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有关纳米薄膜材料的论文

摘要：由于自己掌握的知识有限，因此，我根据自己查找的资料主要从纳

米薄膜材料的分类、特性、制备方法、应用四个方面简单的介绍一下纳米薄膜材

料。

纳米薄膜材料是一种新型材料，指由尺寸为纳米数量级(1~100nm)的组元镶

嵌于基体所形成的薄膜材料，它兼具传统复合材料和现代纳米材料二者的优越

性，由于其特殊的结构特点，使其作为功能材料有广泛的应用价值。纳米薄膜可

以改善一些机械零部件的表面性能，以减少振动，降低噪声，减小摩擦，延长寿

命。这些薄膜在刀具、微机械、微电子领域作为耐磨、耐腐蚀涂层及其它功能涂

层获得重要应用。目前，科研人员已从单一材料的纳米薄膜转向纳米复合薄膜的

研究，薄膜的厚度也由数微米发展到数纳米的超薄膜。同时，纳米薄膜的表面微

观结构，纳米薄膜对敏化电池光电效率的影响及结晶机制与薄膜对电磁波屏蔽特

性的影响都有至关重要的科学贡献。

关键词：纳米薄膜特性制备方法应用

正文：一、纳米薄膜材料的分类

（1）按结构分类

纳米薄膜是指二维的纳米固体，纳米薄膜具有纳米结构的特殊性质，目前可

以分为两类：纳米粒子组成的薄膜和纳米微粒间有较多的孔隙、无序原子或其他

材料的薄膜，如纳米微粒镶嵌在另一种基体材料中的颗粒膜就属于此类。

（2）按功能分类

纳米薄膜是一类具有广泛应用前景的新材料，接用途可以分为两大类．即纳

米功能薄膜和纳米结构薄膜。前者主要是利用纳米粒子所具有的光、电、磁方面

的特性，通过复合使新材料具有基体所不具备的特殊功能。镶嵌有原子团的功能

薄膜会在基质中呈现出调制掺杂效应，这类集成器件具有惊人的信息处理能力；

纳米磁性多层膜具有典型的周期性调制结构，导致磁性材料的饱和磁化强度的减

小或增强。对这些问题的系统研究具有重要的理论和应用意义。

二、纳米薄膜的光学、力学、电磁学与气敏特性

光学性能

(1)吸收光谱的“蓝移”、宽化与“红移”由于具有小尺寸效应、量子尺寸效应以

及界面效应，因而，当膜厚度减小时，大多数纳米薄膜能隙将有所增大，会出现

吸收光谱的蓝移与宽化现象。如纳米TiOE／SnO：纳米颗粒膜具有特殊的紫

外．可见光吸收光谱，其吸收光谱较块体发生了显著的“蓝移”与宽化，抗紫外

线性能和光学透过性良好。

(2)光学非线性

弱光强的光波透过宏观介质时，介质中的电极化强度常与光波的电场强度具

有近似的线性关系。但是，当纳米薄膜的厚度与激子玻尔半径相比拟或小于激子

玻尔半径时，在光的照射下，薄膜的吸收谱上会出现激子吸收峰。这种激子效应

将连同纳米薄膜的小尺寸效应、宏观量子尺寸效应、量子限域效应一道使得强光

场中介质的极化强度与外加电磁场的关系出现附加的2次、3次乃至高次项。简

单地讲，就是纳米薄膜的吸收系数和光强之间出现了非线性关系，这种非线性关

系可通过薄膜的厚度、膜中晶粒的尺寸大小来进行控制和调整。

力学性能

(I)硬度

位错塞积理论认为，材料的硬度与微结构的特征尺寸A之间具有近似的Hall

—Petch关系式[o-=o-o+(A／,4o)式中，为宏观材料的硬度；A为常数。对于纳米

薄膜来说，特征尺寸A为膜的厚度。由该关系式可以得出，特征尺寸A很小的

纳米薄膜将具有很高的硬度。此外，纳米多层膜的硬度还与薄膜的组分、组分的

相对含量有关。一般来说，在纳米薄膜中添加适量的硬质相可使薄膜的硬度得到

进一步的提高。

(2)耐磨性

研究表明，多层纳米膜的调制波长越小，其磨损临界载荷越大，抗磨损力越

强。之所以如此，可从以下几个方面来进行解释。首先，从结构上看，多层膜的

晶粒很小，原子排列的晶格缺陷的可能性

较大，晶粒内的晶格点阵畸变和晶格缺陷很多，这畸变和缺陷使得晶粒内部的位

错滑移阻力增加；此外，多层膜相邻界面结构非常复杂，不同材料的位错能各异，

这也导致界面上位错滑移阻力增大；最后，纳米薄膜晶界长度也比传统晶粒的晶

界要长得多，这也使晶界上的位错滑移障碍变得显著。总之，上述的这些因素使

纳米多层膜发生塑性变形的流变应力增加，且这种作用随着调制波长的减小而增

强。

(3)韧性

纳米薄膜，特别是纳米多层膜的增韧机制可归结为裂纹尖端钝化、裂纹分支、

层片拔出以及沿界面的界面开裂等诸多因素。这种增韧机制通常可通过薄膜界面

作用和单层材料的塑性来加以解释。当调制波长不是很小时，多层膜中的子层材

料基本保持其本征的材料特点，即薄膜的塑性主要取决于基体本身的变形能力；

但是，当调制波长减小至nm量级，多层膜界面含量增加时