纳米复合薄膜的制备及其应用研究

【摘　要

 

】　纳米复合薄膜材料由于具有传统复合材料和现代 纳米材料两者的优

 

点，正成为纳米材料的重要分支而越来越引起广泛的重视和深入的研究。 本文
全面介绍了纳米复合薄膜的发展历史、制备方法、薄膜性能及其应用前景。提出了

 

纳米 复合薄膜材料研究的关键问题以及今后的发展方向。
　　【关键词】　纳米复合；薄膜制备；薄膜应用
　　

1　引言
　　纳米复合薄膜是指由特征维度尺寸为纳米数量级

(1～100nm)的组元镶嵌

 

 

于不同的基体里所形 成的 复合薄膜材料，有时也把不同组元构成的多层膜如

 

超晶格也称为纳米复合薄膜。由于它具有 传统复合材料和现代纳米材料两者的

 

优越性，一经在纳米材料科学领域崭露头角，就引起了 科研工作者的广泛关注，

 

并得到日趋深入的研究而成为一重要的前沿研究领域。在这方面， 美、日、德及
西欧各国一直走在世界前列。人们采用各种物理和化学方法先后制备了一系列

 

金属

/绝缘体、半导体/绝缘体、金属/半导体、金属/高分子、半导体/高分子等纳米

 

复合薄 膜

［

1-4］

。其中半导体纳米复合薄膜，尤其是硅系纳米镶嵌复合薄膜，由

 

于纳米粒 子的引入，基于量子尺寸效应产生光学能隙宽化，可见光光致发光，

 

共振隧道效应，非线性 光学等独特的光电性能，加之与集成电路相兼容的制备

 

技术，使这一硅系纳米复合薄膜在光 电器件、太阳能电池、传感器、新型建材等

 

领域有广泛的应用前景，因而日益成为关注焦点 。
　　尽管近年来有关纳米复合薄膜的文献报导层出不穷，但仍有许多诸如低成

 

本制备技术、结构 与其性能关系、晶粒尺寸的精确控制、实际应用的稳定性、经济

 

性等问题没有完全解决。本 文将以硅系纳米复合薄膜材料为重点，介绍纳米复

 

合薄膜材料的发展历史、制备技术、材料 特性及其应用前景。

2　纳米材料和纳米复合薄膜的发展历史
　　人工制备纳米材料的历史可以追溯到

1000 多年前。我国古代利用燃烧蜡烛

 

的烟雾制成碳黑作 为墨的原料以及用于着色的染料，这可能就是最早的纳米颗
粒材料；我国古代铜镜表面的防锈层，经检验证实为纳米氧化锡颗粒构成的一
层薄膜，这大概是最早的纳米薄膜材料。但当时人们并不知道这是由人的肉眼根
本看不到的纳米尺度小颗粒构成的新材料。
　　人们自觉地把纳米相材料作为研究对象始于

50 年代，西德的 Kanzig 观察

到了

BaTiO

3

中的极性微区

［

5］

。尺寸在

10～100nm 之间。后来苏联的

G.A.Smolensky 假设复合钙钛矿铁电体中的介电弥散是由于存在 Kanzig 微区
导致成分不均引起的

［

6］

。从这种意义上说，纳米相结构早就在铁电陶瓷中存在，

并对电性能产生影响，只是当时人们对此还缺乏足够认识。
　　到了

60 年代，著名的物理学家诺贝尔物理奖获得者 Richard Feynman

 

提出人工合成纳米粒子 的设想。日本的

Ryogo kubo 提出了金属纳米粒子的