薄膜材料与薄膜技术 第六章 薄膜的应用（1）.ppt

EXAFS: Extended X-ray Absorption Fine Structure 金属系智能材料 金属智能材料，主要指形状记忆合金材料（SMA）。有些金属或合金，在发生了塑性形变后，经过加热到某一温度以上，能够回复到变形前的形状，这种现象成为形状记忆效应。具有形状记忆的金属材料，通常是由两种或两种以上金属组成的合金，如NiTi合金。 形状记忆效应是在马氏体相变中发现的。通常把马氏体的高温相称为母相（P），低温相为马氏体相（M）。从母相到马氏体相的相变为正相变，或马氏体相变，而从马氏体相到母相为马氏体逆相变。在马氏体逆相变中发现了形状记忆效应。这种相变晶体学可逆性只发生在弹性马氏体相变的合金中。 金属或合金受冷却、剪切由体心立方晶格位移转变成马氏体相。形状记忆就是加热时马氏体低温相转变至母相而回复到原来形状。迄今，已经发现了20多种具有形状记忆效应的合金。 形状记忆合金在外力的作用下，诱发马氏体相变导致合金的宏观变形是剪切形变，这种相变称为应力诱发马氏体相变。 产生热弹性马氏体相变的形状记忆合金，在Af 温度以上诱发产生的马氏体只在应力作用下才能稳定存在。应力一旦消除，马上产生逆相变，回到母相，在应力作用下产生的宏观形变也随之消失。其中应力与应变的关系表现出明显的非线性。这种非线性弹性和相变密切相关，称为超弹性。 形状记忆合金是一类重要的执行器材料，可用其控制振动和结构变形。 NiTi 形状记忆合金，由于其具有大的畸变量和大的恢复力等特点，在制造微驱动器等方面显示出强大优势，后面将介绍NiTi形状记忆薄膜。 LEED RHEED SAED Auger, SEM，EXAFS 弹性 (衍射) 非弹性散射 NiTi 形状记忆合金薄膜的制备 NiTi 合金薄膜的制备方法很多，主要有溅射沉积、真空蒸发、激光熔融等，磁控溅射沉积是获得形状记忆薄膜的主要方法。 溅射沉积NiTi薄膜时，放电气体为Ar，靶材为等原子比的NiTi合金。由于离子溅射时Ni与Ti的溅射率不同，Ni的溅射产额高于Ti，得到富Ni的NiTi薄膜，为了补偿Ti的不足，可以在等原子比的合金靶表面，用适当面积的Ti条遮蔽，或者，采用Ti过量的NiTi合金靶溅射。 Ar分压、基片-靶间距、射频功率、基片温度等是影响薄膜质量的主要参数。在基片不加温时溅射沉积，得到的是非晶NiTi薄膜。在基片加温到973K时，得到多相共存的薄膜。 有两种方法使溅射沉积的NiTi薄膜具有记忆效应： （1）在室温下溅射沉积，然后在733K作结晶热处理； （2）对基片加热，在623K的温度下溅射沉积。 富Ni的NiTi薄膜合金在弹性约束下具有双程记忆效应，即在不加任何外力下冷却和加热都会自发畸变。这一效应在使驱动器微型化和简单化方面十分有用，可以制备NiTi双程记忆效应驱动器。 * * 薄膜材料与薄膜技术 第六章 薄膜材料及其应用（1） 主要内容 一、超硬薄膜 二、智能薄膜 三、纳米薄膜 四、三族元素氮化物薄膜 五、巨磁和庞磁薄膜 六、铁电薄膜 七、红外敏感薄膜 八、人工周期调制材料 一、超硬薄膜 材料的硬度不仅取决于材料的宏观性质（弹性和塑性），而且 也取决于材料的微观性质（原子间的相互作用力）。合成超硬材料对于了解原子间相互作用的微观特性与宏观特性间的基本关系，以及纯技术的应用都十分重要。 超硬材料（包括已有超硬材料和理论预言超硬材料）可以分为三类： 由周期表中第2、3周期的轻元素所形成的共价和离子-共价化合物； 特殊共价固体，包括各种结晶和无序的碳材料； 3. 与轻元素形成的部分过渡金属化合物，如：硼化物、碳化物、氮化物和氧化物。 超硬材料的特点 超硬材料在正常条件下大多是亚稳相； 2. 绝大多数超硬材料都是共价型或离子型固体； 3. 过渡金属化合物超硬材料具有共价键和金属键； 4. 超硬材料在元素周期表中都由位于中间位置的主族元素组成，这些元素具有最小离子、共价或金属半径，且固态中的原子间具有最大的结合能； 5. 元素中电子壳层的周期填充使固体中的原子半径或分子体积呈规律性变化； 6. 元素固相在变化时，如具有最小摩尔体积，则具有最大的体弹性模量、最大的结合能和最高的熔点。满足Aleksandrov关系： 对单一元素的固体， 绝大多数在1-4； k为体弹性模量，Vm为摩尔体积，Ec为结合能 （一）由原子序数较小的元素形成的超硬化合物 这些超硬材料由位于第2、3周期中的元素如：铍、硼、碳、氮、氧、铝、硅、磷 的化合物组成。它们能形成三维刚性点阵、原子间具有较强的共价键。典型的离子-共价化合物例子是氧化物，如：刚