纳米微粒埋植薄膜材料制备及的应用的研究

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1、纳米微粒埋植薄膜材料制备及应用研究重庆大学博士学位论文学生姓名：谢卫东指导教师：彭晓东教授专业：材料加工工程学科门类：工学重庆大学机械工程学院二OO八年四月StudyonthePreparationandApplicationoftheFilmsHeeling-inedNano-particlesAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofDoctorofEngineeringbyXIEWei-dongSupervisor:PENGX

2、iao-dongMajor:MaterialProcessingEngineeringCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2008中文摘要摘要本论文在较为全面的分析纳米材料、纳米薄膜材料的研究现状和趋势的基础上，提出并研究了多项基于纳米胶体的纳米微粒埋植薄膜制备新方法，形成了一批专有技术，申请并获得了―电场沉积制备薄膜的方法‖、―一种制备纳米薄膜的方法‖、―一种有色金属用变质剂及其制备方法‖、―高纯碳酸锶制备方法‖等发明专利。①研究了纳米胶体的稳定性，动力

3、学、热力学研究及实验研究结果表明：纳米胶体中的分散相存在离析倾向。在影响离析速度的微粒粒径、分散相与分散介质密度差、分散介质粘度等因素中，微粒粒径的影响较大，其他因素的影响相对较小。常见纳米胶体的离析速度较慢，尤其是小尺寸的纳米微粒的胶体，其离析过程十分缓慢，处于动力学上的―亚稳定‖状态。纳米胶体的分散相浓度不均匀时，有通过扩散以使其浓度均匀化的趋势，纳米微粒可不借助外力而在液相中自分散成为纳米胶体。纳米胶体中，分散相的扩散过程与离析过程是纳米胶体中两个同时存在但结果相反的过程，在离析与扩散达到平衡时，胶体的浓度分布为43NgAcr(pl)(h2h)

4、123RTe。在影响浓度分布的因素中，微粒粒径的影响甚大，粒径较c1小时（小于10nm），浓度随高度的变化较小，粒径较大时，浓度随高度的变化较大，粒径较大时(大于100nm)，浓度随高度的变化十分显著；分散相与分散介质的密度差对浓度分布有影响，但影响较小；温度对浓度分布的影响通常小到可忽略不计。在调控纳米胶体稳定性的措施中，最为有效的措施是控制胶体中分散相微粒的粒径及其衍变过程，其他措施包括：调整分散相与分散介质的密度差、调整分散介质的粘度、调整异电性离子的电性及浓度、使用高分子稳定剂或絮凝剂等。②研究了超声波在液相中的传播机制、超声波在液相中的微区域瞬时高能

5、效应、超声波在纳米胶体制备中的分散、能量转化、工艺促进等作用。研究并获得了纳米胶体超声制备方法。结果表明，采用超声波制备纳米胶体具有胶体微粒粒径细小、均匀，工艺效率高等显著优点。同时，超声波设备结构简单，运行稳定性好，振动及噪音较低，易于实现纳米胶体的高质量、高效率、低能耗、低成本、批量化生产。③研究了电沉积的共同特征，结果表明，实现电沉积的基本条件应当包括：微粒荷电、微粒处于方向性外电场中、微粒能在电场力作用下定向移动等；普通的液相电沉积中，沉积电路通常为封闭的电流回路，常存在电极反应，并可能危害沉积过程的进行和沉积膜的质量，采用低电压沉积可在一定程度上减缓不

6、良电极反应的危害，但会使沉积速度变得十分缓慢。I重庆大学博士学位论文④创新性地提出并研究了电场沉积制备薄膜的方法，该方法通过在开放的沉积电路中进行电场沉积，在实现电场力作用下的微粒沉积成膜的同时，从根本上防止了不良电极反应对沉积过程和沉积膜质量的危害。研究结果表明：该方法能采用高电压快速沉积纳米微粒薄膜，沉积速度和沉积膜质量明显优于普通电沉积；该方法不但可以在导电基材上沉积薄膜，而且可在非导电基材上沉积薄膜；电场沉积的电极可采用普通电导体制作；电场沉积除用于制备沉积膜外，还可与电镀、化学镀等工艺联合使用，在电镀、化学镀等工艺过程中，通过单独设置沉积电场，将分散体

7、系中的微粒沉积到镀层中，获得复合镀层，不同于普通复合镀，新方法可通过调整沉积电场强度和沉积时间，使复合镀层中微粒含量和分布的控制成为可能。⑤创新性地提出并研究了以逐层叠加法为核心的制备纳米薄膜的方法。该方法有机结合了埋植技术和插层技术的优点，在保证制品技术性的同时，兼顾了工艺成本和工艺效率。⑥创新性的提出并研究了有色金属用变质剂及其制备方法。该方法通过变质元素的化合物的溶液及胶体的制备、分散/埋植－隔离、后处理等工艺过程，实现了化合物类变质剂的纳米化。⑦通过对纳米微粒SrCl2、SrO埋植多层膜变质剂及其制备、应用技术的理论及实验研究，发现：相对于普通Sr化合物

8、变质剂和Sr合金变质剂，