应用：在复杂氧化物功能膜方面有广泛的应用，已 制备出超导膜、生物活性膜、铁电膜等。
2、离子注入和离子束沉积制备技术
离 子 注 入 （ Ion Implantation ） 和 离 子 束 沉 积 （ Ion Beam Deposition）是表面改性和膜制备的重要手段。
离子注入：在真空中离化气体或固体蒸气源，引出离子束，将其加速到数 Kev或数百Kev后，直接注入到靶室内的基材表面，形成一定 浓度的离子注入层，改变表层的结构和组分，达到改善材料表 面结构和性能的目的。
其主要特点有： • 沉积过程温度低，镀层与基体间不存在残余热 应力，界面结合好 • 可以在各种形状复杂的表面和多孔表面制备均 匀的薄膜 • 镀层的厚度、化学组成、结构及孔隙率能够精 确控制 • 设备简单，投资少
电化学沉积技术可以分为： 阴极电化学沉积 阳极电化学沉积
阴极电化学沉积：薄膜材料在阴极得到。
离子注入技术的 主要应用包括： • 改善金属材料表
面特性 • 制备新的合金膜
材料 • 改善工具的表面
性能
离子束沉积：
离子束沉积有两种工艺方式： 一次离子束沉积和二次离子束沉积
一次离子束沉积：离子束由需要沉积膜的元素组成，并以低的 能量（约100ev）直接沉积到基体上。
二次离子束沉积（或称为离子束溅射沉积）：离子束一般为 惰性气体，或反应性气体，以较高的能量（数百至数千ev） 打到靶板上，靶板由要求沉积的材料组成，离子使靶材料溅 射后沉积到基体上形成
至蒸发； • 材料在激光作用后冷却，
应用范围：半导体功能材料、各种金属材料、陶瓷材料和聚合物材料
离子注入的主要物理参数包括： 能量：决定了注入离子在基体中能够达到的深度。 剂量：决定注入层的浓度。 剂量率：单位时间内样品接受的注入剂量。
离子注入技术的主要特点包括：
• 几乎所有的元素都可以注入，不受固溶度的限制 例如：Cu-W合金
• 可以形成一般方法难以得到的非平衡结构与合金相 例如：Ni在钢中注入
影响沉积电镀制备工艺的主要因素：
影响电沉积膜质量的主要因素包括电流、电压、温度、溶剂、 溶液的PH值及其浓度、离子强度、基体表面状态等。
电流和电压的影响
不同的膜材料必须在一定范围的电压和电流条件下才能获得。但是沉 积过程中，随着沉积时间的变化，电流和电压均会相应变化：恒流沉 积时，电压逐渐升高；恒压沉积时，电流逐渐减小。
溶液浓度的影响
溶液浓度直接影响沉积膜的厚度、表面形貌、结构均匀性、组成及其 膜材料的性能。
例：Pb(NO3)浓度为 0.2 ~ 0.5M时，膜以金属Pb为主（金属光泽） 0.05 ~ 0.1M时，膜以Pb(OH)2为主（白色） < 0.02时，膜以PbO为主（黄色）
溶剂的影响
溶剂的种类（水性溶剂还是非水性溶剂）对膜材料的性能影响很大，水 性溶剂中，膜较厚，易于聚集长大，水被还原放出氢气，膜易呈多孔态， 非水性溶液中，膜材料很薄，可得到纳米态膜。
一次离子束沉积的主要优点：沉积能量可以控制，并可对离 子束的组份进行控制，可制备高纯度的沉积膜，一般制备单 质膜。
二次离子束沉积则主要用于：沉积化合物膜，一 般采用三种方式：
(1) 用惰性气体离子束溅射金属靶或复合靶，往沉积靶 室内加入反应性气体：例如TiN沉积，Ti靶加上氮 气（N2）
(2) 用反应性气体本身的离子束或惰性气体与反应性气 体混合离子束溅射靶材
其主要工艺过程包括：
(1) 溶液中的还原剂（如H2O，NO3- ）及一些有机分子在阴 极被还原为碱基（OH-）
(2) 溶液中的金属离子或络合物与阴极上的碱基（OH-）发 生反应生成薄膜材料或薄膜材料的前驱体。
(3) 后续热处理。
阳极电化学沉积：薄膜材料在阳极得到。
其主要工艺过程包括： (1) 溶液中的低价阳离子在阴极表面被氧化为高价阳离子 (2) 高价阳离子与溶液中的碱基（OH-）反应生成各种功能 膜材料或其前驱体。 (3) 后续热处理。
离子束增强沉积主要特点是： (1)原子沉积和离子注入可以精确地独立调节，形成多种不同组 份和结构的膜 (2) 可以在较低的能量状态下，制备较厚的薄膜（m） (3)可以在常温下制备化合物薄膜材料，避免高温加热构件变形 (4) 基体与膜的界面结合辐照功率密度与持续时间的 不同，可分为以下几个阶段： • 激光辐照到材料表面； • 激光被材料吸引并转变成热能； • 表层材料受热升温，发生化学反应、固态相变、熔化甚
薄膜材料制备技术及材料表面改性
1、电化学沉积薄制备技术 2、离子注入和离子束沉积制备技术 3、激光表面处理 4、物理气相沉积 5、化学气相沉积 6、外延生长法薄膜制备技术
1、电化学沉积薄制备技术
电化学沉积技术是利用阳离子和阴离子在电场作用 下发生不同的氧化—还原反应而在基体材料上沉积出 指定的薄膜材料。它是一种典型的液态沉积技术。
• 处理温度低，保证处理部件不受热变形 • 纯粹的表面处理技术，不改变材料内部组织和结构 • 采用微机控制，注入离子的浓度、深度和分布易于
控制和重复 • 界面结合良好，界面层连续过渡。界面强度高
主要缺点：
• 注入层很薄，一般为数十埃到数千埃 • 离子运动是直线运动，难以实现复杂构件的表面改性 • 设备费用较贵
(3) 双离子束法：用惰性气体离子束溅射靶板，而反应 性气体离子束对着基材
离子束增强沉积（IBED）
它是将离子注入和薄膜沉积结合 在一起的表面改性新技术，一般是 在基体材料上沉积薄膜的同时，用 数十ev到数kev能量的离子束进行轰 击，利用沉积原子和注入离子间一 系列的物理和化学作用，在基体上 形成具有特定性的化合物薄膜。
因此，可根据不同的应用要求选择不同的溶剂。
溶液的PH值
溶液的PH值对电化学反应和成膜反应都有较大的影响，通常只有在 一定的PH值范围内，才能形成指定结构的膜材料。
例如：由含镍离子和磷酸根离子的溶液制备钙磷生物陶瓷 PH > 7时，沉积物为HAP（羟基磷灰石） PH < 6.4时，沉积物为DCPD（磷酸氢钙） 6.4 < PH < 6.8时，OCP（磷酸钙）