感生出一定的电荷。 本节主要介绍用于混合集成电路、半导体 集成电路及薄膜元器件中的介质薄膜的制 作、性质及应用
5.2.2 氧化物电介质薄膜的制备及应用 1、氧化物电介质薄膜的制备 氧化物介质薄膜在集成电路和其它薄膜器件中有广 泛的应用，例如SiO2薄膜的生长对超大规模集成电 路平面工艺的发展有过重要的贡献。SiO2薄膜是MOS 器件的重要组成部分，它在超大规模集成电路多层 布线中是隔离器件的绝缘层，并且能阻挡杂质向硅 单晶的扩散。 二氧化硅可见光区折射率1.46，透明区域从0.18～8 mm。
为了降低薄膜的电阻率，可以在制备时掺入SbCl3 等掺杂剂、并且使薄膜偏离化学比（如x=0.1的 SnO2-x）。浸涂法将500～700℃的玻璃衬底浸入沸 腾的上述溶液，取出后缓慢冷却，就可以得到比喷 涂法更均匀的SnO2薄膜。
SnO2薄膜具有四方的金红石结构(a=0.7438nm， c=0.3188nm)，高温制备得到（110）织构，低温 制备得到（200）织构。用上述方法得到的SnO2薄 膜电阻率约为4×10-4cm。
好ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
好 较高 一般 较少
好
一般 一般 较少 较少
5.2 电介质薄膜及应用
5.2.1 概述 通常人们将电阻率大于1010Ω·cm的材料称为“绝缘 体”，并且简单地认为电介质就是绝缘体，其实这是 不确切的。严格地说，绝缘体是指能够承受较强电场 的电介质材料，而电介质材料除了绝缘特性外，主要 是指在较弱电场下具有极化能力并能在其中长期存在 （电场下）的一种物质。与金属不同，电介质材料内 部没有电子的共有化，从而不存在自由电子，只存在 束缚电荷，通过极化过程来传递和记录电子信息，与 此同时伴随着各种特征的能量损耗过程。因此，电介 质能够以感应而并非传导的方式来传递电磁场信息。
金属薄膜
半导体薄膜 复合薄膜
聚苯乙烯磺酸盐，聚 三甲基苄基乙烯氯化 高分子电介质 铵（它自身不是透明 导电膜，但它刻使薄 膜具有透明导电性）
氧化物导电薄膜主要有二氧化锡SnO2（tin oxide， TO），In2O3，掺锡氧化铟(tin doped indium oxide简称ITO，铟锡氧化物SnO2- In2O3 (indium tin oxide，ITO)，氧化锌ZnO，CdO，Cd2SnO4等， 它们是导电性良好的透明薄膜，一般制备在玻璃衬 底上作为光电器件的电极。 目前，玻璃衬底电池上电极用的TCO膜是SnO2膜或 SnO2/ZnO复合膜，不锈钢衬底电池上电极用的 TCO膜为ITO膜。最近已经在聚酯（PET）薄膜衬 底上制备了透明氧化物导电薄膜。
好 很好 好 好 好 好
MOCVD法
好 不好 好 很好 好 很好
Sol-Gel法
好 好 一般 很好 很好 很好
退火温度
掺杂难度 厚度控制
低
困难 容易
较低
一般 容易
较低
容易 容易
较高
容易 困难
重复性
沉积外延膜 工艺开发要求 设备耗资 扩大规模的难度和成本
一般
好 一般 较大 较高
较好
好 一般 较大 一般
Si3N4薄膜和SiO2薄膜类似，它也可以在集成
电路中起钝化作用。它还是MNOS型（N为 氮化物）非易失存储器的组成部分。 Si3N4薄 膜的最成熟的制备方法是CVD方法，例如用 硅烷和氨热分解形成Si3N4薄膜。
2、氧化物电介质薄膜的应用
（1）用作电容器介质 在薄膜混合集成电路中，用作薄膜电容器介质的 主要有SiO、SiO2、Ta2O5以及Ta2O5 -SiO(SiO2) 复合薄膜等。一般情况下，若薄膜电容器的电容 在10～1000pF范围，多选用SiO薄膜和Ta2O5 SiO复合介质薄膜；在10～500pF范围多选用 SiO2介质，在500～5000pF范围多选用Ta2O5介 质。 （2）用作隔离和掩膜层 在半导体集成电路中，利用杂质在氧化物（主要 是SiO2介质）中的扩散系数远小于在Si中的扩散 系数这一特性，SiO2等氧化物常用作对B、P、As、 Sb等杂质进行选择性扩散的掩蔽层。
SiO2薄膜的生长经常采用硅单晶表层氧化的方法， 这种方法是一种反应扩散过程。硅的热氧化有干氧 和湿氧之分。前者利用干燥的氧气，后者利用水汽 或带有水汽的氧气。1050℃下O2，H2O，H2在SiO2 中的扩散系数分别为D(O2)=2.82×10-14cm2s-1、 D(H2O)=9.5×10-10 cm2s-1、 D(H2)=2.2×10-8cm2s-1。H2O在SiO2薄膜中的溶解 度还比氧气大几百倍，从而使前者的浓度梯度大得 多。由此可见，湿法氧化比干氧氧化要快的多，相 应的湿法氧化温度可以低一些。
第五章 几种新型薄膜材料及应用
5.1 铁电薄膜材料及其应用
5.1.1 铁电材料的研究发展 铁电体是一类具有自发极化的介电晶体，且 其极化方向可以因外电场方向反向而反向。 存在自发极化是铁电晶体的根本性质，它来 源于晶体的晶胞中存在的不重合的正负电荷 所形成的电偶极矩。 具有铁电性，且厚度在数十纳米至时微米的 薄膜材料，叫铁电薄膜。
②浸渍法 与喷雾法相同，将玻璃衬底加热到500～ 700℃，同时将主要溶解有锡盐的有机溶液加热至 沸腾，然后将玻璃短时间地浸入溶液后取出，慢慢 地冷却。这样得到的膜质地较硬，与喷雾法相比， 在长、宽等方向上的均匀性也很好。 ③化学气相沉积法 将玻璃衬底加热至高温，并使其 表面吸附金属有机化合物的热蒸气，然后通过喷涂 在基片表面上引起分解氧化反应，由此析出金属氧 化物。金属有机化合物可用(CH3)2SnCl2等；并且， 还可以掺杂SbCl3。
氧化物透明导电膜具有高透射率、高持久性,
因此广泛使 用。分别有:ITO；ATO(SbSnO2)，FTO(F-SnO2)，AZO (Al-ZnO)， CdIn2O4，Cd2SnO4等。这些材料的能带宽度 在3.5 eV以上,而且载体电子密度为1020～ 1021cm-3,因此不管是多 晶体还是非晶体，它 们是一种迁移率达到10～30cm2· V-1·s-1的特 殊物质群。