纳米薄膜材料的制备

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优缺点：
分子束外延法的优点是：生长温度底，能把诸如扩 散这类不希望出现的热激活过程减少到最低；生长速率慢， 外延层厚度可以精确控制，生长表面或界面可以达到原子 级光滑度，因而可以制备极薄的薄膜；超高真空下生长， 与溅射方法相比更容易进行单晶薄膜生长，并为在确定条 件下进行表面研究和外延生长机理的研究创造了条件；生 长的薄膜能保持原来靶材的化学计量比；可以把分析测试 设备，如反射式高能电子衍射仪、四极质谱仪等与生长系 统相结合以实现薄膜生长的原位监测。 缺点有衬底选择、掺杂技术以及其他辅助技术要求 较高，激光器效率低，电能消耗较大，投资较大；由于分 子束外延设备昂贵而且真空度要求很高，所以要获得超高 真空以及避免蒸发器中的杂质污染需要大量的液氮，因而 提高了日常维持的费用。目前，用这种技术已能制备薄到 几十个原子层的单晶薄膜，以及交替生长不同组分、不同 掺杂的薄膜而形成的超薄层量子阱微结构材料。 9
磁控溅射法
磁控溅射原理 指电子在电场的作用下，在飞向基片 过程中与氩原子发生碰撞，使其电离 产生出氩离子和新的电子；新电子飞 向基片，氩离子在电场作用下加速飞 向阴极靶，并以高能量轰击靶表面， 使靶材料发生溅射。在溅射粒子中， 中性的靶原子或分子沉积在基片上形 成薄膜，而产生的二次电子会受到电 场和磁场作用，产生 E × B 所指的方 向漂移，简称 E × B 漂移，其运动轨 迹近似于一条摆线。
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优缺点：
溶胶－凝胶法可在低温下制备纯度高、粒径分布均 匀、化学活性高的单、多组份混合物,并可制备传统方法 不能或难以制备的产物。 溶胶－凝胶法制备的材料具有多孔状结构，表面积 大，有利于在气敏、湿敏及催化方面的应用，可能会使气 敏、湿敏特性和催化效率大大提高。这种方法得到的粉体 均匀分布、分散性好、纯度高，且锻烧温度低、反应易控 制、副反应少、工艺操作简单。 但一般来说，这种方法所用原料成本较高，所制的 膜致密性较差，易收缩，开裂，适用范围不够广泛。
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分子束外延法
分子束外延法原理 分子束外延法是一种在晶体基片上生 长高质量的晶体薄膜的新技术。在超 高真空条件下，由装有各种所需组分 的炉子加热而产生的蒸汽，经小孔准 直后形成的分子束或原子束，直接喷 射到适当温度的单晶基片上，同时控 制分子束对衬底扫描，就可使分子或 原子按晶体排列一层层地生长在基片 上形成薄膜。
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优缺点：
磁控溅射法具有设备简单，成膜速率高，基片温度 低，膜的粘附性好，镀膜层与基材的结合力强、镀膜层致 密、均匀，可实现大面积镀膜等优点。 目前，磁控溅射是应用最广泛的一种溅射沉积方法， 但是磁控溅射技术在一些工程的应用方面和新出现的技术 问题仍需进一步研究。
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纳米薄膜材料的制备方法
概述：
纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大 的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日 趋成熟。纳米技术对21世纪的信息技术、医学、环境、自 动化技术及能源科学的发展有重要影响,对生产力的发展 有重要作用。
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按原理可分为：
化学方法
1.化学气相沉积(CVD)； 2.溶胶-凝胶(Sol-Gel)法； 3.电沉积法等。
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优缺点：
化学气相沉积法该法制备的纳米微粒颗粒均匀，纯 度高，粒度小，分散性好，化学反应活性高，工艺可控和 连续，可对整个基体进行沉积等优点。 此外，化学气相沉积法因其制备工艺简单，设备投 入少，操作方便，适于大规模生产而显示出它的工业应用 前景。因此，化学气相沉积法成为实现可控合成技术的一 种有效途径。 化学气相沉积法缺点是衬底温度高。随着其它相关 技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化 学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气 相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相 沉积等技术。 化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的 一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。 用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮 5 化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。
物理方法
1.分子束外延法； 2.磁控溅射法等。
化学气相沉积法
化学气相沉积法的原理 化学气相沉积是迄今为止气相法制备 纳米材料应用最为广泛的方法，该方 法是在一个加热的衬底上，通过一种 或几种气态元素或化合物产生的化学 元素反应形成纳米材料的过程。它利 用挥发性的金属化合物的蒸发，通过 化学反应生成所需化合物在保护气体 环境下快速冷凝，从而制备各类物质 的纳米微粒。
溶胶－凝胶法
溶胶－凝胶法原理 溶胶－凝胶法是用易水解的金属化合 物 ( 无机盐或金属盐) 在某种溶剂中形 成均质溶液，溶质发生水解反应生成 纳米级的粒子并形成溶胶，溶胶经蒸 发干燥转变为凝胶 ( 该法为低温反应 过程，允许掺杂大剂量的无机物和有 机物 ) ，再经干燥、烧结等后处理得 到所需的材料，其基本反应有水解反 应和聚合反应。