纳米复合薄膜的制备及其应用研究VIP专享VIP免费

纳米复合薄膜的制备及其应用研究韩高荣汪建勋杜丕一张溪文赵高凌【摘要】纳米复合薄膜材料由于具有传统复合材料和现代纳米材料两者的优点，正成为纳米材料的重要分支而越来越引起广泛的重视和深入的研究。本文全面介绍了纳米复合薄膜的发展历史、制备方法、薄膜性能及其应用前景。提出了纳米复合薄膜材料研究的关键问题以及今后的发展方向。【关键词】纳米复合；薄膜制备；薄膜应用中图分类号：TQ174；O614.41文献标识码：APreparationandApplicationofNano-compositeThinFilmsHANGao-rong1,WANGJian-xun2,DUPi-yi1,ZHANGXi-wen1,ZHAOGao-ling1(1.Statekeylab.ofsiliconMater.Depart.ofMaterSci.andEng.,ZhejiangUniv.,hangzhou310027,China;2.QinhuangdaoInstit.ofGlassindustryanddesign,Qinhuangdao066001,China)【Abstract】Recently,Nano-compositefilmmaterialshavebeenextensivelystudiedbecauseithasbothadvantagesofcommoncompositematerial,andmodernnanomaterials.Inthepaper,thehistory,preparationmethods,propertiesandapplicationsofnano-compositefilmmaterialshavebeensummarized.Thekeyresearchproblemsandthefutureworksinthefieldofnano-compositefilmshavealsobeenpresented.【Keywords】nano-composite;thinfilmpreparation;thinfilmapplication1引言纳米复合薄膜是指由特征维度尺寸为纳米数量级(1～100nm)的组元镶嵌于不同的基体里所形成的复合薄膜材料，有时也把不同组元构成的多层膜如超晶格也称为纳米复合薄膜。由于它具有传统复合材料和现代纳米材料两者的优越性，一经在纳米材料科学领域崭露头角，就引起了科研工作者的广泛关注，并得到日趋深入的研究而成为一重要的前沿研究领域。在这方面，美、日、德及西欧各国一直走在世界前列。人们采用各种物理和化学方法先后制备了一系列金属/绝缘体、半导体/绝缘体、金属/半导体、金属/高分子、半导体/高分子等纳米复合薄膜［1-4］。其中半导体纳米复合薄膜，尤其是硅系纳米镶嵌复合薄膜，由于纳米粒子的引入，基于量子尺寸效应产生光学能隙宽化，可见光光致发光，共振隧道效应，非线性光学等独特的光电性能，加之与集成电路相兼容的制备技术，使这一硅系纳米复合薄膜在光电器件、太阳能电池、传感器、新型建材等领域有广泛的应用前景，因而日益成为关注焦点。尽管近年来有关纳米复合薄膜的文献报导层出不穷，但仍有许多诸如低成本制备技术、结构与其性能关系、晶粒尺寸的精确控制、实际应用的稳定性、经济性等问题没有完全解决。本文将以硅系纳米复合薄膜材料为重点，介绍纳米复合薄膜材料的发展历史、制备技术、材料特性及其应用前景。2纳米材料和纳米复合薄膜的发展历史人工制备纳米材料的历史可以追溯到1000多年前。我国古代利用燃烧蜡烛的烟雾制成碳黑作为墨的原料以及用于着色的染料，这可能就是最早的纳米颗粒材料；我国古代铜镜表面的防锈层，经检验证实为纳米氧化锡颗粒构成的一层薄膜，这大概是最早的纳米薄膜材料。但当时人们并不知道这是由人的肉眼根本看不到的纳米尺度小颗粒构成的新材料。人们自觉地把纳米相材料作为研究对象始于50年代，西德的Kanzig观察到了BaTiO3中的极性微区［5］。尺寸在10～100nm之间。后来苏联的G.A.Smolensky假设复合钙钛矿铁电体中的介电弥散是由于存在Kanzig微区导致成分不均引起的［6］。从这种意义上说，纳米相结构早就在铁电陶瓷中存在，并对电性能产生影响，只是当时人们对此还缺乏足够认识。到了60年代，著名的物理学家诺贝尔物理奖获得者RichardFeynman提出人工合成纳米粒子的设想。日本的Ryogokubo提出了金属纳米粒子的“kubo”效应［7］。西德的Gleiter和美国的R.W.Siegel等人亦对金属(包括氧化物)纳米粒子的制备，结构与性能作了研究[8]。瑞士的Veprek小组则在1968年开始从事在氢等离子体气氛下利用化学传输来制备纳米硅晶粒镶嵌于非晶态硅氢网络中的复合薄膜材料的研究工作［9］。70年代末至80年代初，对纳米微粒结构、形态和特性进行了比较系统的研究。描述金属微粒费米面附近电子能级状态的久保理论日臻完善，在用量子尺寸效应解释超微粒子某些特性方面...