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最新纳米薄膜材料的制备教案资料
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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,适用范围不够来自泛。7分子束外延法
1. 分子束外延法原理 2. 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。
纳米薄膜材料的制备
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;
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。
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磁控溅射法
1. 磁控溅射原理 2. 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:
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
3.电沉积法等。
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
1. 化学气相沉积法的原理 2. 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。
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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
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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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氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。
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溶胶-凝胶法
1. 溶胶-凝胶法原理 2. 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。
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、
;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