納米薄膜的特性及應(yīng)用

1、納米薄膜的特性及應(yīng)用第1頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)8分，星期二 納米薄膜是指由尺寸為納米數(shù)量級(jí)(1100nm)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。第2頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)8分，星期二1.摩擦特性1.1有機(jī)薄膜的摩擦特性1 如圖1，所示通過(guò)有機(jī)鍍膜技術(shù)在鎂合金表面制備有機(jī)薄膜有機(jī)鍍膜后，其摩擦系數(shù)從未處理鎂合金的降至說(shuō)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（微機(jī)電）系統(tǒng)的摩擦、潤(rùn)滑問(wèn)題方面

2、具有一定應(yīng)用前景 圖1.恒載荷下鎂合金疏水納米薄膜與基體的摩擦系數(shù)曲線第3頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)8分，星期二1.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(guò)120次后,污染物被磨掉,鋼球與單晶硅基片開(kāi)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(guò)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.摩擦

3、系數(shù)隨摩擦次數(shù)變化的關(guān)系曲線第4頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)8分，星期二2.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

4、，是制作力學(xué)量傳感器的理想壓阻材料。第5頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)8分，星期二3.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)納米晶薄膜在空氣中快速退火（）即可獲得光電導(dǎo)效應(yīng). 圖4（)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)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（）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第6頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)8分，星期二4

5、.氣敏性ZnO納米薄膜氣敏性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)系曲線第7頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)8分，星期二4.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0003甲醇、0007乙醇和0002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

6、、40和36s。氣敏性能測(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(kāi)發(fā)利用。圖6. ZnO薄膜對(duì)CH3OH、C2H5OH、C3H7OH的響應(yīng)-特性曲線第8頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)8分，星期二5.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pH 7的飽和緩沖溶液中, 以2 mVs1 從0.5 至1.2 V 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

7、氫電流的差異, 曲線c 可近似反映CO2 還原的凈電流.曲線b 中析氫過(guò)程可分為三個(gè)階段: 0.6 至0.7V電流緩慢增加; 0.7 至0.9 V 出現(xiàn)平臺(tái)區(qū); 0.9 V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7 RuO2/TiO2 薄膜電極在不同條件下的近穩(wěn)態(tài)伏安曲線(2mVs1) a通入CO2; b通入N2; cab第9頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)8分，星期二5.催化特性 向電解質(zhì)溶液中分別通入CO2 和N2 30 min 達(dá)到飽和后, 分別選擇0.8 和0

8、.9 V, 測(cè)定3000 s 過(guò)程的it 曲線, 差減得到CO2 還原凈電流的穩(wěn)定性曲線, 見(jiàn)圖8. 可知, 這兩個(gè)電位下, CO2還原的凈電流穩(wěn)定性良好, 其中0.8 V 時(shí)的穩(wěn)定性優(yōu)于0.9 V, 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, 析氫電流反映出此體系比表面積為文獻(xiàn)值的1.5 倍, 但這不足以解釋實(shí)際觀測(cè)到4 倍大的CO2 還原電流17,21, 因此可以推測(cè)RuO2/TiO2 具有內(nèi)在的高催化活性。圖8 0.8和0.9V(SCE）下，納米R(shí)uO2/TiO2薄膜在PH7緩沖溶液中凈還原CO2 的it曲線第10頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)8分，星期二參考文獻(xiàn)1康志新等：鎂合金表面功能納米有機(jī)薄膜的制備與摩擦學(xué)特性.摩擦學(xué)學(xué)報(bào).2011;31（1）2周華等：?jiǎn)尉Ч璞砻嫦⊥翉?fù)合納米膜的制備與摩擦特性.摩擦學(xué)學(xué)報(bào).2009;29（3）3揣榮巖，劉曉為等：不同沉淀溫度多晶硅納米薄膜的壓阻特性.傳感技術(shù)學(xué)報(bào).2006;19（5）4周鳳玲等：納米晶薄膜制備以及其光電特性研究.無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào).