第十九章纳米表面工程ppt.pptxVIP

纳米表面工程的基本问题及其进展Fundament and Progress of Nano-surface Technology 主要内容 纳米表面工程产生的背景 纳米表面工程的内涵和特点 纳米表面工程的最新进展 纳米表面工程中的科学问题 什么是表面工程 表面工程是将材料的表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用各种表面技术，使材料的表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。 表面改性技术 涂、镀层技术 薄膜技术 其 它 表面工程 一、 纳米表面工程产生的背景 随着纳米科技的发展，微机电系统的设计、制造日益增多，制造技术以由亚微米层次进入到原子、分子级的纳米层次。纳米机器人、纳米钳、纳米电机、……，此类机电系统涉及到大量的表面科学表面技术问题，且随着尺寸减小和表面效应的出现，传统的的表面设计和加工方法以不再适应。 要求材料在特殊情况，如超高温/低温、超高压、高真空、强氧化还原或腐蚀环境以及存在辐射、声吸收、信号屏蔽、承受点载荷等条件下服役的情况越来越多，由于纳米材料在力、电、声、光、热、磁方面表现出与宏观材料不同的特性。因此传统材料表面纳米化显得特别重要。二、 纳米表面工程的内涵和特点 什么是“纳米表面” 纳米量级厚度的薄膜: 2D-n表面含有纳米颗粒与原子团族: 2D + 0D-n表面含有纳米碳管: 2D + 1D-n复合纳米表面: (2D + 0D-n)n, 2D-n + 1D-n, … 纳米表面工程是通过特定的加工技术赋予材料以纳米表面、使表面纳米结构化，从而使材料的表面得以强化、改性或赋予表面新功能的系统工程。产生机敏表面、纳米智能表面和表面纳米器件。 （潜艇蒙皮、坦克外壳） 与传统的表面工程相比，其特点是：取决于基体性能的因素被弱化，表面处理、改性和功能化的自由度扩大，表面加工技术的作用更加突出，产品的附加值更高。三、 纳米表面工程的最新进展 表面纳米超薄膜 纳米涂、镀层 表面纳米化 表面超微图形 超光滑表面 3-1 表面纳米超薄膜 零磨损、超滑：DLC、Ni-P非晶膜、a-C、LB润滑膜；功能膜：光-电、压-电、磁性膜、IC chips、….。1. 纳米单层膜2. 纳米多层叠膜3. 有序分子膜 纳米单层膜 InGaAs-InAlAs多层膜有准三维向准二维转变中的线性吸收谱图。图中曲线上所标数字为InGaAs膜的厚度。 电阻加热 感应加热 真空蒸发纳米固体薄膜制备技术 电子束加热 激光加热 直流溅射 溶胶-凝胶法 溅射沉积 射频溅射 物理气相沉积 （PVD） 磁控溅射 电 镀 法 离子束溅射 直流二极型离子镀分子束外延 （MBE）气相沉积 离子镀 射频放电离子镀 等离子体离子镀 热壁 化学气相沉积 （CVD） DC HFCVD RF 冷壁 PECVD MW LECVD ECR Films of 2D-n single layer Ti(N, C, CN) (V, Al, Nb)N Ni-Cu alloys Al2O3, SiC Cu, Ni, Al, Ag, Au, Diam., DLC b-C3N4: E = 349 GPa功能薄膜材料研究室 The surface of stretched (12%) video tape without DLC-layer.The surface of stretched (12%) video tape with DLC-layer with a thickness of 30 nm.Liquid lubricant 1-2 nmDLC 10-30 nmMagnetic coating 25-75 nmAl-Mg/10 ?m NiP or Glass-ceramic 0.78-1.3 mmDLC coated a magnetic thin-film disk 纳米多层叠膜 叠层膜是广义上的金属超晶格，表现出不同于各组元也不同于均匀混合态薄膜的异常力学、电、光、磁等性能。在表面强化、功能化及超精度加工等领域具有极大的潜力。Cu/Ni, Cu/Pd, Cu/Al, Ni/Mo, TiN/VN, TiC/W, TiN/AlN, ZnO/YSZ/ZnO/YSZ/ZnO, ….The solid-phase intergrowth (SPI) processYSZ (yttrium-stabilized ZrO2) bicrystal ZnO/YSZ/ZnO/YSZ/ZnO internal films.?V. Roddatis, Journal of Crystal Growth 220 (2000) 515-521.[0 0 1]YSZyttrium-stabilized ZrO2[110]？[1-