纳米表面工程的基本问题及其进展

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1、纳米表面工程的基本问题及其进展FundamentandProgressofNano-surfaceTechnology纳米表面工程产生的背景纳米表面工程的最新进展纳米表面工程中的科学问题主要内容纳米表面工程的内涵和特点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。什么是表面工程薄膜技术其它涂、镀层技术表面改性技术表面工程一、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

2、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表面含有纳米颗粒与原子团族:2D+0D-n纳米量级厚度的薄膜:2D-n什么是“纳米表面”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

3、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、镀层表面超微图形超光滑表面表面纳米化1.纳米单层膜2.纳米多层叠膜3.有序分子膜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、ICchips、….。InGaAs-InAlAs多层膜有准三维向准二维转变中的线性

4、吸收谱图。图中曲线上所标数字为InGaAs膜的厚度。纳米单层膜纳米固体薄膜制备技术直流溅射射频溅射磁控溅射离子束溅射真空蒸发溅射沉积离子镀物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（CVD）分子束外延（MBE）气相沉积电镀法溶胶-凝胶法电阻加热感应加热电子束加热激光加热直流二极型离子镀射频放电离子镀等离子体离子镀HFCVDPECVDLECVDDCRFMWECR热壁冷壁Filmsof2D-nsinglelayerTi(N,C,CN)(V,Al,Nb)NNi-CualloysAl2O3,SiCCu,Ni,Al,Ag,Au,Diam.,DLCb-C3N4:E=349GPaDLCcoatedamagneti

5、cthin-filmdiskLiquidlubricant1-2nmDLC10-30nmMagneticcoating25-75nmAl-Mg/10mNiPorGlass-ceramic0.78-1.3mm功能薄膜材料研究室Thesurfaceofstretched(12%)videotapewithDLC-layerwithathicknessof30nm.Thesurfaceofstretched(12%)videotapewithoutDLC-layer.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

6、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,….YSZ(yttrium-stabilizedZrO2)bicrystalZnO/YSZ/ZnO/YSZ/ZnOinternalfilms.−V.Roddatis,JournalofCrystalGrowth220(2000)515-521.Thesolid-phaseintergrowth(SPI)processHREMimageofZnO/YSZinterfacealong[1-10]YSZ(a)and[001]YSZ(b).

7、MoiréfringesarevisibleattheboundarybetweenZnOgrains.Stackingfaultsareindicatedwitharrows.DoublinginYSZlatticeisshownwithwhitearrowheads.AandBareasshownormalandoxygendeficientZnO,respectively.Anintermediatel