Was sind die besonderen Eigenschaften von Nanofilmen?

2024-04-23

Die Nanowissenschaft und -technologie ist eine neue umfassende Wissenschaft, die etwa in den 1980er Jahren entwickelt wurde. Sie ist eine Disziplin, die sich auf die Untersuchung der Eigenschaften von Objekten mit einer Größe von 1 bis 100 nm spezialisiert hat, und ihre Entstehung hat die menschliche Zivilisation in eine neue Ära geführt - die Ära der Nanotechnologie. Nanomaterialien mit viel kleineren Partikeln als herkömmliche Materialien haben viele einzigartige Eigenschaften, wie z. B. den Kleinheitseffekt, den Quantengrößeneffekt, den Oberflächeneffekt, den Grenzflächeneffekt, den makroskopischen Quantentunneleffekt und photoelektrochemische Eigenschaften. Aufgrund dieser Eigenschaften haben Nanomaterialien im Vergleich zu herkömmlichen Materialien viele einzigartige Eigenschaften in den Bereichen Licht, Magnetismus, Mechanik und anderen Aspekten und werden so zu einem Brennpunkt der Forschung in der modernen Materialwissenschaft.

Mechanische Eigenschaften von Nanofilmen

Nanofilme wurden wegen ihrer mechanischen Eigenschaften, die weit über die herkömmlicher Materialien hinausgehen, eingehend untersucht. Insbesondere die Supermodul- und Superhärteeffekte dünner Filme sind in den letzten Jahren zu den wichtigsten Forschungsschwerpunkten geworden. Um diese besonderen Phänomene vollständig zu erklären, haben Forscher die Designtheorie hochfester Festkörper, den quantenelektronischen Effekt, den Grenzflächenbelastungseffekt und den Grenzflächenspannungseffekt vorgeschlagen. Die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Nanofilmen umfasst die folgenden drei Aspekte: Härte, Reibung, Zähigkeit.

(1) Härte: vor allem Studie der mehrschichtigen Film-Struktur in der Zusammensetzung Verhältnis und Modulation Zyklus auf die Härte des Films. Wenn die Dicke der beiden Monolayer-Film in 6~8nm erhalten werden kann, wenn die maximale Härte des Films ist etwa 50Gpa, die weit über die Härte der einzigen Substanz Film ist. Component Inhalt des Films ist auch ein wichtiger Faktor, der die Filmhärte eines Zwei-Komponenten-Zusammensetzung des Films, wenn der hohe Gehalt an harten Film Härte, und umgekehrt, ist es niedrig. Daher ist die allgemeine mechanische Eigenschaften von überlegenen Film von hoher Härte und gute Zähigkeit der Komponenten zusammen.

(2) Zähigkeit: die Verbesserung der Zähigkeit ist für die Multilayer-Struktur vorgeschlagen, die Zähigkeit Mechanismus ist vor allem Crack-Spitze Passivierung Schicht Blatt Pull-out, Crack Verzweigung und Grenzflächen Rissbildung entlang der Schnittstelle, etc. in der Nano-Multilayer-Film existiert auch in einem ähnlichen Mechanismus Zähigkeit. Der relative Anteil der Komponenten in der Folie und die Wellenlänge der Modulation sind zwei Faktoren, die die Zähigkeit der Folie beeinflussen. Je höher der Anteil der Metallphase (Zähigkeit) im Metall-Keramik-System ist, desto besser ist die Zähigkeit des Films. Überschreitet der Anteil der Metallphase jedoch einen bestimmten Grenzwert, verringert sich die Zähigkeit des Films, was wahrscheinlich auf die komplexen Ergebnisse der Grenzflächeninteraktion zurückzuführen ist. Was die Modulationswellenlänge betrifft, so kann eine moderate Reduzierung die Zähigkeit des Films erhöhen.

(3) Reibung: Die Grundlagenforschung zur Abriebfestigkeit des Films befindet sich noch im Forschungsstadium. Es hat sich gezeigt, dass eine vernünftige Kombination von Komponenten die Verschleißfestigkeit des Films effektiv verbessern kann. Es wurde festgestellt, dass CuNi Multilayer-Film wird erheblich zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit von 52100 Lager Stahl, wenn die Modulation Wellenlänge des Films, desto kleiner ist die Verschleißfestigkeit größer ist, ist dies, weil der Film der Film-Schnittstelle Versetzungen mehr Slip Widerstand. Multilayer-Film im Vergleich zu herkömmlichen Materialien für das Korn ist kleiner, länger Korngrenzen, Gitterdefekte sind mehr damit zu rutschen ist nicht einfach. Darüber hinaus gibt es eine Versetzungsenergie Unterschied zwischen den Film Schichten aus verschiedenen Materialien, die plastische Verformung erschwert.

Elektrische Eigenschaften von Nanofilmen

Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Mikroelektronikindustrie werden auch die Anforderungen an die Miniaturisierung elektronischer Komponenten immer größer. Nanofilme werden aufgrund ihrer besonderen Größe und Leistung häufig in der elektronischen Verbindungstechnik, der Verdrahtungstechnik, der Diffusionssperrschicht, der elektronischen Verpackungstechnik und anderen Bereichen eingesetzt. Die elektrischen Eigenschaften einiger häufig verwendeter Leitermaterialien (z. B. Metalle) ändern sich drastisch, wenn ihre Größe plötzlich auf die Nanoskala reduziert wird. Einige Forscher haben Widerstandsanomalien in Au/AL2O3-Teilchenfilmen festgestellt und folgendes spezielles Muster gefunden: Der Widerstand steigt linear und stark mit der Zunahme des Au-Teilchengehalts. Nanokristalline Silizium (Si)-Membranen wurden durch PECVD hergestellt und weisen eine viel höhere elektrische Leitfähigkeit (102 S-cm) auf als im Normalzustand (10″S-cm). Dieses Experiment zeigt die Beziehung zwischen der Leitfähigkeit des Materials und der kritischen Größe der Partikel: Wenn die Materialpartikel die kritische Größe überschreiten, bleiben die herkömmlichen elektrischen Eigenschaften erhalten, und wenn die Materialpartikel die kritische Größe unterschreiten, verliert das Material seine intrinsischen elektrischen Eigenschaften.

Magnetische Eigenschaften von Nanofilmen

Einige Dünnschichtmaterialien sind wegen ihrer besonderen magnetischen Eigenschaften ebenfalls von großem Interesse, und es wurden bisher Zwischenschichtkopplung, senkrechte Magnetisierung, Riesenmagnetowiderstandseffekt, magnetooptische Effektanomalie und andere Phänomene festgestellt. In den 1980er Jahren wurde der Riesenmagnetowiderstandseffekt in einer Fe/Cr-Mehrschichtfolie entdeckt: der Widerstand des Materials selbst ändert sich aufgrund der Änderung des Magnetisierungszustands des Materials. In den 1990er Jahren wurde der Magnetowiderstandseffekt in Co/Cu-Teilchenfilmen beobachtet, und seither wurde er in Nanosolids gefunden, die durch Abschrecken in der Flüssigphase und mechanisches Legieren hergestellt wurden. Der Hauptzweck dieses Effekts besteht darin, den Sättigungsmagnetismus zu verringern und die Empfindlichkeit bei niedrigen Feldern zu erhöhen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt werden wahrscheinlich zwei Methoden gewählt, um dies zu erreichen: erstens die Verwendung von Dünnschichtmaterialien mit Spin-Valve-Struktur (Spin Value); zweitens die Bildung von Zwischenschichtfehlern durch ein gewisses Maß an Glühung, um eine statische magnetische Kopplung zwischen den Schichten mit Dipolmomenten zu schaffen. Wie Ta (100A)/Ag (20A)/[NiFe (20A)/Ag (40A)]4NiFe (20A)/Ta (40A)/Si0, (700A)/Si nach 315 ℃ in der (5%H2 +95%Ar) Film nach dem Glühen GMR (GradientMotionRefocussing). Refocussing) erreichte 4%~6% Magnetfeldempfindlichkeit erhöht. Magnetische Aufnahmematerialien sind auch ein Forschungsschwerpunkt von Dünnschichtmaterialien, magnetische Aufnahmematerialien, um ihre hohe Speicherdichte zu gewährleisten, müssen eine gute Anisotropie haben. In der einschlägigen Literatur wird ein Wert von K'V/kT größer als 50 vorgeschlagen (wobei K die anisotrope Eigenschaft, V das magnetische Umkehrvolumen, k die Boltzmann-Konstante und T die Temperatur ist). Unsere aktuellen Forschungsarbeiten haben ergeben, dass FePt eine ausgezeichnete Anisotropie aufweist (etwa das 15-fache herkömmlicher Materialien).

Optische Eigenschaften von Nanofilmen

Auch Nanofilmmaterialien haben aufgrund ihrer besonderen optischen Eigenschaften die Aufmerksamkeit der Forscher auf sich gezogen. TiO2/SnO2-Superpartikel und ihre durch PCVD hergestellten LB-Verbundfilme haben besondere UV-Vis-Absorptionsspektren. Der nanoskalige Partikelfilm, der sich aus Elementen der Gruppe II-VI (CdSxSe1-x) und III-V (CaAs) zusammensetzt, erfährt während des Experiments eine optische Verbreiterung und Blauverschiebung, was zu einer guten UV-Beständigkeit und optischen Durchlässigkeit führt. und Blauverschiebung. Darüber hinaus wurden die Partikelschichten aus Elementen der Gruppe I-V (CdSSe1-) in den Experimenten photoinduziert ausgebleicht, was auf die Änderung der Intensität der Absorptionsbanden unter Lichteinstrahlung einer bestimmten Wellenlänge zurückgeführt wurde. Als neues direktes Halbleitermaterial mit einer großen Bandlücke (3,37 eV) und einer hohen Exzitonenbindungsenergie (60 meV) hat sich ZnO zu einem neuen Hotspot auf dem Gebiet der optischen Funktionsmaterialien mit kurzer Wellenlänge entwickelt.

HuipingLu et al. stellten dünne Zn0-Filme durch gepulste Laserabscheidung her und untersuchten die Auswirkungen von Stickstoff- und Sauerstoffpartialdrücken auf die Mikrostruktur, Morphologie und optischen Eigenschaften der Filme. Die linearen und nichtlinearen Effekte des Lichts ist auch ein prominenter Hotspot, und dünne Film-Materialien wegen seiner Eigenschaften haben auch einen gewissen Wert in dieser Forschung. Optische lineare Wirkung: Qualität in der Lichtwelle Feld, wenn die Lichtintensität ist schwach, die Elektrode des Mediums ist proportional zu den Lichtwellen elektrische Feld des Phänomens der primären Seite. Wenn die Größe der Dünnschicht-Materialien ist klein genug (weniger als die Exziton Bohr-Radius aB), Exziton Absorptionsspitzen wird während des Experiments erscheinen. Beispielsweise können die Exziton-Absorptionsspitzen leicht durch Kontrolle der Schichtdicke von InGaAs und InGaAIAs-Mehrschichtstrukturen erreicht werden. Optische Nichtlinearitäten sind die Terme in der Polarisationsintensität eines Mediums, die proportional zu den zweiten, dritten oder noch höheren Potenzen des angelegten elektromagnetischen Feldes unter Einwirkung eines starken Lichtfeldes sind. Im Falle von Dünnschichtmaterialien ist der Quantengrößeneffekt die Hauptursache für optische Nichtlinearität. Es wurde festgestellt, dass die Z-Scan-Kurven von Ge-Partikel-Filmen eine nichtlineare Verstärkung der Absorptionsintensität der Probe entlang der Symmetrieachse der Kurve zeigen, wo sich der Brennpunkt befindet. Da die Lichtintensität pro Flächeneinheit am Brennpunkt am größten ist, ist der Absorptionskoeffizient am Brennpunkt auch am größten, mit einem nichtlinearen Absorptionskoeffizienten von (β~ 0,82 cm /W), was eine optische nichtlineare Reaktion dritter Ordnung ist.

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