纳米薄膜的制备方法

二 纳米薄膜的制备方法,1 还原法 2 溅射法 利用直流或高频电场使惰性气体发生电离，产生辉光放电等离子体，电离产生的正离子和电子高速轰击靶材，使靶材上的原子或分子溅射出来，然后沉积到基板上形成薄膜。,真空溅射原理及方法,原理： 真空镀膜是借助高能粒子轰击所产生的动量交换，把镀膜材料的原子从固体（靶）表面撞出并放射出来。放在靶前面的基材拦截溅射出来的原子流，后者凝聚并形成镀层。 阴极发射电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与溅射气体原子发生碰撞，电离出大量的正离子和电子, 电子飞向基片, 正离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。,方法： 直流溅射：溅射沉积各类金属 薄膜 射频溅射：溅射沉积非金属材 料（导电性差） 磁控溅射：提高沉积速率 反应溅射：在溅射过程中实现 物 质之间的化学反应制备所需要 的物质薄膜。 本实验采用射频磁控溅射法在石英衬 底上沉积ZnO（靶材）薄膜 。,射频溅射沉积装置示意图,磁控溅射原理,磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。 电子在加速的过程中受到磁场洛仑兹力的作用，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内。 F=q(E+vB) 电子的运动的轨迹将是沿电场方向加速，同时绕磁场方向螺旋前进的复杂曲线。即磁场的存在将延长电子在等离子体中的运动轨迹，提高了它参与原子碰撞和电离过程的几率，因而在同样的电流和气压下可以显著地提高溅射的效率和沉积的速率。,磁控溅射靶表面的磁场和电子运动的轨迹,JGP450型多靶磁控溅射仪 （控制箱）,真空溅射室及氮气等离子体辉光放电图,磁控溅射装置示意图,3 化学气相沉积法 （CVD) 利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质在基底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。 特点： CVD技术可以通过精确控制反应温度和反应时间来控制晶粒的大小，从而获得纳米复合薄膜材料。,三 高分子纳米材料的制备方法 (无机-有机杂化技术）,1 原位聚合 以纳米颗粒与高分子单体进行混合，单体聚合生成纳米颗粒与聚合物的杂化化材料或在与高聚物混合中生成纳米颗粒的方法。 2 插层复合 利用层状无机物（硅酸盐粘土等）作为主体，将有机高聚物作为客体插入主体的层间，从而得到有机-无机纳米复合材料。,四 纳米微囊制备技术,（一）纳米高分子微囊制备方法 1 乳化聚合法 2 天然高分子法 3 液中干燥法,什麼是乳化聚合?,在乳化剂(表面活性剂)存在下，将单体分散于水中，此时 溶液呈乳液状，再加入水溶的引发剂进行聚合反应。,1. 合成聚苯乙烯核。,3. 用UV光照射溶液中的粒子，開始行光乳化聚合。,1. 將Ag salts加入之前製備好之高分子稀溶液中，生成銀離子。,2. 再加入 NaBH4 於上述溶液中，生成金屬銀。,（二）纳米脂质体制备方法,1 超声波分散法 2 薄膜分散法 3 注入法 4 冷冻干燥法 5 逆向蒸发法,五 纳米碳管制备技术,1 石墨电弧放电法 2 化学气相沉积法（CVD）（催化裂解法） 3 激光蒸发（烧蚀）法 4 太阳能法,第三节 纳米材料表面修饰和改性,一 纳米粉体表面结构及状态 二 纳米粉体的表面及其形貌 三 纳米粉体材料的制造方法及其对表面状态的影响 （1）机械粉碎法及其纳米粉的表面特点 （2）化学法及其纳米粉的表面特点,四 纳米颗粒表面修饰和改性方法,（1）高分子材料对表面进行包覆 如:纳米药物磁粒子载体 （2） 偶联剂与纳米粒子表面反应，强化纳米粒子与高分子材料的相容性，如：有机硅偶联剂 （3）无机材料对纳米粒子进行包覆，有效解决纳米颗粒的单分散性，如：纳米二氧化钛粉末中加入锆的盐溶液，可得到包覆一层二氧化锆的纳米二氧化钛粒子,五 纳米粒子的性质与应用,纳米粒子表面因其形态而不同，表面活性和表面能也很高，能有效活化烧结。在烧结陶瓷时，加入AlN纳米粉可提高烧结体密度和导热率。 纳米粒子因表面活性中心多而催化效果好，此外，纳米粒子还可作磁性材料，其性能依赖于粒子尺寸及其表面。,六 纳米粉体材料表面研究进展,实际生产中，纳米材料表面修饰技术严重地影响了纳米材料在高分子，如：塑料、合成纤维方面的应用。由于纳米粉体颗粒表面与高分子材料之间的相容性问题还没解决，纳米颗粒没有达到纳米级分散等。,第四节 纳米结构材料制备技术,一 纳米结构材料自组装和分子自组装合成 1 纳米结构材料自组装合成 2 分子自组装条件 （1）反应体系中有有序的共价键，先结合成复杂完整的中间分子体； （2）中间分子通过弱键（氢键、范德华力）与其他非共价键的协同作用形成稳定的大分子聚集体。 （3）一个或多个分子聚集体作为结构单元，多次重复自组装排成纳米结构体系。,图1胶态晶体法组装得到的CdSe量子点超晶格的高分辨电镜照片(图中量子点尺寸为4.8nm) (A) fcc排布的(101)面的图像及特征电子衍射图(B) fcc排布的(100)面的图像及特征电子衍射图,自组装单分子膜,自组装单分子膜：通过表面活性剂的头基和基底之间产生化学吸附，在界面上自发形成有序的单分子层，是一种新型的有机成膜技术。,优点：原位自发形成，较高的有序性和取向性，高密度堆积，缺陷少，结构稳定,有机硅烷SAMs在基底表面的自组装过程示意,翟怡、张金利等，化学进展，2004，16（4）：477484,二 厚模板合成纳米阵列,模板合成是在含有高密度纳米孔洞的模板上进行的纳米组装。有电化学沉积法、化学聚合法、溶胶凝胶法、化学气相沉积法、无电镀合成法等。 厚模板有： （1）氧化铝模板 （高纯铝在退火后于低温草酸或硫酸溶液中经阳极腐蚀得