納米薄膜的特性及應(yīng)用

納米薄膜的特性及應(yīng)用第一頁，共十一頁，編輯于2023年，星期五

納米薄膜是指由尺寸為納米數(shù)量級(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，下面主要從這幾個方面介紹納米薄膜的特性及應(yīng)用。第二頁，共十一頁，編輯于2023年，星期五1.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、潤滑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)曲線第三頁，共十一頁，編輯于2023年，星期五1.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的摩擦系數(shù)結(jié)果如圖2所示.在試驗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摩,摩擦系數(shù)快速上升到0.8.MPTS-SAMs/RE在相同試驗條件下的摩擦次數(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.摩擦系數(shù)隨摩擦次數(shù)變化的關(guān)系曲線第四頁，共十一頁，編輯于2023年，星期五2.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)力引起價帶的兩個能帶退耦分離造成的。但隧道電流帶來的壓阻效應(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，是制作力學(xué)量傳感器的理想壓阻材料。第五頁，共十一頁，編輯于2023年，星期五3.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（電阻時間）曲線表征，如圖4所示．可以看出，薄膜在光脈沖信號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]第六頁，共十一頁，編輯于2023年，星期五4.氣敏性ZnO納米薄膜氣敏性[5]在室溫條件下對20層氧化鋅納米粒子薄膜進(jìn)行了氣敏性能測試．圖5為敏感元件的靈敏度與不同鏈長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)系曲線第七頁，共十一頁，編輯于2023年，星期五4.氣敏性薄膜元件對甲醇、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)時間分別為l8、32和22s；恢復(fù)時間分別為38、40和36s。氣敏性能測試結(jié)果表明．氧化鋅薄膜型氣敏元件在室溫下對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CH3OH、C2H5OH、C3H7OH的響應(yīng)-特性曲線第八頁，共十一頁，編輯于2023年，星期五5.催化特性RuO2/TiO2納米薄膜催化特性[6]圖7為納米RuO2/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中析氫過程可分為三個階段:0.6至0.7V電流緩慢增加;0.7至0.9V出現(xiàn)平臺區(qū);0.9V后電流密度進(jìn)一步增加.納米RuO2/TiO2薄膜電極在電催化還原CO2時,平臺區(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－b第九頁，共十一頁，編輯于2023年，星期五5.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,這兩個電位下,CO2還原的凈電流穩(wěn)定性良好,其中0.8V時的穩(wěn)定性優(yōu)于0.9V,可能由于電位較負(fù)時表面反應(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,但這不足以解釋實際觀測到4倍大的CO2還原電流[17,21],因此可以推測RuO2/TiO2具有內(nèi)在的高催化活性。圖80.8和0.9V(SCE）下，納米RuO2/TiO2薄膜在PH7緩沖溶液中凈還原CO2的i~t曲線第十頁，共十一頁，編輯于2023年，星期五參考文獻(xiàn)[1]康志新等：Ｍｇ－Ｍｎ－Ｃｅ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.2011;31（1）[2]周華等：單晶硅表面稀土復(fù)合納米膜的制備與摩擦特性.摩擦學(xué)學(xué)報.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.2006;19（5）[4]周鳳玲等：ＰｂＳｅ納米晶薄膜制備以及其光電特性研究.無機(jī)材料學(xué)