纳米薄膜材料的特性.pptx
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1、会计学1纳米薄膜材料的特性纳米薄膜材料的特性纳米薄膜材料之特性纳米薄膜材料之特性n n纳米薄膜由于其组成的特殊性,因此造成纳米薄膜由于其组成的特殊性,因此造成其性质不同于一般传统材料的特性。而纳其性质不同于一般传统材料的特性。而纳米薄膜元件之构造及制作技术是取决于所米薄膜元件之构造及制作技术是取决于所希望达成的功能性来进行设计,以下就先希望达成的功能性来进行设计,以下就先针对纳米薄膜的光学、力学、电磁学与气针对纳米薄膜的光学、力学、电磁学与气敏等特性作说明。敏等特性作说明。第1页/共10页光学性能光学性能n n吸收光谱的吸收光谱的“蓝移蓝移”、宽化与、宽化与“红移红移”由于具有小尺寸效应、量子
2、尺寸效应以及由于具有小尺寸效应、量子尺寸效应以及界面效应,因而,当膜厚度减小时,大多界面效应,因而,当膜厚度减小时,大多数纳米薄膜能隙将有所增大,会出现吸收数纳米薄膜能隙将有所增大,会出现吸收光谱的蓝移与宽化现象。如纳米光谱的蓝移与宽化现象。如纳米TiOETiOESnOSnO:纳米颗粒膜具有特殊的紫外可见光吸:纳米颗粒膜具有特殊的紫外可见光吸收光谱,其吸收光谱较块体发生了显著的收光谱,其吸收光谱较块体发生了显著的“蓝移蓝移”与宽化,抗紫外线性能和光学透与宽化,抗紫外线性能和光学透过性良好。尽管如此,在另外一些纳米薄过性良好。尽管如此,在另外一些纳米薄膜膜 中,由于随着晶粒尺寸的减小,内应中,由
3、于随着晶粒尺寸的减小,内应力的增加以及缺陷数量增多等因素,材料力的增加以及缺陷数量增多等因素,材料的电子波函数出现了重叠或在能级间出现的电子波函数出现了重叠或在能级间出现了附加能级,又使得这些纳米薄膜的吸收了附加能级,又使得这些纳米薄膜的吸收光谱发生了光谱发生了“红移红移”。第2页/共10页光学性能光学性能n n光学非线性光学非线性弱光强的光波透过宏观介质时,介质中的电弱光强的光波透过宏观介质时,介质中的电极化强度常与光波的电场强度具有近似的线极化强度常与光波的电场强度具有近似的线性关系。但是,当纳米薄膜的厚度与激子玻性关系。但是,当纳米薄膜的厚度与激子玻尔半径相比拟或小于激子玻尔半径时,在尔
4、半径相比拟或小于激子玻尔半径时,在光的照射下,薄膜的吸收谱上会出现激子吸光的照射下,薄膜的吸收谱上会出现激子吸收峰。这种激子效应将连同纳米薄膜的小尺收峰。这种激子效应将连同纳米薄膜的小尺寸效应、宏观量子尺寸效应、量子限域效应寸效应、宏观量子尺寸效应、量子限域效应一道使得强光场中介质的极化强度与外加电一道使得强光场中介质的极化强度与外加电磁场的关系出现附加的磁场的关系出现附加的2次、次、3次乃至高次项。次乃至高次项。简单地讲,就是纳米薄膜的吸收系数和光强简单地讲,就是纳米薄膜的吸收系数和光强之间出现了非线性关系,这种非线性关系可之间出现了非线性关系,这种非线性关系可通过薄膜的厚度、膜中晶粒的尺寸
5、大小来进通过薄膜的厚度、膜中晶粒的尺寸大小来进行控制和调整。行控制和调整。第3页/共10页力学性能力学性能n n硬度硬度 纳米多层膜的硬度与系统的组成、各组分纳米多层膜的硬度与系统的组成、各组分的相对含量及薄膜的调制波长有着密切的的相对含量及薄膜的调制波长有着密切的关系。纳米多层膜的硬度对于材料系统的关系。纳米多层膜的硬度对于材料系统的成分有着比较强烈的相依性,会在某些成成分有着比较强烈的相依性,会在某些成分系统出现超硬度效应,如分系统出现超硬度效应,如TiN/PtTiN/Pt及及TiC/Fe,TiC/Fe,而在某些成分系统则无此现象出现,而在某些成分系统则无此现象出现,如如TiC/CuTiC
6、/Cu及及TiC/AlTiC/Al。纳米多层膜的强化机。纳米多层膜的强化机制主要是来自其高品界含量,而品界对差制主要是来自其高品界含量,而品界对差排位移等材料变形机制具有直接影响,同排位移等材料变形机制具有直接影响,同时亦可将层间界面当做品界作用,因此多时亦可将层间界面当做品界作用,因此多层膜的硬度随调制波长的减小而增大。层膜的硬度随调制波长的减小而增大。第4页/共10页力学性能力学性能n n耐磨性耐磨性n n研究表明,多层纳米膜的调制波长越小,研究表明,多层纳米膜的调制波长越小,其磨损临界载荷越大,抗磨损力越强。之其磨损临界载荷越大,抗磨损力越强。之所以如此,可从以下几个方面来进行解释。所以
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