薄膜物理與技術(shù)大作業(yè) Microsoft W

1、 薄膜物理與技術(shù)大作業(yè)薄膜物理技術(shù)的基礎(chǔ)知識及納米薄膜的應(yīng)用作 者 姓 名 學(xué) 號 班 級 專 業(yè) 學(xué) 院 指 導(dǎo) 老 師 目 錄摘 要 3一. 真空薄膜技術(shù)3二薄膜技術(shù)在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用 10三納米薄膜14四薄膜技術(shù)的意義22五參考文獻(xiàn)24摘 要真空薄膜技術(shù)發(fā)展至今已有200年的歷史。在一代代探索者的艱辛研究下各種材料的薄膜化已經(jīng)成為一種普遍趨勢，以至于將薄膜材料及薄膜技術(shù)看成21世紀(jì)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。正文：真空薄膜技術(shù)發(fā)展至今已有200年的歷史。在19世紀(jì)可以說一直是處于探索和預(yù)研階段。經(jīng)過一代代探索者的艱辛研究，時至今日大量具有各種不同功能的薄膜得到了廣泛的應(yīng)用，薄膜作為一

2、種重要的材料在材料領(lǐng)域占據(jù)著越來越重要的地位，各種材料的薄膜化已經(jīng)成為一種普遍趨勢。其中包括納米薄膜、量子線、量子點等低維材料，高K值和低K值介質(zhì)薄膜材料，大規(guī)模集成電路用Cu布線材料，巨磁電阻、厐磁電阻等磁致電阻薄膜材料，大禁帶寬度的“硬電子學(xué)”半導(dǎo)體薄膜材料，發(fā)藍(lán)光的光電半導(dǎo)體材料，高透明性低電阻率的透明導(dǎo)電材料，以金剛石薄膜為代表的各類超硬薄膜材料等。這些新型薄膜材料的出現(xiàn)，為探索材料在納米尺度內(nèi)的新現(xiàn)象、新規(guī)律，開發(fā)材料的新特性、新功能，提高超大規(guī)模集成電路的集成度，提高信息存儲記錄密度，擴大半導(dǎo)體材料的應(yīng)用范圍，提高電子元器件的可靠性，提高材料的耐磨抗蝕性等，提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。以至于將

3、薄膜材料及薄膜技術(shù)看成21世紀(jì)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。薄膜技術(shù)與薄膜材料之所以受到人們的關(guān)注，主要基于下面幾個理由：（1） 薄膜材料是典型的二維材料，即在兩個尺度上較大，而在第三個尺度上很小。（2） 作為二維材料，薄膜材料的最主要特點是所謂尺寸特點，利用這個特點可以實現(xiàn)各種元器件的微型化、集成化。 （3） 由于尺寸小，薄膜材料中表面和界面所占的相對比例較大，表面所表現(xiàn)的有關(guān)性質(zhì)極為突出，存在一系列與表面界面有關(guān)的物理效應(yīng)。 （4） 在表面，原子周期性中斷，產(chǎn)生的表面能級、表面態(tài)數(shù)目與表面原子數(shù)有同一量級，對于半導(dǎo)體等載流子少的物質(zhì)將產(chǎn)生較大影響。 （5） 表面磁性原子的相鄰原子數(shù)減少

4、，引起表面原子磁矩增大。（6） 薄膜材料各向異性等等。 薄膜材料種類繁多,應(yīng)用廣泛,目前常用的有：超導(dǎo)薄膜、導(dǎo)電薄膜、電阻薄膜、半導(dǎo)體薄膜、介質(zhì)薄膜、絕緣薄膜、鈍化與保護(hù)薄膜、壓電薄膜、鐵電薄膜、光電薄膜、磁電薄膜、磁光薄膜等。薄膜及微細(xì)加工技術(shù)的應(yīng)用范圍極為廣泛，從大規(guī)模集成電路、電子元器件、平板顯示器、信息記錄與存儲、MEMS、傳感器、太陽能電池，到材料的表面改性等，涉及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域。薄膜材料的應(yīng)用薄膜技術(shù)與薄膜材料根據(jù)用途可以分為民用和軍用兩大類。首先我們先來介紹很受人們注目的主要有一下幾種薄膜：光學(xué)薄膜光學(xué)薄膜是一種為改變光學(xué)零件表面光學(xué)特性而鍍在光學(xué)零件表面上的一層或多層膜

5、。可以是金屬膜、介質(zhì)膜或這兩類膜的組合。它可分為增透膜、高反膜、濾光膜、分光膜、偏振與消偏振膜等。減反射膜是應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的一種光學(xué)薄膜，因此，它至今仍是光學(xué)薄膜技術(shù)中重要的研究課題，研究的重點是尋找新材料，設(shè)計新膜系,改進(jìn)淀積工藝,使之用最少的層數(shù)，最簡單、最穩(wěn)定的工藝，獲得盡可能高的成品率，達(dá)到最理想的效果。其中的原理 膜有兩個界面就有兩個矢量，每個矢量表示一個界面上的振幅反射系數(shù)。如果膜層的折射率低于基片的折射率，則在每個界面上的反射系數(shù)都為負(fù)值，這表明相位變化為180（若反射光存在于折射率比相鄰媒質(zhì)更低的媒質(zhì)內(nèi)，則相移為180;若該媒質(zhì)的折射率高于相鄰媒質(zhì)的折射率，則相移為零。）

6、當(dāng)膜層的相位厚度為90時，即膜層的光學(xué)厚度為某一波長的四分之一時，則兩個矢量的方向完全相反，合矢量便有最小值。如果矢量的模相等，則對該波長而言，兩個矢量將完全抵消，于是出現(xiàn)了零反射率。圖一 減反射膜光路圖鍍膜眼鏡我們?nèi)粘Ｋ鞯难坨R上就鍍了一層光學(xué)薄膜，光線通過鏡片的前后表面時，不但會產(chǎn)生折射，還會產(chǎn)生反射。這種在鏡片前表面產(chǎn)生的反射光會使別人看戴鏡者眼睛時，看到的卻是鏡片表面一片白光。拍照時，這種反光還會嚴(yán)重影響戴鏡者的美觀。此外，眼鏡片屈光力會使所視物體在戴鏡者的遠(yuǎn)點形成一個清晰的像，也可以解釋為所視物的光線通過鏡片發(fā)生偏折并聚集于視網(wǎng)膜上，形成像點，由于屈光鏡片的前后表面的曲率不同，并且存

7、在一定量的反射光，它們之間會產(chǎn)生內(nèi)反射光。內(nèi)反射光會在遠(yuǎn)點球面附近產(chǎn)生虛像，也就是在視網(wǎng)膜的像點附近產(chǎn)生虛像點。這些虛像點會影響視物的清晰度和舒適性。眼鏡鍍膜后，就可在鏡片表面鍍上具有一定厚度和層數(shù)的光學(xué)薄膜，鍍膜后的鏡片，可保護(hù)鏡片表面不受腐蝕和磨損，提高透光率和清晰度。使鏡片可在攝影、拍照時減少鏡片反光，同時使鏡片有銳目色彩。有兩種鍍膜鏡片：反射式濾光鏡片。在鏡片表面鍍金、銀、硫化鋅等。鍍膜能反射可見光、紅外線及r射線，對眼起保護(hù)作用?？狗瓷湓鐾哥R片。鏡片鍍氟化鎂、二氧化硅、氟化鋁等，可減少鏡面反射，提高鏡片的透過率。外觀美，有助于攝影拍照。 鍍膜眼鏡的優(yōu)點：（1）視物清楚，減少鏡面反射光

8、，增加了光線透過率。 （2）鍍膜眼鏡能防止紫外線、紅外線、X線對視力的傷害。配戴鍍膜眼鏡觀力不易疲勞。對熒光屏前工作人員的視力可受到保護(hù)。 （3）鍍膜眼鏡可以降低鏡片表面的反射光，解決戴眼鏡在強光下照像的難題，增加美感。 （4）鏡片能經(jīng)受各種不良環(huán)境，高溫、雨淋、海水浸泡也不會脫落。 鏡面鍍膜有三層： 外層防污膜是防灰塵和油漬； 中層防反射膜，是提高鏡片光線通過率 內(nèi)層加硬膜是防止鏡片磨損、刮花。2. 太陽能薄膜技術(shù)1973年世界爆發(fā)了第一次能源危機，使人們清醒地認(rèn)識到地球上化石能源儲藏及供給的有限性，客觀上要求人們必須尋找其它可替代的能源技術(shù)，改變現(xiàn)有的以使用單一化石能源為基礎(chǔ)的能源供給結(jié)構(gòu)

9、。為此，以美國為首的西方發(fā)達(dá)國家紛紛投入大量人力、物力和財力支持太陽電池的研究和發(fā)展，同時在以亟待解決的與化石能源燃燒有關(guān)的大氣污染、溫室效應(yīng)等環(huán)境問題的促使下，在全世界范圍內(nèi)掀起了開發(fā)利用太陽能的熱潮，也由此拉開了太陽電池發(fā)電的序幕。薄膜太陽電池可以使用在價格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金屬片等不同材料當(dāng)基板來制造，形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度僅需數(shù)um，目前轉(zhuǎn)換效率最高以可達(dá)13%。薄膜電池太陽電池除了平面之外，也因為具有可撓性可以制作成非平面構(gòu)造其應(yīng)用范圍大，可與建筑物結(jié)合或是變成建筑體的一部份，應(yīng)用非常廣泛。太陽能電池有以下幾類：硅基太陽能電池(單晶/多晶/非晶)(24.7%)化合物太陽

10、能電池(砷化鎵/硫化鎘/碲化鎘/銅銦硒等)有機薄膜太陽能電池 (酞青類化合物/導(dǎo)電聚合物等)納米薄膜太陽能電池(納米TiO2)硅材料是目前太陽電池的主導(dǎo)材料，在成品太陽電池成本份額中，硅材料占了將近40%，而非晶硅太陽能電池的厚度不到1m，不足晶體硅太陽電池厚度的1/100，這就大大降低了。又由于非晶硅太陽電池的制造溫度很低(200)、易于實現(xiàn)大面積等優(yōu)點，使其在薄膜太陽電池中占據(jù)首要地位。 近年來,業(yè)界對以薄膜取代硅晶制造太陽能電池在技術(shù)上已有足夠的把握。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所于去年2月已經(jīng)研制出目前世界上太陽能轉(zhuǎn)換率最高的有機薄膜太陽能電池，其轉(zhuǎn)換率已達(dá)到現(xiàn)有有機薄膜太陽能電池的4倍。此前

11、的有機薄膜太陽能電池是把兩層有機半導(dǎo)體的薄膜接合在一起，其太陽能到電能的轉(zhuǎn)換率約為1%。新型有機薄膜太陽能電池在原有的兩層構(gòu)造中間加入一種混合薄膜，變成三層構(gòu)造，這樣就增加了產(chǎn)生電能的分子之間的接觸面積，從而大大提高了太陽能轉(zhuǎn)換率。從而有了更加廣闊的應(yīng)用前景。 3. 抗反射膜光學(xué)薄膜與國防科技的關(guān)系也頗為密切。事實上光學(xué)薄膜所以會這么樣的蓬勃發(fā)展是由于它在軍事上有不可缺少的需要而被開發(fā)出來的。首先是抗反射膜的應(yīng)用。 抗反射膜所謂抗反射膜是在光學(xué)組件表面鍍上一層或數(shù)層的光學(xué)薄膜，造成一些界面，使得經(jīng)由各個界面反射回來的光波與光波之間產(chǎn)生破壞性的干涉，而終至見不到反射光。軍事上用到抗反射膜的地方很

12、多，只要有接受光信號 (不論可見光或紅外光) 或發(fā)射光信號的地方一定要做抗反射膜處理。最常見到的譬如 :保護(hù)窗、目鏡、物鏡及任何透鏡的兩面都會鍍上抗反射膜。鍍抗反射膜的用意有二，其一是借著減少反射而增加整個光學(xué)系統(tǒng)的透射率。當(dāng)基板的折射率愈大及片數(shù)愈多時，透射率就會愈低，以鍺（Ge）來說，其折射率為4，若系統(tǒng)中有兩片鍺基板而不鍍抗反射膜時透射率就會小于22%，也就是說至少78%的能量會散失掉。硅 (Si)的折射率為3.4，能量的損耗也很嚴(yán)重，而鍺鍺及硅是軍事上很重要的材料，可見抗反射膜在軍事上是不可缺少的。鍍抗反射膜的原因之二是可以使光學(xué)系統(tǒng)所成的影像的明晰度增高，這是因為若沒有鍍抗反射膜則基

13、板的反射光束來回于系統(tǒng)中會使影像的背景變差，對比度降低。影像近旁會有個相似的影像存在，俗稱鬼影?？狗瓷淠さ膽?yīng)用增加了光學(xué)組件的透射率，使雙筒望遠(yuǎn)鏡能看得更清楚，使進(jìn)入偵器的光信號強度增加。這在紅外線光學(xué)系統(tǒng)中表現(xiàn)得更為明顯。其次是金屬反射膜的應(yīng)用。它使反射式望遠(yuǎn)鏡變得非常易行有用。它在改變光的路徑，如潛望鏡，它使在隱藏中觀測敵情變成非常簡單。第二次世界大戰(zhàn)后，由于飛彈的開發(fā)，各種光網(wǎng)及紅外光濾光膜的研制變得非常重要，不但薄膜設(shè)計上有了很大的進(jìn)展，薄膜材料的開發(fā)上也有很大的進(jìn)步。待雷射發(fā)明后，軍事上對光學(xué)薄膜的需求更是有增無減，而且質(zhì)量要求更高，種類也更多。也可以說，光學(xué)薄膜再次助長了武器的功力

14、。二.、耐腐蝕薄膜除卻光學(xué)薄膜外，又由于耐腐蝕薄膜的廣泛應(yīng)用使其在防腐工藝上有著極其重要的作用。高速電弧噴涂長效防腐技術(shù)。電弧噴涂技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域是長效防腐層的制備，電弧噴涂鋅、鋁及鋅鋁合金涂層具有優(yōu)良的防海水、海洋大氣、鹽霧以及土壤的腐蝕能力，加入稀土可以有效地改善涂層的物理化學(xué)性能，提高涂層的耐腐蝕性能。 納米電刷鍍防腐耐磨涂層技術(shù)。維修表面工程研究中心成功地將納米材料與電刷鍍技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)了納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)。它是在常規(guī)電刷鍍鍍液中加入一種或幾種納米顆粒，通過高能機械化學(xué)法使納米顆粒均勻分散并穩(wěn)定懸浮，刷鍍過程中納米顆粒與基質(zhì)金屬鎳發(fā)生共沉積，從而得到彌散分布著硬質(zhì)納米顆粒的復(fù)合

15、刷鍍層，提高了基體材料的防腐性能。該技術(shù)可以對腐蝕的飛機蒙皮進(jìn)行快速修復(fù)。 非晶態(tài)合金化學(xué)鍍層防腐技術(shù)。非晶態(tài)合金化學(xué)鍍層技術(shù)是一種在不加外電流的情況下，利用化學(xué)還原的方法使鎳陽離子還原成金屬鎳并沉積在催化金屬表面上的方法。該技術(shù)通過控制磷含量得到的非晶態(tài)鍍層致密、孔隙少，耐腐蝕性能優(yōu)于電鍍層。通過非晶態(tài)鍍層與不銹鋼在幾種不同腐蝕介質(zhì)中的腐蝕速率對比，其耐腐蝕性能明顯優(yōu)于不銹鋼材料。 納米固體薄膜減摩防腐技術(shù)。納米固體薄膜減摩防腐技術(shù)是將固態(tài)物質(zhì)涂（鍍）于摩擦界面，起到固體潤滑作用，以降低摩擦，減少磨損，同時具有防止腐蝕的作用。此外，納米固體薄膜減摩防腐技術(shù)特別適用于解決特殊工況條件下的潤滑難

16、題。 納米防腐涂料及涂裝技術(shù)。采用納米材料合成高性能無機硅酸鹽樹脂，并研制成功了有機硅改性水性硅酸鹽富鋅涂料，將其作為鋼結(jié)構(gòu)長效防腐底漆。針對不同環(huán)境，設(shè)計綜合保護(hù)涂層體系。經(jīng)應(yīng)用考核，漆膜防護(hù)性能優(yōu)異，涂層完好如新，無任何粉化、腐蝕銹斑等損壞現(xiàn)象發(fā)生。對納米鋅粉/磷酸鹽無機自干防腐底漆進(jìn)行了實驗性能測試，涂層性能良好。有機硅改性水性硅酸鹽富鋅涂料通過1000小時的鹽霧試驗，防腐蝕效果良好。 三、薄膜電容器而薄膜特殊的尺寸及量子效應(yīng)促使了器件的微小型化，不僅可以保持器件的原有功能并使之強化，而且，隨著器件的尺寸減小乃至接近電子或其他粒子量子化運動的尺度，薄膜材料或其器件將顯示出許多全新的物理現(xiàn)

17、象。薄膜（以及目前正大力開發(fā)的量子線、量子點等）技術(shù)是制備這類新型功能器件的有效手段。 薄膜電容器是以金屬箔當(dāng)電極，將其和聚乙酯，聚丙烯，聚笨乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜，從兩端重疊后，卷繞成圓筒狀的構(gòu)造之電容器。而依塑料薄膜的種類又被分別稱為聚乙酯電容(又稱Mylar電容)，聚丙烯電容(又稱PP電容)，聚苯乙烯電容(又稱PS電容)和聚碳酸電容。薄膜電容器由于具有很多優(yōu)良的特性，因此是一種性能優(yōu)秀的電容器。它的主要等性如下：無極性，絕緣阻抗很高，頻率特性優(yōu)異(頻率響應(yīng)寬廣)，而且介質(zhì)損失很小。基于以上的優(yōu)點，所以薄膜電容器被大量使用在模擬電路上。尤其是在信號交連的部分，必須使用頻率特性良好，介質(zhì)損

18、失極低的電容器，方能確保信號在傳送時，不致有太大的失真情形發(fā)生。在所有的塑料薄膜電容當(dāng)中，又以聚丙烯(PP)電容和聚苯乙烯(PS)電容的特性最為顯著。四、薄膜夜視設(shè)備目前使用的大多數(shù)夜視設(shè)備裝著一大堆電子元件，需要幾千伏特的工作電壓。為了讓畫面更加逼真，夜視鏡的鏡頭與鏡頭之間必須保持真空狀態(tài)，因此整個裝置比較沉重。而國外某專家則利用薄膜技術(shù)發(fā)明了一種新型的夜視眼鏡。其原理是這樣的，當(dāng)紅外光進(jìn)入由七層不同性質(zhì)材料組成的薄膜時，被第一層材料偵測到，于是輕微的充電機制被激發(fā)，同時附加的電能（約3至5伏）將收到的信號放大后轉(zhuǎn)換成可見光。盡管這種新裝置與現(xiàn)今大多數(shù)夜視攝像頭一樣會發(fā)出令人毛骨悚然的綠光，

19、但前者的獨特之處在于其重量：不到100克。深加工后，重量可以降到10克，而厚度只有幾微米。這意味著，傳統(tǒng)的笨重夜視鏡將被輕便的貼膜取而代之，總重量甚至不超過半副紙牌。二，光學(xué)薄膜技術(shù)光學(xué)薄膜技術(shù)一直是光學(xué)領(lǐng)域中不可忽略重要基礎(chǔ)技術(shù)，而且品質(zhì)要求也越來越高，加上近年來在資訊顯示及光通訊科技快速發(fā)展之下，不論是在顯示設(shè)備中分、合色元件，又或是在光通訊主、被動元件開發(fā)製程上，薄膜製程技術(shù)都是不可忽略重要技術(shù)。而在顯示器技術(shù)、光通訊技術(shù)、生醫(yī)光電技術(shù)等，在全方位薄膜技術(shù)有其決定性的影響。光學(xué)薄膜與鍍膜技術(shù)的重要性從精密及光學(xué)設(shè)備、顯示器設(shè)備到日常生活中的光學(xué)薄膜應(yīng)用；比方說，平時戴的眼鏡、數(shù)位相機、各

20、式家電用品，或者是鈔票上的防偽技術(shù)，皆能被稱之為光學(xué)薄膜技術(shù)應(yīng)用之延伸。倘若沒有光學(xué)薄膜技術(shù)作為發(fā)展基礎(chǔ)，近代光電、通訊或是雷射技術(shù)發(fā)展速度，將無法有所進(jìn)展，這也顯示出光學(xué)薄膜技術(shù)研究發(fā)展重要性。一般來說，要使用多層薄膜時，必須根據(jù)設(shè)計者需求，藉用高低折射率薄膜堆疊技術(shù)，做為各類型光學(xué)薄膜設(shè)計之用，才能達(dá)到事先預(yù)期后評估的光學(xué)特性。比方說：抗反射鏡、高反射鏡、分光鏡、截止濾光鏡、帶通濾光鏡、帶止濾光鏡等；而在電腦分析軟、硬體發(fā)展健全的今日，不僅使光學(xué)薄膜在設(shè)計上變得更為便捷，且光學(xué)薄膜技術(shù)研究發(fā)展也將更為快速。就目前設(shè)計端而言，若以合理特性范圍來考量，光學(xué)薄膜製作門檻已經(jīng)降低不少，技術(shù)困難點也

21、很少出現(xiàn)，通常只要在合理要求范圍之內(nèi)，設(shè)計者不難發(fā)出適用的光學(xué)多層膜結(jié)構(gòu)。不過，光學(xué)薄膜最主要關(guān)鍵問題，在於薄膜鍍膜工藝技術(shù)的改善？這關(guān)係到要如何精準(zhǔn)地掌控每一層薄膜厚度與折射率，才能獲得預(yù)期光學(xué)性質(zhì)和機械特性，甚至在製程量產(chǎn)化及成本降低都有其助益。另外，包括：薄膜材料開發(fā)（包括：材料測試、化學(xué)純度、材料創(chuàng)新、材料型式）、先進(jìn)鍍膜技術(shù)開發(fā)（包括：真空鍍膜機、監(jiān)控技術(shù)）及薄膜的量測分析（膜層設(shè)計、厚度誤差分析技巧）等，都是光學(xué)薄膜工程上所要面對到的首要課題。不過，在光學(xué)薄膜技術(shù)應(yīng)用上，由於技術(shù)本身被歸納為廣泛應(yīng)用性質(zhì)，不容易以某一或單一產(chǎn)品作為載具并加以區(qū)分；因此，在光學(xué)薄膜產(chǎn)品技術(shù)，最終應(yīng)用則

22、是在眾多光學(xué)元件上，若以光學(xué)元件各個相關(guān)應(yīng)用市場來探究，更可看出主要附加價值與相關(guān)性。對於顯示器畫面尺寸及影像品質(zhì)及輻射量多寡的要求日漸嚴(yán)苛，過去顯示器尺寸也從14吋、20吋、29吋、32吋，甚至更大尺寸，也從CRT螢?zāi)话l(fā)展到LCD螢?zāi)换蛲队拔災(zāi)弧Ｒ驗槌^40吋CRT顯示器動輒超過100公斤、厚度也超過35吋；因此，在一般CRT顯示器生產(chǎn)過程中，40吋以上就是一個技術(shù)瓶頸。目前要打破尺寸瓶頸技術(shù)，就是利用投影技術(shù)來達(dá)成，藉用光學(xué)技術(shù)放大顯示器尺寸，使其機身厚度變薄，體積變得更為輕盈。對於投影機產(chǎn)業(yè)而言，必須快速對應(yīng)到燈源進(jìn)步程度，以及更高亮度、對比度、體積更小、重量更輕等要求。揭開投影機顯示技

23、術(shù)中重要光學(xué)關(guān)鍵零組件，就像是光學(xué)引擎、光閥、偏光轉(zhuǎn)換器等開發(fā)技術(shù)，對投影顯示技術(shù)中的影像品質(zhì)有著關(guān)鍵性影響。舉例來說，在光學(xué)引擎的偏振分光稜鏡便是光學(xué)引擎中，不可或缺的光學(xué)元件，其可見光波要求在420680nm范圍（入射角范圍約30之內(nèi)），才能大幅度地分開p偏振光及s偏振光，并維持p偏振光穿透率Tp90以上及消光比達(dá)到Tp/Ts500以上，這是因為消光比越高及Tp穿透率也就越高，影像對比度才會更好，色彩一致性越高，獲得較高的光能利用率。在光學(xué)引擎中要用到大量偏振、分光及濾光元件，這些都需要仰賴光學(xué)薄膜、鍍膜技術(shù)來實現(xiàn)，不過這些元件鍍膜技術(shù)要求層級很高，導(dǎo)致生產(chǎn)困難度加大。一般來說，目前發(fā)展投

24、影機技術(shù)，包括：LCD、DLP（MEMS）、LCOS數(shù)種發(fā)展技術(shù)。影像成形技術(shù)，則分為穿透式LCD及反射式DLP、LCOS，而在投影機系統(tǒng)中，便需要運用光學(xué)薄膜濾光片新的開發(fā)技術(shù)，藉以達(dá)到最佳影像品質(zhì)。對於投影機產(chǎn)業(yè)而言，為了因應(yīng)燈源技術(shù)，以及更高亮度、對比度、體積更小、重量更輕等要求，對於其中所使用的各式光學(xué)元件都必須有相對應(yīng)解決之道。而為了達(dá)到需求，這對光學(xué)薄膜技術(shù)來說，已不能單純使用傳統(tǒng)的整數(shù)膜堆設(shè)計來完成，非整數(shù)膜堆設(shè)計必要時也要能被大量採用。不過，對非整數(shù)膜堆技術(shù)而言，除了先天上設(shè)計的困難性之外，在實際的製鍍上也有相當(dāng)?shù)睦щy性。另一方面，對於環(huán)境測試要求更為嚴(yán)格，在濾光片材料選用則應(yīng)

25、更為審慎，基板選擇上也要考慮到整體濾光片應(yīng)力行為等等，這都在先前設(shè)計之初就必須被納入考量。光學(xué)薄膜技術(shù)也在奈米技術(shù)上有其助力奈米材料及技術(shù)因應(yīng)科技發(fā)展速度，不斷受到重視，歸究其主要原因在於奈米材料應(yīng)用廣泛，加上以未來層面來考量。一方面是因為現(xiàn)有理論基礎(chǔ)不足涵蓋奈米材料完整發(fā)展；另一方面來自物理、化學(xué)、生物醫(yī)藥領(lǐng)域的衝擊性與整合性，提供極為有力的助益。其中，在物理方面著重於奈米製造、材料檢測技術(shù)與原子操縱；而在化學(xué)方面則提供由小而大、由下而上的組裝方式、各式化學(xué)方法合成奈米材料；生物領(lǐng)域主要提供是仿生概念及生物製造工程的奈米材料合成技術(shù)。三納米薄膜納米薄膜材料是一種新型材料，指由尺寸為納米數(shù)量級

26、(1100nm)的組元鑲嵌于基體所形成的薄膜材料，它兼具傳統(tǒng)復(fù)合材料和現(xiàn)代納米材料二者的優(yōu)越性，由于其特殊的結(jié)構(gòu)特點，使其作為功能材料有廣泛的應(yīng)用價值。納米薄膜是納米薄膜可以改善一些機械零部件的表面性能，以減少振動，降低噪聲，減小摩擦，延長壽命。這些薄膜在刀具、微機械、微電子領(lǐng)域作為耐磨、耐腐蝕涂層及其它功能涂層獲得重要應(yīng)用。目前，科研人員已從單一材料的納米薄膜轉(zhuǎn)向納米復(fù)合薄膜的研究，薄膜的厚度也由數(shù)微米發(fā)展到數(shù)納米的超薄膜。同時，納米薄膜的表面微觀結(jié)構(gòu)，納米薄膜對敏化電池光電效率的影響及結(jié)晶機制與薄膜對電磁波屏蔽特性的影響都有至關(guān)重要的科學(xué)貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：納米薄膜 性能 功能 納米薄膜的分類(

27、1)據(jù)用途劃分 納米薄膜可按用途分為納米功能薄膜和納米結(jié)構(gòu)薄膜。納米功能薄膜是利用納米粒子所具有的力、電、光、磁等方面的特性，通過復(fù)合制作出同基體功能截然不同的薄膜。納米結(jié)構(gòu)薄膜則是通過納米粒子復(fù)合，對材料進(jìn)行改性，是以提高材料在機械性能為主要目的的薄膜。(2)據(jù)層數(shù)劃分 按納米薄膜的沉積層數(shù)，可分為納米(單層)微薄膜和納米多層薄膜。其中，納米多層薄膜包括我們平常所說的“超晶格”薄膜，它一般是由幾種材料交替沉積而形成的結(jié)構(gòu)交替變化的薄膜，各層厚度均為nm級。組成納米(單層)薄膜和納米多層薄膜的材料可以是金屬、半導(dǎo)體、絕緣體、有機高分子，也可以是它們的多種組合，如金屬一半導(dǎo)體、金屬一絕緣體、半導(dǎo)

28、體一絕緣體、半導(dǎo)體一高分子材料等，而每一種組合都可衍生出眾多類型的復(fù)合薄膜。(3)據(jù)微結(jié)構(gòu)劃分 按納米薄膜的微結(jié)構(gòu)，可分為含有納米顆粒的基質(zhì)薄膜和nm尺寸厚度的薄膜。納米顆?；|(zhì)薄膜厚度可超出nm量級，但由于膜內(nèi)有納米顆粒或原子團的摻人，該薄膜仍然會呈現(xiàn)出一些奇特的調(diào)制摻雜效應(yīng)；nm尺寸厚度的薄膜，其厚度在nm量級，接近電子特征散射的平均自由程，因而具有顯著的量子統(tǒng)計特性，可組裝成新型功能器件，如具有超高密度與信息處理能力的納米信息存貯薄膜、具有典型的周期性調(diào)制結(jié)構(gòu)的納米磁性多層膜等。(4)據(jù)組分劃分 按納米薄膜的組分，可分為有機納米薄膜和無機納米薄膜。有機納米薄膜主要指的是高分子薄膜，而無機

29、納米薄膜主要指的是金屬、半導(dǎo)體、金屬氧化物等納米薄膜。(5)據(jù)薄膜的構(gòu)成與致密度劃分 按薄膜的構(gòu)成與致密程度，可分為顆粒膜和致密膜。顆粒膜是納米顆粒粘在一起形成的膜，顆粒間可以有極小的縫隙，而致密膜則是連續(xù)膜。(6)據(jù)應(yīng)用劃分 按納米薄膜在實際中的應(yīng)用，可分為納米光學(xué)薄膜、納米耐磨損與納米潤滑膜、納米磁性薄膜、納米氣敏薄膜、納米濾膜等。二、 納米薄膜的光學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)與氣敏特性21 光學(xué)性能吸收光譜的“藍(lán)移”、寬化與“紅移”由于具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及界面效應(yīng)，因而，當(dāng)膜厚度減小時，大多數(shù)納米薄膜能隙將有所增大，會出現(xiàn)吸收光譜的藍(lán)移與寬化現(xiàn)象。如納米 TiOESnO：納米顆粒膜具有特

30、殊的紫外可見光吸收光譜，其吸收光譜較塊體發(fā)生了顯著的“藍(lán)移”與寬化，抗紫外線性能和光學(xué)透過性良好。盡管如此，在另外一些納米薄膜 中，由于隨著晶粒尺寸的減小，內(nèi)應(yīng)力的增加以及缺陷數(shù)量增多等因素，材料的電子波函數(shù)出現(xiàn)了重疊或在能級間出現(xiàn)了附加能級，又使得這些納米薄膜的吸收光譜發(fā)生了“紅移”。透明導(dǎo)電氧化物（，）具有寬帶隙（）、可見光區(qū)高透光性（ ）和高導(dǎo)電性（ ）等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于薄膜太陽電池、平板顯示器和透明薄膜晶體管等，領(lǐng)域。是一種新型的直接寬帶隙（室溫帶隙為）半導(dǎo)體材料，激子束縛能（）大、化學(xué)及熱穩(wěn)定性良好。摻雜（摻、和等）具有與相比擬的電學(xué)和光學(xué)性能，以及價廉、無毒和易制備等優(yōu)勢，是一種有

31、競爭力的透明導(dǎo)電薄膜材料。其中，摻（：）在近紅外區(qū)透光性高于：，且其熱穩(wěn)定性優(yōu)于：、：等，既能擴展太陽電池器件吸收光譜范圍，又能保證器件有較長的使用壽命。的摻雜（尤其是型摻雜）是其研發(fā)中的瓶頸，攻克這一難題的關(guān)鍵在于弄清楚摻雜的能帶結(jié)構(gòu)和光譜特性，因此摻雜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性研究具有重要的科學(xué)意義。 相關(guān)的證明實驗有采用脈沖磁控濺射系統(tǒng)在玻璃襯底（載玻片）上常溫制備透明導(dǎo)電：納米薄膜。靶材是由和粉末（純度均為）經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的陶瓷靶（： ）。玻璃襯底經(jīng)丙酮、無水乙醇和去離子水依次超聲清洗。濺射系統(tǒng)的本底真空度為，濺射氣體為高純氣（純度為），濺射氣壓保持在左右。鍍膜前，先進(jìn)行預(yù)濺射以清潔：靶材表面，

32、然后使濺射功率穩(wěn)定在 再進(jìn)行鍍膜。利用紫外可見近紅外分光光度計（）測量薄膜的光學(xué)透過率，用射線衍射儀（，）分析薄膜的物相結(jié)構(gòu)。薄膜的表面形貌采用掃描電鏡（，）進(jìn)行表征，厚度和表面粗糙度用臺階儀（）測試，電阻率、載流子濃度和霍爾遷移率是依據(jù)方法測試。利用逐點無約束最優(yōu)化法軟件（）計算薄膜的厚度和光學(xué)常數(shù)。 采用脈沖磁控濺射系統(tǒng)在玻璃襯底上常溫制備出了透明導(dǎo)電：納米薄膜，研究了薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性。：納米薄膜為多晶六方釬鋅礦結(jié)構(gòu)，且沿著軸取向擇優(yōu)生長。薄膜的表面均勻、致密和平坦，其在可見光和近紅外光譜區(qū)的透光性能很好，光學(xué)帶隙為，折射率 和消光系數(shù)在可見光區(qū)隨波長的變化很小且數(shù)值基本恒定（約為，則

33、趨于），而在紫外區(qū)則隨波長的變化顯著。薄膜在可見光區(qū)具有高透光率和低吸收率?；冢杭{米薄膜具有良好的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性，其在太陽電池等光電器件中有望獲得廣泛應(yīng)用。(2)光學(xué)非線性 弱光強的光波透過宏觀介質(zhì)時，介質(zhì)中的電極化強度常與光波的電場強度具有近似的線性關(guān)系。但是，當(dāng)納米薄膜的厚度與激子玻爾半徑相比擬或小于激子玻爾半徑時，在光的照射下，薄膜的吸收譜上會出現(xiàn)激子吸收峰。這種激子效應(yīng)將連同納米薄膜的小尺寸效應(yīng)、宏觀量子尺寸效應(yīng)、量子限域效應(yīng)一道使得強光場中介質(zhì)的極化強度與外加電磁場的關(guān)系出現(xiàn)附加的2次、3次乃至高次項。簡單地講，就是納米薄膜的吸收系數(shù)和光強之間出現(xiàn)了非線性關(guān)系，這種非線性關(guān)系可通過

34、薄膜的厚度、膜中晶粒的尺寸大小來進(jìn)行控制和調(diào)整。22 力學(xué)性能(I)硬度 位錯塞積理論認(rèn)為，材料的硬度 與微結(jié)構(gòu)的特征尺寸A之間具有近似的HallPetch關(guān)系式o-=o-o+(A,4o)式中， 為宏觀材料的硬度；A。為常數(shù)。對于納米薄膜來說，特征尺寸A為膜的厚度。由該關(guān)系式可以得出，特征尺寸A很小的納米薄膜將具有很高的硬度。此外，納米多層膜的硬度還與薄膜的組分、組分的相對含量有關(guān)。一般來說，在納米薄膜中添加適量的硬質(zhì)相可使薄膜的硬度得到進(jìn)一步的提高。(2)耐磨性 研究表明，多層納米膜的調(diào)制波長越小，其磨損臨界載荷越大，抗磨損力越強。之所以如此，可從以下幾個方面來進(jìn)行解釋。首先，從結(jié)構(gòu)上看，多

35、層膜的晶粒很小，原子排列的晶格缺陷的可能性較大，晶粒內(nèi)的晶格點陣畸變和晶格缺陷很多，這畸變和缺陷使得晶粒內(nèi)部的位錯滑移阻力增加；此外，多層膜相鄰界面結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不同材料的位錯能各異，這也導(dǎo)致界面上位錯滑移阻力增大；最后，納米薄膜晶界長度也比傳統(tǒng)晶粒的晶界要長得多，這也使晶界上的位錯滑移障礙變得顯著。總之，上述的這些因素使納米多層膜發(fā)生塑性變形的流變應(yīng)力增加，且這種作用隨著調(diào)制波長的減小而增強。(3)韌性 納米薄膜，特別是納米多層膜的增韌機制可歸結(jié)為裂紋尖端鈍化、裂紋分支、層片拔出以及沿界面的界面開裂等諸多因素。這種增韌機制通?？赏ㄟ^薄膜界面作用和單層材料的塑性來加以解釋。當(dāng)調(diào)制波長不是很小時

36、，多層膜中的子層材料基本保持其本征的材料特點，即薄膜的塑生主要取決于基體本身的變形能力；但是，當(dāng)調(diào)制波長減小至nm量級，多層膜界面含量增加時，各單層膜的變形能力增加，同時裂紋擴展的分支也增多，但是，這種裂紋分支又很難從一層薄膜擴展至另一層薄膜，因此，納米多層薄膜的韌性增大。23 電磁學(xué)特性 納米薄膜的電磁學(xué)特性包括納米薄膜的電學(xué)特性、磁學(xué)特性與巨磁電阻特性。研究表明，納米薄膜的電學(xué)特性不僅與納米薄膜的厚度有關(guān)，而且還與納米薄膜中顆粒的尺寸有關(guān)。當(dāng)薄膜的厚度或者顆粒的尺寸減小至nm量級時，導(dǎo)電性會發(fā)生顯著變化，甚至材料原本的電學(xué)性能喪失。納米薄膜磁學(xué)特性主要來自納米薄膜的磁性各向異性。一般的薄膜

37、材料大都是平面磁化的，但是nm級厚度的磁性薄膜的易磁化方向卻是薄膜的法向，即納米磁性薄膜具有垂直磁化的特性。納米薄膜的巨磁電阻效應(yīng)指的是納米磁性薄膜的電阻率受材料磁化狀態(tài)的變化而呈現(xiàn)顯著改變的現(xiàn)象。24 氣敏特性 納米薄膜的氣敏特性指的是一些納米薄膜借助于其大的比表面積或大量表面微觀活性中心，如不飽和鍵等，對特定氣體進(jìn)行物理吸附和化學(xué)吸附的特性，如SnO：超微粒薄膜可吸附很多氧，而且只對醇敏感。因此，可以利用該納米薄膜制作出相應(yīng)的氣敏感應(yīng)器件。三、 納米薄膜的制備技術(shù)目前諸多的納米薄膜制備技術(shù)，從原理上進(jìn)行歸類，大致可歸為化學(xué)方法與物理方法兩大類。其中，化學(xué)方法主要包括solgel法、LB膜法

38、、電沉積法、化學(xué)汽相沉積(CVD)等，而物理方法則主要包括低能團簇束沉積法、真空蒸發(fā)法、濺射沉積、分子束與原子束外延技術(shù)和分子自組裝技術(shù)等。31 溶膠-凝膠法 溶膠一凝膠法6通常是：先采用金屬醇鹽水解制備溶膠；再將基片溶人其中，以一定速度向上提拉出液面時形成液膜，或者是將溶膠滴到清的基體上，在勻膠機上勻膠；然后將基體放人烘箱內(nèi)烘烤或在自然條件下干燥，從而制備出各種相應(yīng)所需的納米薄膜。溶膠一凝膠法是一種經(jīng)濟、方便、有效的薄膜制備方法。目前，人們已用溶膠一凝膠法制備了納米微孔SiO：薄膜和SnO：納米粒子膜、SiCA1N膜、ZnSSi膜、CuOSiO2、TiO2膜等。32 L-B膜技術(shù) 能形成LB

39、膜的材料，大都是表面活性分子，即雙親分子。若將這些雙親性分子置于水面，便會在氣一液界面形成緊密定向排列的單分子膜。當(dāng)固體基板一次或多次侵入并拔出該溶液時，基體表面便會形成單層的或多層的分子薄膜。一般說來，一種好的LB成膜材料，其親水基團和疏水基團的性能比例要合適。比如最典型成膜物質(zhì)_ 月旨肪酸，它具有親水基團的頭一COOH和疏水基團的尾一(CH：)。6CH，常被用來制備分子層次性和膜厚可控的分子薄膜。33 電化學(xué)沉積電沉積法是在含有金屬離子和非金屬離子氧化物或非金屬水溶液中，通過恒電壓，在不同電極表面合成金屬或化合物薄膜，電沉積法通常可制得較為致密的納米薄膜。如Shirkh等人在硝酸鈉和甲醇電

40、解液中，通過5-20Acm的恒電流，電解Ti(OCH，) 溶液，最終在電極上生成了厚40 m的氧化鈦膜等 。 4 化學(xué)汽相沉積 化學(xué)汽相沉積法主要被用來制備納米微粒薄膜材料，制備過程中常涉及常壓、低壓、等離子體的輔助氣相反應(yīng)。在高溫等離子體輔助汽相制備納米薄膜時，氣壓、氣流流速、基片溫度等因素在納米微粒薄膜生長過程中起到至關(guān)重要的作用。此外，一些采用化學(xué)汽相沉積制備的半導(dǎo)體、氮化物、化物薄膜還需要后處理來控制非晶薄膜的晶化過程，如劉學(xué)建等人在高純氮載氣中，以三氯硅烷(TCS)和氨氣為硅源和氮源制備的氮化硅薄膜(SiNx)IS。35 低能團簇束沉積法 低能團簇束沉積方法制備納米薄膜時，先將所沉積

41、材料激發(fā)成原子狀態(tài)，然后以Ar，He作為載氣使之形成團簇，同時采用電子束使團簇離化，利用質(zhì)譜儀進(jìn)行分離，從而控制一定質(zhì)量、一定能量的團簇沉積而形成薄膜。在這種條件下沉積的團簇在撞擊表面時并不破碎，而是近乎隨機分布；當(dāng)團簇的平均尺寸足夠大，其擴展能力受到限制，沉積薄膜的納米結(jié)構(gòu)對團簇尺寸具有很好的記憶特性。36 真空蒸發(fā)法 真空蒸發(fā)法，即物理汽相沉積法，其實質(zhì)是將待鍍膜的物質(zhì)蒸發(fā)氣化，并使氣化的分子或原子在蒸發(fā)源與基體之間運動，由于基體的溫度常常遠(yuǎn)低于蒸發(fā)源的溫度，因此氣化的分子或原子就會在基體上凝聚、成核、生長，最終形成連續(xù)的薄膜，由氣相變?yōu)楣滔唷?7 濺射沉積 所謂濺射沉積，就是通過高能粒子

42、(通常包括高能電子、離子、中性粒子等)轟擊靶面，使靶面上的原子或分子濺射出靶面，并在待鍍膜的基體上沉積成膜。目前濺射沉積技術(shù)中最常用的是離子束濺射沉積，這主要原因是離子束在電場作用下更容易獲得較大的動能。此外為了增加成膜速度，常在靶面與基體之間施加電磁場，即采用所謂的磁控濺射技術(shù)，以提高氣體分子的電離速度與薄膜生長速度。38 分子與原子束外延技術(shù) 分子與原子束外延生長通稱MBE (molecularbeam epitaxy)或ABE (atomic beam epitaxy)，是高真空環(huán)境下的薄膜沉積技術(shù)。所謂“外延”就是在一定的晶體材料的襯底上，沿著襯底表面外延伸生長出一層其他晶體薄膜。它類

43、似于真空熱蒸鍍，可把構(gòu)成晶體的各個組分和預(yù)摻雜的原子(或分子)以一定的熱運動速度按一定比例從束源爐中噴射到基片上，進(jìn)行晶體外延生長單晶膜。它是真空熱蒸鍍方法的進(jìn)一步發(fā)展。目前，采用外延生長最常見的納米硅基半導(dǎo)體薄膜有絕緣體上硅(SoI)材料、鍺硅(SiGe)異質(zhì)材料等9。39 分子自組裝技術(shù)自組裝是依賴分子間非共價鍵力自發(fā)結(jié)合成穩(wěn)定的聚集體的過程。自從8O年代最早被提出以來，人們已從雙液態(tài)隔膜(BLM)技術(shù)發(fā)展到了SBLM技術(shù)，已在分子組裝有序分子薄膜方面取得了豐碩的成果。如Yang等人采用多孑L納米結(jié)構(gòu)自組裝技的酸陛水溶液混合，然后讓其在新鮮解理云母表面上于8O下成核生長，得到了取向生長連續(xù)

44、的介孑L SiO 薄膜等。美國伊利諾斯大學(xué)的工作者成功地合成了蘑菇形狀的高分子聚集體，并以此為結(jié)構(gòu)單元， 自組裝了具有納米結(jié)構(gòu)的超分子多層膜等。由于生物體的微觀結(jié)構(gòu)具有很多獨特的性質(zhì)，因而對其研究已成為一個非?；钴S的領(lǐng)域。許多植物的葉子( 荷葉和水稻等1 4) 及昆蟲的翅膀和腿等5 10表現(xiàn)出獨特的自清潔特性，即“荷葉效應(yīng)”，水滴不能穩(wěn)定地停留在這些表面上，而是在微小的震顫下自發(fā)滾落，表面上的灰塵即被清除，這對設(shè)計用自然力來清潔表面新材料具有指導(dǎo)意義。超疏水性是指水與固體表面的接觸角大于150。 自然界中存在多種超疏水態(tài)，除了Wenzel 態(tài)、Cassie 態(tài)，還有Lotus 態(tài)、Gecko

45、態(tài)及介于Wenzel 態(tài)和Cassie 態(tài)之間的超疏水態(tài)11， 12。 隨著研究的深入，研究者發(fā)現(xiàn)了更多的超疏水態(tài)，如Cassie 滲透浸潤態(tài)。 這種超疏水態(tài)不僅具有大的接觸角，而且具有較大的接觸角滯后，玫瑰花瓣表面就屬于這種超疏水態(tài)13。 花瓣表面上具有緊密的微乳突陣列，每個乳突頂部有許多納米褶皺 這些有層次的微/納結(jié)構(gòu)為超疏水性提供了足夠的粗糙度，同時與水有很強的黏附力 我們將這個現(xiàn)象定義為“花瓣效應(yīng)” 以玫瑰花瓣為模板，我們曾利用溶劑蒸發(fā)驅(qū)動納米壓印圖案轉(zhuǎn)移法的過程，通過復(fù)制花瓣表面的微觀結(jié)構(gòu)得到了具有清晰可辨的納米壓印結(jié)構(gòu)的人工仿生聚合物薄膜表面14。 研究發(fā)現(xiàn)，花瓣表面的這種微觀結(jié)構(gòu)

46、還可以產(chǎn)生奇特的結(jié)構(gòu)顏色，結(jié)構(gòu)色與化學(xué)色結(jié)合使花瓣表面具有生動的色彩。納米薄膜的應(yīng)用 目前，能源短缺和環(huán)境污染已成為全世界所面臨的重要問題，發(fā)展清潔能源和新型儲能體系已刻不容緩。鋰離子電池因其具有輕質(zhì)量、高電壓、高容量、大功率、放電平穩(wěn)、環(huán)境友好等優(yōu)點，被認(rèn)為是移動儲能體系中最具潛力的系統(tǒng)，已廣泛地應(yīng)用于各種電子消費品中，并有希望作為綠色動力電源運用到未來電動汽車中。電極材料是鋰離子電池中的核心組成之一，對電池性能起到?jīng)Q定性的作用，也是目前鋰離子電池進(jìn)一步發(fā)展所受到的主要制約。尋找新的電極材料和改善傳統(tǒng)電極材料成為現(xiàn)在該領(lǐng)域研究的主要目標(biāo)。近年來，隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，納米材料由于具有不同于

47、體材料的特殊性能在各個領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。運用納米材料作為鋰離子電池的電極材料有其特殊的優(yōu)勢，如納米薄膜電極的厚度通常小于200nm，顆粒尺寸小于50nm，如圖1a 所示。這種電極材料在充放電過程中可以大大縮短鋰離子和電子輸運與擴散的距離( 圖1b) ，并提高擴散速率。納米材料由于其大的比表面以及存在較多的晶界，可以快速吸收和儲存大量的鋰離子而不會導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破壞。因此，許多納米科學(xué)家和鋰電科學(xué)家聯(lián)合起來開發(fā)新型納米電極材料。全固態(tài)薄膜鋰離子電池是一種薄膜化的鋰離子電池，其厚度不超過20m?？梢宰鳛橹悄芸ā鞲衅?、微電子與微機械系統(tǒng)等方面與之匹配的微電源，在軍事、醫(yī)學(xué)、航天領(lǐng)域的用途尤為突出。

48、其電極材料的制備一般是通過將普通液態(tài)鋰離子電池的電極材料薄膜化來實現(xiàn)的，但由于薄膜電極材料的電阻一般都很小，無需再加入炭黑等添加劑和黏合劑，所以薄膜電池的電極材料一般都比較純凈，這為研究電極活性物質(zhì)的電化學(xué)本質(zhì)提供了良好的條件。研究納米薄膜電極材料不僅為了研究其作為薄膜鋰離子電池電極的電化學(xué)特性，也是研究大體積鋰離子電池的電極材料反應(yīng)特性的一種特有方法。本文結(jié)合本實驗室近年來在納米薄膜電極材料的一些研究工作，將從納米顆粒薄膜電極和納米結(jié)構(gòu)薄膜電極兩部分，全面介紹目前國內(nèi)外關(guān)于納米薄膜電極材料的研究進(jìn)展。41 納米光學(xué)薄膜 利用納米薄膜吸收光譜的藍(lán)移與紅移特性，人們已制造出了各種各樣的紫外吸收薄

49、膜和紅外反射薄膜，并在日常生產(chǎn)、生活中取得應(yīng)用。如在平板玻璃的兩面鍍制的TiO 納米薄膜，在紫外線作用下，該薄膜可分解沉積在玻璃上的有機污物，氧化室內(nèi)有害氣體，殺滅空氣中的有害細(xì)菌和病毒 ；在眼鏡上鍍制的TiO 納米粒子樹脂膜或Fe O，納米微粒聚醇酸樹脂膜，可吸收陽光輻射中的紫外線，保護(hù)人的視力；在燈泡罩內(nèi)壁涂敷的納米SiO 和納米TiO 微粒多層干涉膜，燈泡不僅透光率好，而且具有很強的紅外線反射能力，可大大節(jié)約電能等。此外，利用Si納米晶粒薄膜的紫外線光致發(fā)光特性，還可獲得光致變色效應(yīng)，從而產(chǎn)生新的防偽、識別手段。42 納米耐磨損膜與納米潤滑膜 在一些硬度高的耐磨涂層薄膜中添人納米相，可進(jìn)

50、一步提高涂層薄膜的硬度和耐磨性能，并保持較高的韌性H。此外，一些表面涂層薄膜中加入一些納米顆粒，如C印富勒烯、巴基管等還可達(dá)到減小摩擦系數(shù)的效果，形成自潤滑材料，甚至獲得超潤滑功能。事實上，在Ni等基體表面上沉積納米NiLa2o，薄膜后，除了可以增加基體的硬度和耐磨性外，材料的耐高溫、抗氧化性也顯著提高。43 納米磁性薄膜 經(jīng)過納米復(fù)合的涂層薄膜具有優(yōu)異的電磁性能 。利用納米粒子涂料形成的涂層薄膜具有良好的吸波能力，可對飛行器、重型武器等裝備起到隱身作用；納米氧化鈦、氧化鉻、氧化鐵和氧化鋅等具有半導(dǎo)體性質(zhì)的粒子，加入到樹脂中形成涂層，有很好的靜電屏蔽性能；納米結(jié)構(gòu)的FeCr，F(xiàn)eCu，CoCu

51、等多層膜系統(tǒng)具有巨磁阻效應(yīng)，可望作為應(yīng)用于高密度存儲系統(tǒng)中的讀出磁頭、磁敏傳感器、磁敏開關(guān)等。44 納米氣敏薄膜 由于氣敏納米膜吸附了某種氣體以后會產(chǎn)生物理參數(shù)的變化，因此可用于制作探測氣體的傳感器。目前研究最多的納米氣敏薄膜是SnO 超微粒膜163，該膜比表面積大，且表面含有大量配位不飽和鍵，非常容易吸附各種氣體在其表面進(jìn)行反應(yīng)，是制備氣敏傳感器的極佳功能材料。45 納米濾膜 納米濾膜是一種新型的分離膜，可分離僅在分子結(jié)構(gòu)上有微小差別的多組分混合物，它常常被用來在溶液中截留某些有機分子，而讓溶液中的無機鹽離子自由通過”。目前商業(yè)化的納米濾膜的材質(zhì)多為聚酰胺、聚乙烯醇、醋酸纖維素等，這些納米濾膜除了具有微篩孔外，濾膜上各基團往往還帶有電荷，因此，還可以對某些多價的離子進(jìn)行截留，而讓其他離子通過濾膜?，F(xiàn)在，納米濾膜已經(jīng)在石化、生化、食品、紡織以及水處理等方面得到廣泛應(yīng)用。4. 6 納米薄膜電池LiMO 型納米薄膜電極：LiMO 型電極材料是一類運用最廣泛的鋰離子電池正極材料。主要包括層狀結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)。其中層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2是現(xiàn)在商業(yè)化最成功的正極材料。Tarascon 等1 最早在美國專利中提到LiCoO2薄膜可以用作薄膜鋰離