Каковы особые свойства нанопленок?

2024-04-23

Нанонаука и технология - это новая комплексная наука, развивающаяся примерно с 1980-х годов, дисциплина, специализирующаяся на изучении свойств объектов с размерами 1~100 нм, и ее создание привело человеческую цивилизацию в новую эру - эру нанотехнологий. Наноматериалы с частицами гораздо меньшего размера, чем традиционные материалы, обладают множеством уникальных свойств, таких как эффект малых размеров, квантовый эффект, поверхностный эффект, межфазный эффект, макроскопический квантовый эффект туннелирования и фотоэлектрохимические свойства. Благодаря этим свойствам наноматериалы обладают многими уникальными свойствами в области света, магнетизма, механики и других аспектов по сравнению с обычными материалами, и поэтому становятся горячей точкой исследований в современной материаловедческой дисциплине.

Механические свойства нанопленок

Нанопленки широко изучаются на предмет их механических свойств, значительно превосходящих свойства обычных материалов, особенно эффекты сверхмодульности и сверхтвердости тонких пленок стали наиболее важными объектами исследований в последние несколько лет. Чтобы полностью объяснить эти особые явления, исследователи предложили теорию дизайна высокопрочных твердых тел, квантово-электронный эффект, эффект межфазной деформации и эффект межфазного напряжения. Изучение механических свойств нанопленок включает в себя следующие три аспекта: твердость, трение, вязкость.

(1) Твердость: в основном изучается структура многослойной пленки в соотношении состава и цикла модуляции на твердость пленки. При толщине двух монослойных пленок в 6~8 нм может быть получена максимальная твердость пленки около 50Gpa, что намного превышает твердость пленки из одного вещества. Содержание компонентов в пленке также является важным фактором, влияющим на твердость пленки двухкомпонентного состава, при высоком содержании твердость пленки высокая, и наоборот, при низком - низкая. Поэтому общие механические свойства превосходной пленки складываются из высокой твердости и хорошей вязкости компонентов.

(2) Жесткость: улучшение жесткости предлагается для многослойной структуры, механизм ужесточения в основном трещины кончик пассивации слоя лист вытягивание, трещины ветвление, и межфазное растрескивание вдоль интерфейса, и т.д., в нано-многослойной пленки также существует в аналогичный механизм ужесточения. Относительное содержание компонентов в пленке и длина волны модуляции - два фактора, влияющих на прочность пленки. Например, для системы металл/керамика, чем больше содержание металлической фазы (прочности), тем выше прочность пленки, но когда содержание металлической фазы превышает определенный предел, прочность пленки снижается, это явление, вероятно, связано со сложными результатами межфазного взаимодействия. Что касается длины волны модуляции, то ее умеренное уменьшение может увеличить прочность пленки.

(3) Трение: принципиальные исследования стойкости пленки к истиранию все еще находятся на стадии изучения. Было установлено, что разумное сочетание компонентов может эффективно повысить износостойкость пленки. Было установлено, что многослойная пленка CuNi значительно улучшит износостойкость подшипниковой стали 52100, когда длина волны модуляции пленки меньше, ее износостойкость выше, это связано с тем, что дислокации на границе раздела пленки имеют большее сопротивление скольжению. Многослойная пленка по сравнению с традиционными материалами для зерна меньше, длиннее границы зерна, дефекты решетки больше, что приводит к скольжению нелегко. Кроме того, существует разница в энергии дислокаций между слоями пленки из разных материалов, что затрудняет пластическую деформацию.

Электрические свойства нанопленок

С непрерывным развитием микроэлектронной промышленности, для миниатюризации электронных компонентов также предъявляются все более высокие требования, нанопленки из-за их особых размеров и характеристик широко используются в технологии соединения электронной информации, технологии проводки, диффузионном барьерном слое и технологии электронной упаковки и других аспектах. Электрические свойства некоторых широко используемых проводниковых материалов (например, металлов) резко меняются, когда их размер внезапно уменьшается до наноразмеров. Некоторые исследователи обнаружили аномалии сопротивления в пленках из частиц Au/AL2O3 и выявили следующую особенность: сопротивление линейно и резко возрастает с увеличением содержания частиц Au. Нанокристаллические кремниевые (Si) мембраны были получены методом PECVD и обнаружили, что их электропроводность (102 S-cm) намного выше, чем в нормальном состоянии (10″S-cm). Этот эксперимент демонстрирует связь между проводимостью материала и критическим размером частиц: когда частицы материала > критического размера, он сохраняет обычные электрические свойства, а когда частицы материала < критического размера, он теряет присущие материалу электрические свойства.

Магнитные свойства нанопленок

Некоторые тонкопленочные материалы также были широко изучены из-за их особых магнитных свойств, и до сих пор были обнаружены межслойная связь, перпендикулярная намагниченность, эффект гигантского магнитосопротивления, аномалия магнитооптического эффекта и другие явления. В 1980-х годах в многослойной пленке Fe/Cr был обнаружен эффект гигантского магнитосопротивления: удельное сопротивление самого материала изменяется из-за изменения состояния намагниченности материала. В 1990-х годах эффект магнитосопротивления наблюдался в пленках частиц Co/Cu, а с тех пор он был обнаружен в нанотвердых материалах, приготовленных методом жидкофазного закаливания и механического легирования. Основная цель этого эффекта - уменьшить намагниченность насыщения и увеличить чувствительность при низких полях. На современном этапе для достижения этой цели, вероятно, выбраны два метода: во-первых, использование тонкопленочных материалов со спин-клапанной структурой (Spin Value); во-вторых, формирование межслоевых разрывов за счет определенной степени отжига для создания статической магнитной связи между слоями дипольных моментов. Например, Ta (100A)/Ag (20A)/[NiFe (20A)/Ag (40A)]4NiFe (20A)/Ta (40A)/Si0, (700A)/Si после 315 ℃ в (5%H2 +95%Ar) пленке после отжига GMR (GradientMotionRefocussing). Refocussing) достигла 4%~6% чувствительность магнитного поля увеличилась. Материалы для магнитной записи также находятся в центре внимания исследователей тонкопленочных материалов, материалы для магнитной записи, чтобы обеспечить их высокую плотность хранения, должны обладать хорошей анизотропией. В соответствующей литературе предлагается значение K'V/kT более 50 (где K - анизотропное свойство, V - магнитный объем обратного хода, k - постоянная Больцмана, T - температура). Наши текущие исследования показали, что FePt обладает превосходной анизотропией (примерно в 15 раз выше, чем у обычных материалов).

Оптические свойства нанопленок

Нанопленочные материалы также привлекли внимание исследователей благодаря своим особым свойствам в оптике. Суперчастицы TiO2/SnO2 и их композитные пленки LB, приготовленные методом PCVD, имеют особые спектры поглощения в УФ-Виде. Квантовый эффект, характерный для этой композитной пленки, вызывает "синий сдвиг" в спектре поглощения ЛБ, что приводит к хорошей устойчивости к ультрафиолетовому излучению и оптическому пропусканию. Наноразмерная пленка из частиц, состоящая из элементов групп II-VI (CdSxSe1-x) и III-V (CaAs), в процессе эксперимента претерпевает оптическое уширение и синий сдвиг. и голубого смещения. Кроме того, пленки частиц элементов группы I-V (CdSSe1-) в экспериментах подвергались фотоиндуцированному обесцвечиванию, что объяснялось изменением интенсивности полос поглощения при облучении светом определенной длины волны. Как новый материал прямого полупроводника с большой зоной пропускания (3,37 эВ) и высокой энергией связи экситонов (60 мэВ), ZnO стал новой горячей точкой в области коротковолновых оптических функциональных материалов.

HuipingLu и др. приготовили тонкие пленки Zn0 методом импульсного лазерного осаждения и исследовали влияние парциального давления азота и кислорода на микроструктуру, морфологию и оптические свойства пленок. Линейные и нелинейные эффекты света также являются более заметной горячей точкой, и тонкопленочные материалы из-за своих свойств также имеют определенное значение в этих исследованиях. Оптический линейный эффект: качество в поле световой волны, когда интенсивность света слабая, электрод среды пропорциональна световой волны электрического поля явления первичной стороне. Когда размер тонкопленочных материалов достаточно мал (меньше боровского радиуса экситона aB), в ходе эксперимента появляются пики экситонного поглощения. Например, пики экситонного поглощения можно легко получить, контролируя толщину пленки многослойных структур InGaAs и InGaAIAs. Оптические нелинейности - это изменения интенсивности поляризации среды, которые пропорциональны второй, третьей или даже большей мощности приложенного электромагнитного поля под действием сильного светового поля. В случае тонкопленочных материалов основной причиной оптической нелинейности является квантовый размерный эффект. Было обнаружено, что на кривых Z-сканирования пленок частиц Ge наблюдается нелинейное усиление интенсивности поглощения образца вдоль оси симметрии кривой, где находится фокусная точка. Поскольку интенсивность света на единицу площади в фокальной точке наибольшая, коэффициент поглощения в фокальной точке также наибольший, с нелинейным коэффициентом поглощения (β~ 0,82 см /Вт), что является оптическим нелинейным откликом третьего порядка.

Мы предлагаем Услуги по индивидуализации процессов нанесения покрытий (микро- и нанофабрикации), Не стесняйтесь оставлять комментарии.