华中科技大学-第二章——纳米薄膜材料的制备精品PPT课件

2.2.1 纳米薄膜的光学特性（optical characteristics）
（1） 蓝移和宽化（blue shifting and widen） 纳米颗粒膜，特别是IIB族-VIA族半导体CdSxSe1-x以及
IIA族-VA族半导体CaAs的颗粒膜，都能观察到光吸收带边 的蓝移（由于量子尺寸效应，纳米颗粒膜能隙加宽，导致 吸收带向短波方向移动）和宽化（颗粒尺寸有一个分布， 能隙宽度有一个分布，这是引起吸收带和发射带以及透射 带宽化的主要原因）现象。
谱图
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光学非线性效应（optical nonlinearity effect） 指在强光作用下介质的极化强度中会出现与外加电磁场 强度的二次、三次以至高次方成正比例的项，从而使得介 质的电极化强度与光波电场强度不再成一次方正比的现象。 对于光学晶体来说，对称性的破坏，介质的各向异性 都会引起光学非线性。
常规导体，例如金属，当尺寸减小到纳米数量级时，其电学行为 会发生很大变化。有人在Au/Al2O3的颗粒膜上观察到电阻反常现象， 随着Au含量的增加（即增加纳米Au颗粒的数量），电阻不仅不减小， 反而急剧增加，如图2-2所示。从这一实验现象我们认为，尺寸因素 在导体和绝缘体的转变中起着重要的作用。当然存在一个临界尺寸， 当金属颗粒的粒径大于临界尺寸时，将遵守常规电阻与温度的关系； 当金属颗粒的粒径小于临界尺寸时，就可能失掉原有的特性。
对非磁性金属， 0 值很小，而铁磁金属与合金的值
具有较大的数值。
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FeNi合金磁阻效应可达2-3%，且为各向异性。 比FeNi合金磁阻效应大得多的磁阻效应称为巨磁阻效应 （huge magnetical resistance effect） 。具有巨磁阻效应的材 料正是纳米多层薄膜。1998年首先发现（Fe/Cr）n多层薄膜 的巨磁阻效应高达20%。通常认为：颗粒膜的巨磁阻效应与 自旋相关的散射有关，并以界面散射效应为主。
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（2） 按传统分类方法（traditional classify method）分类 无机材料薄膜（又可分为玻璃膜、陶瓷膜、金属膜等） 有机材料薄膜 （3） 按结构（structure）分类 非晶态薄膜 多晶态薄膜 单晶态薄膜
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（4） 按用途（purpose）分类 用于气体分离的薄膜 既用于分离，又具有催化反应功能的薄膜 既用于防腐蚀，又具有装饰功能的薄膜 用于电子信息技术的薄膜
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（2） 光学线性与非线性（optical linearity and non-linearity） 光学线性效应（optical linearity effect）
光学线性效应指介质在光波场（红外线、可见光、紫外线 以及X射线）作用下，当光强较弱时，介质的电极化强度 与光波电场强度的一次方成正比的现象。 例如，光的反射、折射、双折射等都属于线性光学范畴。
例：纳米粒子镶嵌在另一基体材料中的颗粒膜 按原理，纳米薄膜的制备方法可分为： ➢ 物理方法 ➢ 化学方法 按物质形态，纳米薄膜的制备方法可分为： ➢ 气相法 ➢ 液相法
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图2-2 Au/Al2O3颗粒膜的电阻率随Au含量的变化
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2.2.3 磁阻效应（magnetical resistance effect）
磁（电）阻效应 指材料的电阻值随磁化状态变化的现象称为磁（电）阻 效应。
磁阻效应习惯上用 0表示，其中 H 0 ，
0和 H分别表示磁中性和磁化状态下的电阻率。
激子是半导体中的电子和空穴对，这些电子和空穴非常接近，以致于表 现出类似于一个粒子。
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2.2.2 纳米薄膜的电学特性 （electrical properties of nano film materials）
纳米薄膜的电学性质是当前纳米材料科学研究中的热点，这是由 于纳米薄膜电学性质可以帮助解释导体向绝缘体的转变、绝缘体转变 的尺寸限域效应。
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对于纳米材料，由于小尺寸效应、宏观量子尺寸效应，量子限 域和激子是引起光学非线性的主要原因。
当激发光的能量低于激子共振吸收能量时，不会出现光学非线 性效应；只有当激发光能量大于激子共振吸收能量时，能隙中靠近 导带的激子能级很可能被激子所占据，处于高激发态。这些激子十 分不稳定，在落入低能态的过程中，由于声子与激子的交互作用， 损失一部分能量，这是引起纳米材料光学非线性的一个原因。
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一般说来，当多层膜的每层膜的厚度与激子玻尔半径相 比拟或小于激子玻尔半径时，在光的照射下吸收谱上会出 现激子吸收峰，这种现象也属于光学线性效应。
图2-1是准三维到准二维转变中，InGaAs-InAlAs的线性 吸收谱。
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600→7.5nm表示InAlAs膜的厚度 图2-1 InGaAs-InAlAs多层膜由准三维到准二维（曲线1→4）转变中线性吸收
薄膜的性能多种多样，有电性能、力学性能、光学性能、 磁学性能、超导性能等。因此，薄膜材料在工业上有着广泛的 应用，而且在现代电子工业领域中占有极其重要的地位，是世 界各国在这一领域竞争的主要内容，也从一个侧面代表了一个 国家的科技水平。
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§2-2 纳米薄膜材料的功能特性
（function characteristics）
第二章 纳米薄膜材料的制备
（preparation of nano film materials）
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§2-1 纳米薄膜的分类（classify）
薄膜是一种物质形态，其中，无机薄膜的开发与应用 更是日新月异，十分引人注目，已研制出厚度仅有1100nm的超薄膜制品。 （1） 根据组成（compose）分类 单质元素薄膜 化合物薄膜 复合材料薄膜
利用巨磁效应制成的读出磁头，可显著提高磁盘的存储 密度，利用巨磁效应制作的磁阻式传感器灵敏度高。因此， 巨磁阻材料有很好的应用前景。
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§2-3 纳米薄膜材料的制备术
（preparation technology of nano film materials）
纳米薄膜分为两类 ➢ 由纳米粒子组成或堆垛而成的薄膜 ➢ 在纳米粒子间有较多的孔隙或无序原子或另一种材料的薄膜，