纳米薄膜的制备方法课件
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薄膜材料概述ppt课件
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Leading Physical Property Analysis of Thin-Film Materials
专注 激情 严谨 勤勉13
薄膜制备分类 1、物理气相沉积（PVD）
采用物理方法使物质的原子或分子逸出，然后沉积 在基片上形成薄膜的工艺
根据使物质的逸出方法不同，可分为蒸镀、溅射和 离子镀 （1）真空蒸镀
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21
化学气相沉积CVD
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薄膜制备分类
金属有机化学气相沉积（MOCVD）
原料主要是金属（非金属）烷基化合物。 优点是可以精确控制很薄的薄膜生长，适于制 备多层膜，并可进行外延生长。
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薄膜的形成机理
薄膜的生长过程 (1) 核生长型（Volmer Veber型） 特点：到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核 ，后续飞来的沉积原子不断聚集在核附近，使核 在三维方向上不断长大而最终形成薄膜。 这种类型的生长一般在衬底晶格和沉积膜晶 格不相匹配（非共格）时出现，大部分的薄膜的 形成过程属于这种类型。
金属膜是在电子学领域中应用最为广泛的 一种薄膜。例如，半导体器件的电极、各种集 成电路中的导线和电极、电阻器、电容器、超 导器件、敏感元件和光纤通信用元器件等。虽 然各种元器件及集成电路对金属膜性能有不同 要求，但是作为共性的要求则需集中研究，例 如：电阻率、电阻率温度系数和非欧姆特性等 与膜厚、环境温度和电场的关系等。
①小岛阶段—②结合阶段—③沟道阶段—④连续薄膜
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薄膜基底种类
基底又称：基片，衬底
陶瓷基底 金属基底 各种工具刀具件 玻璃基底 树脂基底 高分子基底 柔性基底
单晶硅
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玻璃
纳米材料的制备与应用课件
Ag的纳米微粒具有五边形十面体形状。 纳米材料的制备与应用课件
纳米材料的制备与应用课件
纳米材料的制备与应用课件
2. 纳米微粒的物理特性
纳米微粒具有大的比表面积，表 面原子数、表面能和表面张力随粒径 的下降急剧增加，小尺寸效应，表面 效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道 效应等导致纳米微粒的热、磁、光、 敏感特性和表面稳定性等不同于常规 粒子，这就使得它具有广阔的应用前 景。
2.4 表面活性和敏感特性
纳米微粒具有高的表面活性。金属纳米微 粒粒径小于5nm时，使催化性和反应的选 择性呈特异行为。 例如，用Si作载体的Ni纳米微粒作催化剂 时，当粒径小于5nm时，不仅表面活性好， 使催化效应明显，而且对丙醛的氢化反应 中反应选择性急剧上升，即使丙醛到正丙 醛氢化反应优先进行，而使脱羰引起的副 反应受到抑制。
纳米材料的制备与应用课件
美国国家纳米计划2000年和2001 年的部门预算
2000 年预算 2001 年预算 增长率
国家科学基金会 0.97 亿$ 2.17 亿$ 124%
国防部
0.70 亿$ 1.10 亿$ 57%
能源部
0.58 亿$ 0.94 亿$ 66%
航天航空
0.05 亿$ 0.20 亿$ 300%
纳米材料的制备与应用课件
1990年4月IBM 公司的 科学家用35个 氙原子排列 成“IBM”字样, 开创了人类 操纵单个原子 的先河.
纳米材料的制备与应用课件
（3）纳米生物方面：纳米科技可使基因 工程变得更加可控，人们可根据自己的 需要，制造出多种多样的生物“产品”。 （4）纳米微机械和机器人方面：可以利 用纳米微电子学控制形成尺寸比人体红 血球小的纳米机器人，直接打通脑血栓， 清出心脏动脉脂肪沉积物，也可以通过 把多种功能纳米微型机器注入血管内， 进行人体全身检查和治疗。药物也可制 成纳米尺寸，直接注射到病灶部位，提 高医疗效果，减少副作用。
纳米材料的制备与应用课件
纳米材料的制备与应用课件
2. 纳米微粒的物理特性
纳米微粒具有大的比表面积，表 面原子数、表面能和表面张力随粒径 的下降急剧增加，小尺寸效应，表面 效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道 效应等导致纳米微粒的热、磁、光、 敏感特性和表面稳定性等不同于常规 粒子，这就使得它具有广阔的应用前 景。
2.4 表面活性和敏感特性
纳米微粒具有高的表面活性。金属纳米微 粒粒径小于5nm时，使催化性和反应的选 择性呈特异行为。 例如，用Si作载体的Ni纳米微粒作催化剂 时，当粒径小于5nm时，不仅表面活性好， 使催化效应明显，而且对丙醛的氢化反应 中反应选择性急剧上升，即使丙醛到正丙 醛氢化反应优先进行，而使脱羰引起的副 反应受到抑制。
纳米材料的制备与应用课件
美国国家纳米计划2000年和2001 年的部门预算
2000 年预算 2001 年预算 增长率
国家科学基金会 0.97 亿$ 2.17 亿$ 124%
国防部
0.70 亿$ 1.10 亿$ 57%
能源部
0.58 亿$ 0.94 亿$ 66%
航天航空
0.05 亿$ 0.20 亿$ 300%
纳米材料的制备与应用课件
1990年4月IBM 公司的 科学家用35个 氙原子排列 成“IBM”字样, 开创了人类 操纵单个原子 的先河.
纳米材料的制备与应用课件
（3）纳米生物方面：纳米科技可使基因 工程变得更加可控，人们可根据自己的 需要，制造出多种多样的生物“产品”。 （4）纳米微机械和机器人方面：可以利 用纳米微电子学控制形成尺寸比人体红 血球小的纳米机器人，直接打通脑血栓， 清出心脏动脉脂肪沉积物，也可以通过 把多种功能纳米微型机器注入血管内， 进行人体全身检查和治疗。药物也可制 成纳米尺寸，直接注射到病灶部位，提 高医疗效果，减少副作用。
化学气相沉积法ppt课件
MOCVD是常规CVD技术的发展，它用容易分 解的金属有机化合物作初始反应物，因此沉积 温度较低。
优点：可以在热敏感的基体上进行沉积；
缺点：沉积速率低，晶体缺陷密度高，膜中杂质 多。
原料输送要求：把欲沉积膜层的一种或几种组分 以金属烷基化合物的形式输送到反应区，其他 的组分可以氢化物的形式输送。
精选ppt
(A)CVD的原理
CVD的机理是复杂的，那是由于反应气体中不同 化学物质之间的化学反应和向基片的析出是同 时发生的缘故。
基本过程：通过赋予原料气体以不同的能量使其 产生各种化学反应，在基片上析出非挥发性的 反应产物。
图3.14表示从TiCl4+CH4+H2的混合气体析出 TiC过程的模式图。如图所示，在CVD中的析出 过程可以理解如下：
精选ppt
7
⑥绕镀性好：可在复杂形状的基体上及颗粒材 料上沉积。
⑦气流条件：层流，在基体表面形成厚的边界 层。
⑧沉积层结构：柱状晶，不耐弯曲。通过各种 技术对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶 粒的等轴沉积层。
⑨应用广泛:可以形成多种金属、合金、陶瓷和 化合物沉积层
精选ppt
8
（2）CVD的方法
LCVD技术的优点：沉积过程中不直接加热整块 基板，可按需要进行沉积，空间选择性好，甚 至可使薄膜生成限制在基板的任意微区内；避 免杂质的迁移和来自基板的自掺杂；沉积速度
比2
(D)超声波化学气相沉积(UWCVD)
定义：是利用超声波作为CVD过程中能源的一种 新工艺。
①常压CVD法； ②低压CVD法； ③热CVD法； ④等离子CVD法； ⑤间隙CVD法； ⑥激光CVD法； ⑦超声CVD法等。
精选ppt
14
(C)CVD的流程与装置
优点：可以在热敏感的基体上进行沉积；
缺点：沉积速率低，晶体缺陷密度高，膜中杂质 多。
原料输送要求：把欲沉积膜层的一种或几种组分 以金属烷基化合物的形式输送到反应区，其他 的组分可以氢化物的形式输送。
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(A)CVD的原理
CVD的机理是复杂的，那是由于反应气体中不同 化学物质之间的化学反应和向基片的析出是同 时发生的缘故。
基本过程：通过赋予原料气体以不同的能量使其 产生各种化学反应，在基片上析出非挥发性的 反应产物。
图3.14表示从TiCl4+CH4+H2的混合气体析出 TiC过程的模式图。如图所示，在CVD中的析出 过程可以理解如下：
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7
⑥绕镀性好：可在复杂形状的基体上及颗粒材 料上沉积。
⑦气流条件：层流，在基体表面形成厚的边界 层。
⑧沉积层结构：柱状晶，不耐弯曲。通过各种 技术对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶 粒的等轴沉积层。
⑨应用广泛:可以形成多种金属、合金、陶瓷和 化合物沉积层
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8
（2）CVD的方法
LCVD技术的优点：沉积过程中不直接加热整块 基板，可按需要进行沉积，空间选择性好，甚 至可使薄膜生成限制在基板的任意微区内；避 免杂质的迁移和来自基板的自掺杂；沉积速度
比2
(D)超声波化学气相沉积(UWCVD)
定义：是利用超声波作为CVD过程中能源的一种 新工艺。
①常压CVD法； ②低压CVD法； ③热CVD法； ④等离子CVD法； ⑤间隙CVD法； ⑥激光CVD法； ⑦超声CVD法等。
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(C)CVD的流程与装置
第二章薄膜的制备ppt课件
在信息显示技术中的应用
在信息存贮技术中的应用
• 第二是在集成电路等电子工业中的应用， 其中，从外延薄膜的生长这一结晶学角 度看也具有显著的成果。
在计算机技术中的应用
在计算机技术中的应用
• 第三是对材料科学的贡献。薄漠制 备是在非平衡状态下进行，和通常的热 力学平衡条件制备材料相比具有：所得 材料的非平衡特征非常明显;可以制取普 通相图中不存在的物质;在低温下可以制 取热力学平衡状态下必须高温才能生成 的物质等优点。
薄膜的主要特性
• 材料薄膜化后，呈现出的一部分主要特性：
•
几何形状效应
• 块状合成材料一般使用粉末的最小尺寸为 纳米至微米，而薄膜是由尺寸为1埃左右的原子
或分子逐渐生长形成的。采用薄膜工艺可以研
制出块材工艺不能获得的物质(如超晶格材料)，
在开发新材料方面，薄膜工艺已成为重要的手
段之一。
非热力学平衡过程
无机薄膜制备工艺
• 单晶薄膜、多晶薄膜和非晶态薄膜在现代微 电子工艺、半导体光电技术、太阳能电池、光纤 通讯、超导技术和保护涂层等方面发挥越来越大 的作用。特别是在电子工业领域里占有极其重要 的地位，例如半导体集成电路、电阻器、电容器、 激光器、磁带、磁头都应用薄膜。
• 薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的选择； 基体材料的选择及表面处理；薄膜制备条件的选 择；结构、性能与工艺参数的关系等。
(2)双蒸发源蒸镀——三温度法
三温度-分子束外延法主要是用 于制备单晶半导体化合物薄膜。从 原理上讲，就是双蒸发源蒸镀法。 但也有区别，在制备薄膜时，必须 同时控制基片和两个蒸发源的温度， 所以也称三温度法。
三温度法 是制备化合物 半导体的一种 基本方法，它 实际上是在V族 元素气氛中蒸 镀Ⅲ族元素， 从这个意义上 讲非常类似于 反应蒸镀。图 示就是典型的 三温度法制备 GaAs单晶薄膜 原理。
第四章 二维纳米结构――薄膜材料PPT课件
3. 根据沉积层数划分 纳米单层薄膜和纳米多层薄膜。
2020/11/28
3
4-2 纳米薄膜材料的功能特性 一、薄膜的光学特性
1. 蓝移和宽化 纳米颗粒膜，特别是Ⅱ～Ⅵ族半导体CdSxSe1-x，以及
Ⅲ～V族半导体GaAs的颗粒膜，都观察到光吸收带边的 蓝移和带的宽化现象。 原因：由于量子尺寸效应，纳米颗粒膜能隙加宽，导致吸 收带边蓝移。颗粒尺寸有一个分布，能隙宽度有一个分布， 这是引起吸收带和发射带以及透射带宽化的主要原因。
2020/11/28
5Leabharlann 例：半导体InGaAs和InAlAs构成多层膜，通过控制 InGaAs膜的厚度，可以很容易观察到激子吸收峰。
光学非线性效应则是在强光场的作用下，介质的极化 强度中就会出现与外加电磁场的二次，三次乃至更高次方成 比例的项。
对于纳米材料，小尺寸效应、宏观量子尺寸效应，量 子限域和激子是引起光学非线性的主要原因。
PVD主要通过两种技术途径制膜：
(1)在非晶薄膜晶化的过程中控制纳米结构的形成。如采用
共溅射方法制备Si/SiO2薄膜，在700～900℃的N2气氛下快速 退火获得纳米Si颗粒；
(2)在薄膜的成核生长过程中控制纳米结构的形成。其中薄膜
沉积条件的控制显得特别重要，在溅射工艺中，高的溅射气压
、低的溅射功率下易于得到纳米结构的薄膜。
2020/11/28
9
4-3 纳米薄膜材料制备技术
纳米薄膜制备方法分类： 按原理：可分为物理方法和化学方法和分子组装法（又称 物理化学法）三大类 按物质形态：主要有气相法和液相法两种
2020/11/28
10
分子组装法
SA膜技术 LB膜技术
2020/11/28
2020/11/28
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4-2 纳米薄膜材料的功能特性 一、薄膜的光学特性
1. 蓝移和宽化 纳米颗粒膜，特别是Ⅱ～Ⅵ族半导体CdSxSe1-x，以及
Ⅲ～V族半导体GaAs的颗粒膜，都观察到光吸收带边的 蓝移和带的宽化现象。 原因：由于量子尺寸效应，纳米颗粒膜能隙加宽，导致吸 收带边蓝移。颗粒尺寸有一个分布，能隙宽度有一个分布， 这是引起吸收带和发射带以及透射带宽化的主要原因。
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5Leabharlann 例：半导体InGaAs和InAlAs构成多层膜，通过控制 InGaAs膜的厚度，可以很容易观察到激子吸收峰。
光学非线性效应则是在强光场的作用下，介质的极化 强度中就会出现与外加电磁场的二次，三次乃至更高次方成 比例的项。
对于纳米材料，小尺寸效应、宏观量子尺寸效应，量 子限域和激子是引起光学非线性的主要原因。
PVD主要通过两种技术途径制膜：
(1)在非晶薄膜晶化的过程中控制纳米结构的形成。如采用
共溅射方法制备Si/SiO2薄膜，在700～900℃的N2气氛下快速 退火获得纳米Si颗粒；
(2)在薄膜的成核生长过程中控制纳米结构的形成。其中薄膜
沉积条件的控制显得特别重要，在溅射工艺中，高的溅射气压
、低的溅射功率下易于得到纳米结构的薄膜。
2020/11/28
9
4-3 纳米薄膜材料制备技术
纳米薄膜制备方法分类： 按原理：可分为物理方法和化学方法和分子组装法（又称 物理化学法）三大类 按物质形态：主要有气相法和液相法两种
2020/11/28
10
分子组装法
SA膜技术 LB膜技术
2020/11/28
纳米材料及其应用PPT课件
2000s
纳米材料在各个领域得到广泛应用，成为研 究热点。
1990s
纳米技术迅速发展，出现多种制备方法。
2010s至今
纳米技术不断创新，应用领域不断拓展。
02
纳米材料的制备方法
物理法
真空蒸发冷凝法
01
在真空条件下，通过加热蒸发物质，并在冷凝过程中形成纳米
粒子。
激光诱导法
02
利用高能激光束照射物质表面，通过激光能量使物质蒸发并冷
生物法
微生物合成法
利用微生物作为模板或催化剂，通过生物反应合成具有特定结构 和性质的纳米材料。
植物提取法
利用植物中的天然成分作为原料，通过提取和纯化得到纳米材料。
酶催化法
利用酶的催化作用合成具有特定结构和性质的纳米材料。
03
纳米材料的应用领域
能源领域
01
02
03
燃料电池
纳米材料可以提高燃料电 池的效率和稳定性，降低 成本。
纳米材料及其应用 ppt课件
目录
• 纳米材料简介 • 纳米材料的制备方法 • 纳米材料的应用领域 • 纳米材料面临的挑战与前景 • 纳米材料的应用案例分析
01
纳米材料简介
纳米材料的定义与特性
定义
纳米材料是指在三维空间中至少有一 维处于纳米尺度范围（1-100nm）或 由它们作为基本单元构成的材料。
凝形成纳米粒子。
机械研磨法
03
通过机械研磨将大块物质破碎成纳米级粒子，常见于金属、陶
瓷等硬质材料的制备。
化学法
化学气相沉积法
利用化学反应在加热条件下生成纳米粒子，通常需要使用气态反 应剂和催化剂。
溶胶-凝胶法
通过将原料溶液进行溶胶和凝胶化处理，再经过热处理得到纳米 粒子。
纳米材料在各个领域得到广泛应用，成为研 究热点。
1990s
纳米技术迅速发展，出现多种制备方法。
2010s至今
纳米技术不断创新，应用领域不断拓展。
02
纳米材料的制备方法
物理法
真空蒸发冷凝法
01
在真空条件下，通过加热蒸发物质，并在冷凝过程中形成纳米
粒子。
激光诱导法
02
利用高能激光束照射物质表面，通过激光能量使物质蒸发并冷
生物法
微生物合成法
利用微生物作为模板或催化剂，通过生物反应合成具有特定结构 和性质的纳米材料。
植物提取法
利用植物中的天然成分作为原料，通过提取和纯化得到纳米材料。
酶催化法
利用酶的催化作用合成具有特定结构和性质的纳米材料。
03
纳米材料的应用领域
能源领域
01
02
03
燃料电池
纳米材料可以提高燃料电 池的效率和稳定性，降低 成本。
纳米材料及其应用 ppt课件
目录
• 纳米材料简介 • 纳米材料的制备方法 • 纳米材料的应用领域 • 纳米材料面临的挑战与前景 • 纳米材料的应用案例分析
01
纳米材料简介
纳米材料的定义与特性
定义
纳米材料是指在三维空间中至少有一 维处于纳米尺度范围（1-100nm）或 由它们作为基本单元构成的材料。
凝形成纳米粒子。
机械研磨法
03
通过机械研磨将大块物质破碎成纳米级粒子，常见于金属、陶
瓷等硬质材料的制备。
化学法
化学气相沉积法
利用化学反应在加热条件下生成纳米粒子，通常需要使用气态反 应剂和催化剂。
溶胶-凝胶法
通过将原料溶液进行溶胶和凝胶化处理，再经过热处理得到纳米 粒子。
《薄膜材料的制备》课件
制备方法
1
物理气相沉积法
采用真空状态下物质在表面反应沉积成
化学气相沉积法
2
薄膜的方法，包括等离子体增强化学气 相沉积法和分子束外延法等。
在气体氛围中，通过气相反应生成沉积
薄膜，包括金属有机化学气相沉积法和
低压化学气相沉积法等。
3
溶液法
通过化学反应或物理方法，使溶解在溶
液中或游离态的的材料中，厚度在1纳米至1微米之间，具有 很多独特的性质和广泛的应用领域。
薄膜材料的应用领域
光电子学
薄膜材料广泛应用于制造LED、 太阳能电池等光电学器件，同时 也可用于照明和显示领域。
微电子学
薄膜材料的狭窄厚度和多层结构 可以制造出微小的电子元件和IC 芯片，促进了微电子学的发展。
电化学法
4
化学溶胶-凝胶法和溶液旋涂法等。
通过电位差驱动溶液中的溶质向电极表 面沉积成薄膜，包括阳极氧化法和电解
沉积法等。
质量控制
表面形貌
• 表面光洁度 • 晶体缺陷 • 异质界面及其影响
厚度和成分控 制
• 控制成核速率 和生长速率
• 反应气体流量 和温度的控制
• 使用复合膜技术
结晶结构和晶 体质量
涂层和保护层
薄膜材料在航空航天、汽车制造 和建筑领域中可以制作高效的涂 层和保护层，提高了产品的耐磨 性和力学性能。
薄膜材料的制备意义和困难
独特性能
薄膜材料具有高表面积、可控性、多功能性和 结构纳米尺度效应等独特性能，与传统材料相 比具有很大的优势。
制备困难
由于薄膜材料的厚度非常小，制备过程中需要 克服小尺寸效应和表面能变化等问题，因此制 备起来比较困难。
• 控制生长速率 和生长温度
纳米技术资料PPT课件
纳米科技
磁控溅射法
为了克服成
膜速度低的缺点，
人们设计了磁控
溅射镀膜，在溅
射靶与基片之间
引入了正交电磁
场，使气体分子
被电离的速率提
高了10倍，达到
了真空蒸发法的
成膜速率。
返回
纳米科技
分子束外延镀膜法
分子束外延（MBE）是一种特殊的真空镀膜工艺。
它是在超Байду номын сангаас真空条件下， 将薄膜的诸组分元素的 分子束流，直接喷到衬 底（半导体材料的单晶 片）表面上，沿着单晶 片的结晶轴方向生长成 一层结晶结构完整的新 的单晶层薄膜。
纳米科技
LB膜的制备
将一个亲水性（或 亲油性）固体表面垂 直而缓慢地插入浮有 单分子层的水中，将 该固体表面垂直上提 时，浮着的单分子膜 就会附着在表面上， 随沉积过程不同，所 形成的膜的结构分X、 Y、Z三型。
纳米科技
LB膜的制备
如果这个固 体基片反复进 出水面，可形 成多层膜（最 多 可 达 到 500 层），一个分 子的纵向长度 为 2-3nm ， 因 此 单分子层的厚 度亦为2-3nm。
返回
纳米科技
纳米薄膜的应用——磁性薄膜
纳米磁性薄膜可以削弱传统磁记录介质中信息 存储密度受到其自退磁效应的限制，并具有巨磁 电阻效应，在信息存储领域有巨大的应用前景。
巨磁阻效应：所谓磁电阻是指在一定磁场下电阻改 变的现象，巨磁阻就是指在一定磁场下电阻急剧变 化的现象。磁场导致电阻增加，称之为正磁致电阻； 若导致电阻降低，称之为负磁致电阻。
❖ SAMS的稳定性好，在各种含氧，不含氧的环境 条件下，热稳定温度能达到400℃。
返回
纳米科技
LB膜技术及其应用
LB膜是Langmuir-Blodgett（朗谬尔—布罗杰 特）在20世纪二、三十年代首先研究的，但在纳 米科技发展中，LB膜因其特有的性能受到人们的 重视。
磁控溅射法
为了克服成
膜速度低的缺点，
人们设计了磁控
溅射镀膜，在溅
射靶与基片之间
引入了正交电磁
场，使气体分子
被电离的速率提
高了10倍，达到
了真空蒸发法的
成膜速率。
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纳米科技
分子束外延镀膜法
分子束外延（MBE）是一种特殊的真空镀膜工艺。
它是在超Байду номын сангаас真空条件下， 将薄膜的诸组分元素的 分子束流，直接喷到衬 底（半导体材料的单晶 片）表面上，沿着单晶 片的结晶轴方向生长成 一层结晶结构完整的新 的单晶层薄膜。
纳米科技
LB膜的制备
将一个亲水性（或 亲油性）固体表面垂 直而缓慢地插入浮有 单分子层的水中，将 该固体表面垂直上提 时，浮着的单分子膜 就会附着在表面上， 随沉积过程不同，所 形成的膜的结构分X、 Y、Z三型。
纳米科技
LB膜的制备
如果这个固 体基片反复进 出水面，可形 成多层膜（最 多 可 达 到 500 层），一个分 子的纵向长度 为 2-3nm ， 因 此 单分子层的厚 度亦为2-3nm。
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纳米科技
纳米薄膜的应用——磁性薄膜
纳米磁性薄膜可以削弱传统磁记录介质中信息 存储密度受到其自退磁效应的限制，并具有巨磁 电阻效应，在信息存储领域有巨大的应用前景。
巨磁阻效应：所谓磁电阻是指在一定磁场下电阻改 变的现象，巨磁阻就是指在一定磁场下电阻急剧变 化的现象。磁场导致电阻增加，称之为正磁致电阻； 若导致电阻降低，称之为负磁致电阻。
❖ SAMS的稳定性好，在各种含氧，不含氧的环境 条件下，热稳定温度能达到400℃。
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纳米科技
LB膜技术及其应用
LB膜是Langmuir-Blodgett（朗谬尔—布罗杰 特）在20世纪二、三十年代首先研究的，但在纳 米科技发展中，LB膜因其特有的性能受到人们的 重视。
新版第六章纳米材料的制备方法课件.ppt
4. 电子束加热：可制备高熔点金属以及相应的氧
化物、碳化物、氮化物等纳米粒子，通常在高真 空中使用
5. 微波加热：加热速度快且均匀，节能高效，易 于控制，但不适用于金属材料
6. 电弧加热：有气中电弧精选和真空电弧两种
6
6.1.1 物理气相沉淀法(PVD)
• 定义：在整个纳米材料形成过程中没有发 生化学反应，主要是利用各种热源促使金 属等块体材料蒸发气化，然后冷却沉积而 得到纳米材料。主要用于制备金属纳米微 粒
精选
27
1. 热分解法：利用金属化合物的热分解反应来制备 超微粒的方法。
公式：S1
S2 + G1
常选用有机盐前驱体，由于有机盐易提纯、金属
组成明确，分解温度低，但是价格高，产生的
碳容易进入分解生成物
2. 火花放电法：
例如：氧化铝的制备，在水槽内放入金属铝粒的堆 积层，把电极插入层中，利用在铝粒间发生的 火花放电来制备微粉
• 物质的微粉化机理： 1. 将大块物质极细地分割（粉碎过程）
2. 将最小单位(原子或分子)组合（构筑过 程）
精选
26
• 分类：
粉碎法包括：(用球磨机、喷射磨等进行粉 碎)，化学处理(溶出法)等
构筑法包括：热分解法(大多数是盐的分解)， 固相反应法(化合物)，火花放电法(用金属 铝生产氢氧化铝)等
精选
16
6.2.2 喷雾法
• 定义：是指溶液通过各种物理手段进行雾 化获得超微粒子的一种化学与物理相结合 的方法。
• 特点：颗粒分布比较均匀，但颗粒尺寸为 亚微米到l0 um
• 分类：根据雾化和凝聚过程分为下述三种 方法：喷雾干燥法、雾化水解法、雾化焙 烧法
精选
17
《纳米技术》课件
上形成薄膜或结构。
化学气相沉积
利用化学反应，将衬底上的材 料通过化学反应转化为固态薄
膜或结构。
纳米制造技术的应用
微电子器件制造
利用纳米制造技术可以制造出 更小、更快、更低功耗的微电
子器件。
生物医学应用
纳米制造技术可以用于药物输 送、组织工程和诊断试剂的制 备。
环境监测与治理
纳米制造技术可以用于环境监 测和治理领域，例如空气和水 的净化等。
纳米技术的研发和应用需要克服许多技术难 题，如纳米尺度下的控制和测量等。
02
01
成本问题
纳米技术的研发和应用需要大量的资金和资 源投入，成本较高。
04
03
如何应对纳米技术的挑战
加强监管
建立完善的监管体系， 对纳米技术的安全性和 伦理问题进行评估和管 理。
促进合作
加强国际合作和交流， 共同推进纳米技术的研 发和应用。
医疗领域
用于药物输送、肿瘤诊 断和治疗、生物成像等 。
环境领域
用于水处理、空气净化 、土壤修复等。
电子信息领域
用于制造高灵敏度传感 器、超高速集成电路、 高精度光学器件等。
03 纳米制造技术
纳米制造技术的定义与分类
定义
纳米制造技术是指通过控制原子、分 子等微观粒子，在纳米尺度上制造物 质和器件的工艺和技术。
利用纳米技术提高太阳能电池、燃料电池和 储能设备的效率和性能。
环境
利用纳米技术检测和治理环境污染，如水处 理和空气净化。
D
纳米技术的发展历程
1986年，扫描隧道显微镜的 发明，使科学家能够直接观 察到原子和分子的排列。
1989年，碳纳米管的发现， 为纳米材料的研究和应用开 辟了新的领域。
化学气相沉积
利用化学反应，将衬底上的材 料通过化学反应转化为固态薄
膜或结构。
纳米制造技术的应用
微电子器件制造
利用纳米制造技术可以制造出 更小、更快、更低功耗的微电
子器件。
生物医学应用
纳米制造技术可以用于药物输 送、组织工程和诊断试剂的制 备。
环境监测与治理
纳米制造技术可以用于环境监 测和治理领域，例如空气和水 的净化等。
纳米技术的研发和应用需要克服许多技术难 题，如纳米尺度下的控制和测量等。
02
01
成本问题
纳米技术的研发和应用需要大量的资金和资 源投入，成本较高。
04
03
如何应对纳米技术的挑战
加强监管
建立完善的监管体系， 对纳米技术的安全性和 伦理问题进行评估和管 理。
促进合作
加强国际合作和交流， 共同推进纳米技术的研 发和应用。
医疗领域
用于药物输送、肿瘤诊 断和治疗、生物成像等 。
环境领域
用于水处理、空气净化 、土壤修复等。
电子信息领域
用于制造高灵敏度传感 器、超高速集成电路、 高精度光学器件等。
03 纳米制造技术
纳米制造技术的定义与分类
定义
纳米制造技术是指通过控制原子、分 子等微观粒子，在纳米尺度上制造物 质和器件的工艺和技术。
利用纳米技术提高太阳能电池、燃料电池和 储能设备的效率和性能。
环境
利用纳米技术检测和治理环境污染，如水处 理和空气净化。
D
纳米技术的发展历程
1986年，扫描隧道显微镜的 发明，使科学家能够直接观 察到原子和分子的排列。
1989年，碳纳米管的发现， 为纳米材料的研究和应用开 辟了新的领域。
纳米材料的制备方法及其应用ppt课件
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
（7）电阻加热法
图 电阻加热制备纳米微粒的实验装置图
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
（6）电子束照射法
是利用高能电子束照射母材(一般为金属氧化 物如Al2O3 等)，表层的金属-氧(如Al-O键)被高 能电子“切断”，蒸发的金属原子通过瞬间 冷凝、成核、长大，最后形成纳米金属(如Al) 粉末。 ❖ 目前该方法仅限于获得纳米金属粉末。
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
1、沉淀法
它是将沉淀剂（OH－、CO32－、SO42－等）加入到金 属盐溶液中进行沉淀处理，再将沉淀物过滤、干燥、 煅烧，就制得纳米级化合物粉末，是典型的液相法。 主要用于制备纳米级金属氧化物粉末。它又包括均相
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
热蒸镀法制备的纳米Si粒子 在GaSb基板以自组成法制成的粒子
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
薄膜的制备工艺ppt课件
③对薄膜制备所需温度低，从而能在较温和条件下制备出 多种功能材料，对于制备那些含有易挥发组分或在高温下 易发生相分离的多元体系来说非常有利；
④很容易大面积地在各种不同形状（平板状、圆棒状、圆 管内壁、球状及纤维状等）、不同材料（如金属、玻璃、 陶瓷、高分子等）的基底上制备薄膜，甚至可以在粉体材 料表面制备一层包覆膜，这是其它的传统工艺难以实现的；
在干燥过程中薄膜的横向（平行于基片）收缩完
全被限制，而只能发生沿基片平面法线方向的纵
向收缩。
33
⑤焙烧 通过聚合反应得到的凝胶是晶态的，含有H2O、
⑤制备纳米结构薄膜材料； ⑥用料省，成本较低。
24
2.3.2溶胶－凝胶方法制备薄膜工艺
有机途径
通过有机金属醇盐的水解与缩聚而形成溶 胶。在该工艺过程中，因涉及水和有机物， 所以通过这种途径制备的薄膜在干燥过程 中容易龟裂（由大量溶剂蒸发而产生的残 余应力所引起）。客观上限制了制备薄膜 的厚度。
15
2.2化学气相沉积 (chemical vapor deposition )
化学气相沉积:一定化学配比的反应气体， 在特定激活条件下(一般是利用加热、等离 子体和紫外线等各种能源激活气态物质)， 通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积 到基片上制取膜层的一种方法。
16
化学气相沉积，包括低压化学气相沉积（low pressure CVD,LPCVD）、离子增强型气相沉积 （plasma-enhanced CVD,PECVD）常压化学气相 沉积（atmosphere pressure CVD,APCVD）、金属 有机物气相沉积（MOCVD）和微波电子回旋共 振化学气相沉积(Microwave Electron cyclotron resonance chemical vapor deposition, MW-ECRCVD）等。
④很容易大面积地在各种不同形状（平板状、圆棒状、圆 管内壁、球状及纤维状等）、不同材料（如金属、玻璃、 陶瓷、高分子等）的基底上制备薄膜，甚至可以在粉体材 料表面制备一层包覆膜，这是其它的传统工艺难以实现的；
在干燥过程中薄膜的横向（平行于基片）收缩完
全被限制，而只能发生沿基片平面法线方向的纵
向收缩。
33
⑤焙烧 通过聚合反应得到的凝胶是晶态的，含有H2O、
⑤制备纳米结构薄膜材料； ⑥用料省，成本较低。
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2.3.2溶胶－凝胶方法制备薄膜工艺
有机途径
通过有机金属醇盐的水解与缩聚而形成溶 胶。在该工艺过程中，因涉及水和有机物， 所以通过这种途径制备的薄膜在干燥过程 中容易龟裂（由大量溶剂蒸发而产生的残 余应力所引起）。客观上限制了制备薄膜 的厚度。
15
2.2化学气相沉积 (chemical vapor deposition )
化学气相沉积:一定化学配比的反应气体， 在特定激活条件下(一般是利用加热、等离 子体和紫外线等各种能源激活气态物质)， 通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积 到基片上制取膜层的一种方法。
16
化学气相沉积，包括低压化学气相沉积（low pressure CVD,LPCVD）、离子增强型气相沉积 （plasma-enhanced CVD,PECVD）常压化学气相 沉积（atmosphere pressure CVD,APCVD）、金属 有机物气相沉积（MOCVD）和微波电子回旋共 振化学气相沉积(Microwave Electron cyclotron resonance chemical vapor deposition, MW-ECRCVD）等。
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三 高分子纳米材料的制备方法 (无机-有机杂化技术）
1 原位聚合 以纳米颗粒与高分子单体进行混合，单 体聚合生成纳米颗粒与聚合物的杂化化材料或 在与高聚物混合中生成纳米颗粒的方法。
2 插层复合 利用层状无机物（硅酸盐粘土等）作为 主体，将有机高聚物作为客体插入主体的层间， 从而得到有机-无机纳米复合材料。
阴极发射电子在电场的作用 下加速飞向基片的过程中与溅 射气体原子发生碰撞，电离出 大量的正离子和电子, 电子飞 向基片, 正离子在电场的作用 下加速轰击靶材，溅射出大量 的靶材原子，呈中性的靶原子 （或分子）沉积在基片上成膜。
• 方法： ① 直流溅射：溅射沉积各类金属 薄膜 ② 射频溅射：溅射沉积非金属材 料（导电性差） ③ 磁控溅射：提高沉积速率 ④ 反应溅射：在溅射过程中实现 物 质之间的化学反应制备所需要 的物质薄膜。
F=－q(E+v×B)
• 电子的运动的轨迹将是沿电场方向加速，同时绕磁场方 向螺旋前进的复杂曲线。即磁场的存在将延长电子在等 离子体中的运动轨迹，提高了它参与原子碰撞和电离过 程的几率，因而在同样的电流和气压下可以显著地提高 溅射的效率和沉积的速率。
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4
磁控溅射靶表面的磁场和电子运动 的轨迹
纳米粒子因表面活性中心多而催化效果好，此外， 纳米粒子还可作磁性材料，其性能依赖于粒子尺 寸及其表面。
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六 纳米粉体材料表面研究进展
实际生产中，纳米材料表面修饰技术严重地影响 了纳米材料在高分子，如：塑料、合成纤维方面 的应用。由于纳米粉体颗粒表面与高分子材料之 间的相容性问题还没解决，纳米颗粒没有达到纳 米级分散等。
自组装单分子膜：通过表面活性剂的头基和基 底之间产生化学吸附，在界面上自发形成有序 的单分子层，是一种新型的有机成膜技术。
二 纳米薄膜的制备方法
1 还原法 2 溅射法 利用直流或高频电场使惰性气体发生电离，
产生辉光放电等离子体，电离产生的正离子和电 子高速轰击靶材，使靶材上的原子或分子溅射出 来，然后沉积到基板上形成薄膜。
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1
真空溅射原理及方法
• 原理：
真空镀膜是借助高能粒子轰 击所产生的动量交换，把镀膜 材料的原子从固体（靶）表面 撞出并放射出来。放在靶前面 的基材拦截溅射出来的原子流， 后者凝聚并形成镀层。
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（二）纳米脂质体制备方法
1 超声波分散法 2 薄膜分散法 3 注入法 4 冷冻干燥法 5 逆向蒸发法
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五 纳米碳管制备技术
1 石墨电弧放电法 2 化学气相沉积法（CVD）（催化裂解法） 3 激光蒸发（烧蚀）法 4 太阳能法Leabharlann PPT学习交流18
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四 纳米微囊制备技术
（一）纳米高分子微囊制备方法 1 乳化聚合法 2 天然高分子法 3 液中干燥法
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什麼是乳化聚合?
在乳化剂(表面活性剂)存在下，将单体分散于水中，此时 溶液呈乳液状，再加入水溶的引发剂进行聚合反应。
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1. 合成聚苯乙烯核。
HMEM: 2-[p-(2-Hydorxy-2-methylpropiphenone)]ethyleneglycol
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第三节 纳米材料表面修饰和改性
一 纳米粉体表面结构及状态 二 纳米粉体的表面及其形貌 三 纳米粉体材料的制造方法及其对表面状态的影响
（1）机械粉碎法及其纳米粉的表面特点 （2）化学法及其纳米粉的表面特点
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四 纳米颗粒表面修饰和改性方法
（1）高分子材料对表面进行包覆 如:纳米药物磁粒子载体
2. 於核外面覆蓋一層光起始劑-HMEM。
3. 用UV光照射溶液中的粒子，開始行光乳化聚合。
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1. 將Ag salts加入之前製備好之高分子稀溶液中， 生成銀離子。
2. 再加入 NaBH4 於上述溶液中，生成金屬銀。
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PS Ag
Rps:75nm RAg<5nm
（2） 偶联剂与纳米粒子表面反应，强化纳米粒子 与高分子材料的相容性，如：有机硅偶联剂
（3）无机材料对纳米粒子进行包覆，有效解决纳米 颗粒的单分散性，如：纳米二氧化钛粉末中加入 锆的盐溶液，可得到包覆一层二氧化锆的纳米二 氧化钛粒子
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五 纳米粒子的性质与应用
纳米粒子表面因其形态而不同，表面活性和表面 能也很高，能有效活化烧结。在烧结陶瓷时，加 入AlN纳米粉可提高烧结体密度和导热率。
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JGP450型多靶磁控溅射仪 （控制箱）
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真空溅射室及氮气等离子体辉光放 电图
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磁控溅射装置示意图
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3 化学气相沉积法 （CVD) 利用含有薄膜元素的一种或 几种气相化合物或单质在基底表面上进行化学反应生 成薄膜的方法。
特点： CVD技术可以通过精确控制反应温度和反应时 间来控制晶粒的大小，从而获得纳米复合薄膜材料。
复自组装排成纳米结构体系。
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X
Cl Si Cl
Cl
• 图1胶态晶体法组装得到的CdSe量子点超晶格的高分辨电 镜照片(图中量子点尺寸为4.8nm) (A) fcc排布的(101)面的图像及特征电子衍射图(B) fcc排布的 (100)面的图像及特征电子衍射图
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自组装单分子膜
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第四节 纳米结构材料制备技术
一 纳米结构材料自组装和分子自组装合成 1 纳米结构材料自组装合成 2 分子自组装条件 （1）反应体系中有有序的共价键，先结合成复杂完
整的中间分子体； （2）中间分子通过弱键（氢键、范德华力）与其他
非共价键的协同作用形成稳定的大分子聚集体。 （3）一个或多个分子聚集体作为结构单元，多次重
本实验采用射频磁控溅射法在石 英衬
底上沉积ZnO（靶材）薄膜 。
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2
射频溅射沉积装置示意图
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3
磁控溅射原理
• 磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变 电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电 子的能量。
• 电子在加速的过程中受到磁场洛仑兹力的作用，被束缚 在靠近靶面的等离子体区域内。