¿Cuáles son las propiedades especiales de las nanopelículas?
La nanociencia y la tecnología son una nueva ciencia integral desarrollada en torno a los años 80. Se trata de una disciplina especializada en el estudio de las propiedades de objetos con tamaños dimensionales de 1~100nm, y su creación ha conducido a la civilización humana a una nueva era: la era de la nanotecnología. Los nanomateriales, con partículas mucho más pequeñas que los materiales tradicionales, tienen muchas propiedades únicas, como el efecto de tamaño pequeño, el efecto cuántico de tamaño, el efecto superficial, el efecto interfacial, el efecto de túnel cuántico macroscópico y las propiedades fotoelectroquímicas. Estas propiedades hacen que los nanomateriales tengan muchas propiedades únicas en luz, magnetismo, mecánica y otros aspectos en comparación con los materiales ordinarios, y se conviertan así en un punto caliente de la investigación en la disciplina de los materiales modernos.
Propiedades mecánicas de las nanopelículas
Las nanopelículas se han estudiado ampliamente por sus propiedades mecánicas muy superiores a las de los materiales convencionales, especialmente los efectos de supermódulo y superdureza de las películas finas se han convertido en el foco de investigación más importante de los últimos años. Para explicar plenamente estos fenómenos especiales, los investigadores han propuesto la teoría de diseño de sólidos de alta resistencia, el efecto electrónico cuántico, el efecto de deformación interfacial y el efecto de tensión interfacial. El estudio de las propiedades mecánicas de las nanopelículas presenta los tres aspectos siguientes: dureza, fricción y tenacidad.
(1) dureza: estudiar principalmente la estructura de la película multicapa en la relación de composición y el ciclo de modulación en la dureza de la película. Cuando el espesor de la película de dos monocapas en 6 ~ 8nm se puede obtener cuando la dureza máxima de la película es de aproximadamente 50Gpa, que es mucho más allá de la dureza de la película de una sola sustancia. Contenido de componentes de la película es también un factor importante que afecta a la dureza de la película de una composición de dos componentes de la película, si el alto contenido de dureza de la película dura, y viceversa, es baja. Por lo tanto, las propiedades mecánicas generales de la película superior se compone de alta dureza y buena tenacidad de los componentes.
(2) Tenacidad: la mejora de la tenacidad se propone para la estructura multicapa, el mecanismo de endurecimiento es principalmente punta de grieta capa de pasivación hoja pull-out, crack ramificación, y grietas interfacial a lo largo de la interfaz, etc, en la película nano-multicapa también existe en un mecanismo de endurecimiento similar. El contenido relativo de componentes en la película y la longitud de onda de modulación son dos factores que afectan a la tenacidad de la película. Por ejemplo, para el sistema metal/cerámica, cuanto mayor sea el contenido de la fase metálica (tenacidad), mejor será la tenacidad de la película, pero cuando el contenido de la fase metálica supere un cierto límite, la tenacidad de la película se reducirá, este fenómeno se debe probablemente a los complejos resultados de la interacción interfacial. En cuanto a la longitud de onda de modulación, una reducción moderada puede aumentar la tenacidad de la película.
(3) Fricción: la investigación principal de la resistencia a la abrasión de la película se encuentra aún en fase exploratoria. Se ha descubierto que una combinación razonable de componentes puede mejorar eficazmente la resistencia al desgaste de la película. Se ha descubierto que la película multicapa CuNi mejorará en gran medida la resistencia al desgaste del acero para rodamientos 52100, cuando la longitud de onda de modulación de la película es menor su resistencia al desgaste es mayor, esto se debe a que la interfaz de la película disloca más resistencia al deslizamiento. Película multicapa en relación con los materiales tradicionales para el grano es más pequeño, los límites de grano más largo, defectos de celosía son más por lo tanto conduce a deslizamiento no es fácil. Además, hay una diferencia de energía de dislocación entre las capas de película de diferentes materiales, lo que dificulta la deformación plástica.
Propiedades eléctricas de las nanopelículas
Con el continuo desarrollo de la industria microelectrónica, para la miniaturización de los componentes electrónicos también es cada vez más exigente, nano-película debido a su tamaño especial y el rendimiento es ampliamente utilizado en la tecnología de interconexión de información electrónica, tecnología de cableado, capa de barrera de difusión y la tecnología de envasado electrónico y otros aspectos. Las propiedades eléctricas de algunos materiales conductores de uso común (por ejemplo, los metales) cambian drásticamente cuando su tamaño se reduce bruscamente a la nanoescala. Algunos investigadores han detectado anomalías de resistencia en películas de partículas de Au/AL2O3 y han encontrado el siguiente patrón especial: la resistencia aumenta lineal y bruscamente con el aumento del contenido de partículas de Au. Se prepararon membranas de silicio (Si) nanocristalino mediante PECVD y se comprobó que tenían una conductividad eléctrica mucho mayor (102 S-cm) que en su estado normal (10″S-cm). Este experimento demuestra la relación entre la conductividad del material y el tamaño crítico de las partículas: cuando las partículas del material > tamaño crítico, conservará las propiedades eléctricas convencionales, y cuando las partículas del material < tamaño crítico, perderá las propiedades eléctricas intrínsecas del material.
Propiedades magnéticas de las nanopelículas
Algunos materiales de película fina también han suscitado gran interés debido a sus propiedades magnéticas especiales, y hasta ahora se han descubierto fenómenos como el acoplamiento entre capas, la magnetización perpendicular, el efecto de magnetorresistencia gigante, la anomalía del efecto magneto-óptico y otros. En la década de 1980, se descubrió el efecto de magnetorresistencia gigante en la película multicapa Fe/Cr: la resistividad del propio material cambiará debido al cambio del estado de magnetización del material. En la década de 1990, el efecto de magnetorresistencia se observó en películas de partículas de Co/Cu, y desde entonces se ha encontrado en nanosólidos preparados por enfriamiento en fase líquida y aleación mecánica. El principal objetivo de este efecto es reducir el magnetismo de saturación y aumentar la sensibilidad a campos bajos. En la fase actual, probablemente se opte por dos métodos para conseguirlo: en primer lugar, el uso de materiales de película fina con estructura de espín-válvula (Spin Value); en segundo lugar, la formación de fallas entre capas mediante un cierto grado de recocido para crear un acoplamiento magnético estático entre las capas de momentos dipolares. Por ejemplo, Ta (100A)/Ag (20A)/[NiFe (20A)/Ag (40A)]4NiFe (20A)/Ta (40A)/Si0, (700A)/Si después de 315 ℃ en la película (5%H2 +95%Ar) tras el recocido GMR (GradientMotionRefocussing). Refocussing) alcanzó 4%~6% sensibilidad del campo magnético aumentó. Materiales de grabación magnética son también un foco de investigación de materiales de película delgada, materiales de grabación magnética con el fin de garantizar su alta densidad de almacenamiento debe tener buena anisotropía. La bibliografía pertinente ha propuesto un valor de K'V/kT superior a 50 (donde K es la propiedad anisotrópica, V es el volumen de inversión magnética, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura). Nuestra investigación actual ha descubierto en el FePt su excelente anisotropía (unas 15 veces la de los materiales convencionales).
Propiedades ópticas de las nanopelículas
Las nanopelículas también han atraído la atención de los investigadores por sus propiedades especiales en óptica. Las superpartículas de TiO2/SnO2 y sus películas LB compuestas preparadas mediante PCVD presentan espectros de absorción UV-Vis especiales. El efecto cuántico exclusivo de esta película compuesta provoca un "desplazamiento al azul" en el espectro de absorción LB, lo que se traduce en una buena resistencia UV y transmitancia óptica.La película de partículas a nanoescala compuesta por elementos del grupo II-VI (CdSxSe1-x) y III-V (CaAs) experimenta un ensanchamiento óptico y un desplazamiento al azul durante el proceso experimental. y desplazamiento al azul. Además, las películas de partículas de elementos del grupo I-V (CdSSe1-) sufrieron blanqueamiento fotoinducido en los experimentos, lo que se atribuyó al cambio de intensidad de las bandas de absorción bajo la irradiación de luz de una determinada longitud de onda. Como nuevo material semiconductor directo con un gran bandgap (3,37 eV) y una elevada energía de enlace de los excitones (60 meV), el ZnO se ha convertido en un nuevo punto caliente en el campo de los materiales funcionales ópticos de longitud de onda corta.
HuipingLu et al. prepararon películas delgadas de Zn0 mediante deposición por láser pulsado e investigaron los efectos de las presiones parciales de nitrógeno y oxígeno en la microestructura, morfología y propiedades ópticas de las películas. Efectos lineales y no lineales de la luz es también un punto caliente más prominente, y materiales de película delgada debido a sus propiedades también tienen algún valor en esta investigación. Efecto óptico lineal: calidad en el campo de onda de luz, cuando la intensidad de la luz es débil, el electrodo del medio es proporcional al campo eléctrico de onda de luz del fenómeno de la cara primaria. Cuando el tamaño de los materiales de película delgada es lo suficientemente pequeño (menos que el excitón radio de Bohr aB), excitón picos de absorción aparecerá durante el experimento. Por ejemplo, los picos de absorción de excitones se pueden conseguir fácilmente controlando el espesor de la película de estructuras multicapa de InGaAs e InGaAIAs. Las no linealidades ópticas son los términos de la intensidad de polarización de un medio que son proporcionales a la segunda, tercera o incluso mayores potencias del campo electromagnético aplicado bajo la acción de un campo luminoso intenso. En el caso de los materiales de película fina, el efecto del tamaño cuántico es la causa principal de la no linealidad óptica. Se ha descubierto que las curvas Z-scan de las películas de partículas de Ge muestran un aumento no lineal de la intensidad de absorción de la muestra a lo largo del eje de simetría de la curva donde se encuentra el punto focal. Dado que la intensidad de luz por unidad de área en el punto focal es la mayor, el coeficiente de absorción en el punto focal es también el mayor, con un coeficiente de absorción no lineal de (β~ 0,82 cm /W), que es una respuesta óptica no lineal de tercer orden.
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