納米薄膜的特性及應(yīng)用

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1、納米薄膜的特性及應(yīng)用班級(jí)：碩1009班姓名：黃憲法納米薄膜是指由尺寸為納米數(shù)量級(jí)(1~100nm)的組元鑲嵌于基體所形成的薄膜材料。由于這種特殊的結(jié)構(gòu)，它在力、熱、光、電、等方面有著不同于普通材料的的特性，下面主要從這幾個(gè)方面介紹納米薄膜的特性及應(yīng)用。1.摩擦特性1.1有機(jī)薄膜的摩擦特性[1]如圖1，所示通過有機(jī)鍍膜技術(shù)在Ｍｇ－Ｍｎ－Ｃｅ鎂合金表面制備有機(jī)薄膜有機(jī)鍍膜后，其摩擦系數(shù)從未處理鎂合金的０．１２７降至０．０７８．說明在微載荷條件下，所形成的疏水有機(jī)納米薄膜有降低摩擦系數(shù)、提高摩擦學(xué)性能的效果，在解決ＭＥＭＳ（微機(jī)電）系統(tǒng)的摩擦、潤(rùn)滑

2、問題方面具有一定應(yīng)用前景．圖1.恒載荷１００ｍＮ下鎂合金疏水納米薄膜與基體的摩擦系數(shù)曲線1.摩擦特性1.2單晶硅表面復(fù)合納米膜[2]在單晶硅基片制備稀土復(fù)合納米自組裝膜（MPTS–SAMs），它們同鋼球?qū)δr(shí)的摩擦系數(shù)結(jié)果如圖2所示.在試驗(yàn)初期由于單晶硅表面在空氣中易吸附有機(jī)污染物,基片表面的摩擦系數(shù)較低,當(dāng)摩擦次數(shù)超過120次后,污染物被磨掉,鋼球與單晶硅基片開始對(duì)摩,摩擦系數(shù)快速上升到0.8.MPTS-SAMs/RE在相同試驗(yàn)條件下的摩擦次數(shù)超過500次。這表明MPTS-SAMs/RE能夠有效地降低基片摩擦系數(shù),具有較好的耐磨性能.圖2.

3、摩擦系數(shù)隨摩擦次數(shù)變化的關(guān)系曲線2.壓阻特性多晶硅納米的壓阻特性[3]圖3多晶硅隧道模型的等效電路基于隧道壓阻效應(yīng)的多晶硅壓阻特性的修正模型，等效電阻如圖3所示，其中Rt(熱電子發(fā)射電流決定的發(fā)射電阻）是能量大于勢(shì)壘高度的空穴電流通路；Rf是隧道電流決定的隧道電阻，為能量小于勢(shì)壘高度的空穴提供的電阻，Rf、Rt與中性區(qū)電阻Rg都有壓阻效應(yīng)，而且都是由應(yīng)力引起價(jià)帶的兩個(gè)能帶退耦分離造成的。但隧道電流帶來(lái)的壓阻效應(yīng)更顯著。重?fù)诫s情況下，多晶納米薄膜的應(yīng)變系數(shù)比晶粒中性區(qū)和相應(yīng)的單晶更大。由于重?fù)诫s多晶納米薄膜具有較大應(yīng)變系數(shù)和良好的溫度特性，是制

4、作力學(xué)量傳感器的理想壓阻材料。3.光電特性PbSe納米薄膜的光電導(dǎo)性能采用光脈沖下薄膜的ｉ－t（電阻時(shí)間）曲線表征，如圖4所示．可以看出，薄膜在光脈沖信號(hào)下具有良好的光電響應(yīng)．ＰｂＳｅ納米晶薄膜在空氣中快速退火（３０ｓ）即可獲得光電導(dǎo)效應(yīng).圖4（ａ)為空氣中薄膜對(duì)光脈沖表現(xiàn)慢光電響應(yīng)現(xiàn)象,光照取消后，光電流持續(xù)１０ｍｉｎ左右才能回到起始電阻．而在低氧壓中退火得到的薄膜（圖4（ｂ））則表現(xiàn)出較好的光電響應(yīng),響應(yīng)時(shí)間短，響應(yīng)度較大（光生電流／暗電流)．圖4.PbSe納米薄膜的光電響應(yīng)PbSe納米晶薄膜光電特性[4]4.氣敏性ZnO納米薄膜氣敏性[

5、5]在室溫條件下對(duì)20層氧化鋅納米粒子薄膜進(jìn)行了氣敏性能測(cè)試．圖5為敏感元件的靈敏度與不同鏈長(zhǎng)醇類氣體濃度變化的關(guān)系曲線。從圖中可以看出．隨著氣體濃度增加，元件的靈敏度也相應(yīng)增大。對(duì)3種醇?xì)夥盏撵`敏度按正丙醇、甲醇、乙醇的順序遞減。這與氣體分子的體積和其自身的推電子效應(yīng)有關(guān)。圖5室溫下氧化鋅薄膜元件的靈敏度與醇類氣體濃度的關(guān)系曲線4.氣敏性薄膜元件對(duì)甲醇、乙醇和正丙醇的響應(yīng)．恢復(fù)特性曲線如圖6所示。元件對(duì)體積分?jǐn)?shù)為0．003％甲醇、0．007％乙醇和0．002％正丙醇的響應(yīng)時(shí)間分別為l8、32和22s；恢復(fù)時(shí)間分別為38、40和36s。氣敏性

6、能測(cè)試結(jié)果表明．氧化鋅薄膜型氣敏元件在室溫下對(duì)醇類氣體具有較好的靈敏性和較快的響應(yīng)．恢復(fù)特性，可以作為室溫氣敏材料進(jìn)行開發(fā)利用。圖6.ZnO薄膜對(duì)CH3OH、C2H5OH、C3H7OH的響應(yīng)-特性曲線5.催化特性RuO2/TiO2納米薄膜催化特性[6]圖7為納米R(shí)uO2/TiO2薄膜電極在pH7的飽和緩沖溶液中,以2mV?s－1從－0.5至－1.2V的近穩(wěn)態(tài)伏安曲線.曲線a中還原電流由CO2還原電流和析氫電流構(gòu)成,而曲線b中,還原電流只是析氫所貢獻(xiàn).曲線c是a與b差減的結(jié)果,忽略前后析氫電流的差異,曲線c可近似反映CO2還原的凈電流.曲線b中

7、析氫過程可分為三個(gè)階段:0.6至0.7V電流緩慢增加;0.7至0.9V出現(xiàn)平臺(tái)區(qū);0.9V后電流密度進(jìn)一步增加.納米R(shí)uO2/TiO2薄膜電極在電催化還原CO2時(shí),平臺(tái)區(qū)的析氫電流b是文獻(xiàn)值的1.5倍,相應(yīng)的總電流a約是文獻(xiàn)值的4倍.圖7RuO2/TiO2薄膜電極在不同條件下的近穩(wěn)態(tài)伏安曲線(2mV?s－1)a—通入CO2;b—通入N2;c—a－b5.催化特性向電解質(zhì)溶液中分別通入CO2和N230min達(dá)到飽和后,分別選擇0.8和0.9V,測(cè)定3000s過程的i～t曲線,差減得到CO2還原凈電流的穩(wěn)定性曲線,見圖8.可知,這兩個(gè)電位下,CO2

8、還原的凈電流穩(wěn)定性良好,其中0.8V時(shí)的穩(wěn)定性優(yōu)于0.9V,可能由于電位較負(fù)時(shí)表面反應(yīng)更加劇烈而導(dǎo)致RuO2穩(wěn)定性下降.納米TiO2涂覆層促進(jìn)了RuO2的電沉積,析