纳米超薄膜传感器研究进展

就纳米超薄膜制备方法的进展进行了详细的介绍,并对超薄膜在传感器方面的应用,包括:化学传感器、生物传感器、磁性传感器以及光学传感器进行了探讨。

胶原蛋白纳米超薄膜在生物材料表面的原位构建及表征

采用静电层层自组装技术构建了以I型胶原蛋白(COL)为主要构成的纳米超薄膜。该类型薄膜厚度与涂层层数呈线性关系。通过"喷涂"方式,在未经任何理化作用处理的生物可降解聚酯材料表面可原位形成厚度可控的胶原蛋白薄膜结构,改善聚酯材料的亲水性。在小鼠成纤维细胞(L929)培养实验中,聚乳酸(PLA)表面负载多层膜以后,表现出良好的细胞生物相容性,有利于细胞的生长和铺展。

脉冲直流PCVD制备新型Ti-Si-C-N纳米复合超硬薄膜

用工业型脉冲直流等离子体化学气相沉积(PCVD)设备,在高速钢(W18Cr4V)基材表面沉积新型四元Ti-Si-C-N复合超硬薄膜。结果表明:Ti-Si-C-N薄膜是由面心立方结构的TiN和TiC纳米晶、Ti(C,N)固溶体及存在于晶界的非晶Si3N4和a-C组成,形成TiN/TiC/Ti(C,N)/a-C/a-Si3N4复相结构,这种复相结构存在着[111],[220]和[200]混合择优取向。SiCl4和CH4流量变化是影响薄膜相组成和硬度变化的主要工艺参数。随Si含量的增加,薄膜的显微硬度先升后降,表面形貌由致密的细颗粒状变为粗大的枝条状;C元素的加入能抑制柱状晶的形成,对硬度影响较小。

贫氢富氩气氛下超纳米金刚石薄膜的生长(英文)

利用微波等离子气相沉积法在5%～20%的氢气浓度下,制备出了超纳米金刚石薄膜(UNCD)。利用扫描电子显微镜、XRD、表面轮廓仪及拉曼光谱研究了氢气浓度对超纳米金刚石薄膜的微结构、形貌、以及相组成的影响。结果表明,随着氢气浓度的增加,晶粒粒径及粗糙度都明显增加变大;在不大于10%的氢气浓度气氛下,可以发现晶粒粒径下降到6nm,甚至更低;即便氢气浓度达到20%,晶粒粒径仍然小于10 nm。讨论了在富氩气氛下沉积的UNCD的实验结果以及沉积机制。这种极其光滑的UNCD薄膜有望在医疗,声表面波器件以及微机电系统,尤其是在重载和恶劣环境下作为超级密封材料的应用。

新型Ti-Si-C-N纳米复合超硬薄膜的高温热稳定性

用脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)方法在高速钢基体上沉积出新型Ti-Si-C-N超硬薄膜,Ti-Si-C-N薄膜为纳米晶／非晶复合结构(nc-Ti(C,N)／a-Si_3N_4／a-C—C),当薄膜中Si和C含量较高时,Ti(C,N)转变为TiC,晶粒尺寸减小到2—4 nm,薄膜晶粒尺寸和硬度的高温热稳定性均随沉积态薄膜中的原始晶粒尺寸减小而提高,当原始晶粒尺寸在8—10 nm之间时,晶粒尺寸和硬度热稳定性可达900℃；当原始晶粒尺寸在2—4 nm之间时,晶粒尺寸和硬度热稳定性可达1000℃,薄膜硬度和晶粒尺寸表现出同步的高温热稳定性,分析认为由调幅分解形成的纳米复合结构中的非晶相强烈地抑制晶界滑移与晶粒长大,从而使Ti-Si-C-N薄膜的热稳定性显著提高。

PCVD法制备的Ti-Si-C-N纳米复合超硬薄膜的高温氧化行为

用脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)方法在高速钢基体上沉积出Ti-Si-C-N超硬薄膜．XRD,XPS及HRTEM等测试表明,薄膜由纳米晶/非晶复合结构组成(nc-Ti(C,N)/a-Si_3N_4/a-C-C或nc-Ti(C,N)/h-Si_3N_4/a- Si_3N4/a-C-C)．Ti(C,N)显示(200)晶面择优取向．高温氧化实验显示：随Ti含量降低和Si含量增大,Ti-Si-C-N薄膜的抗氧化温度逐步提高；当Ti含量为8．7%、Si含量为17．8%时,薄膜中出现少量晶化的密排六方结构的h-Si_3N_4,弥散分布在非晶基体中,薄膜抗氧化温度达到900℃．Ti-Si-C-N薄膜的氧化过程分为增重和失重两个阶段,进入失重阶段后薄膜很快失效．

超纳米金刚石薄膜及其在MEMS上的应用研究进展

硅基MEMS器件最主要的问题是硅具有低的机械和摩擦性能,限制了其在弯折和运动MEMS器件中的应用。超纳米金刚石薄膜优异的机械、化学惰性、热稳定性、摩擦磨损性能使其成为能长期可靠运行的理想MEMS元件材料。阐述了微波化学气相沉积和Ar、CH4为主的超纳米金刚石薄膜的制备及其机理,综述了超纳米金刚石薄膜与MEMS相关性能及在微摩擦磨损、残余应力方面的研究现状,介绍了超纳米金刚石薄膜覆形沉积、选择性生长和光刻图形化等微加工技术及其在MEMS上的应用研究进展。

超纳米金刚石薄膜场发射特性的研究

超纳米金刚石(UNCD)是一种全新的纳米材料,具有许多独特性能。介绍了Si微尖和微尖阵列阴极沉积超纳米金刚石薄膜的工艺及其场发射特性。研究发现,适当的成核工艺和微波等离子体化学气相沉积工艺可在Si微尖上沉积一层光滑敷形的金刚石薄膜;沉积后阴极的电压 电流特性、发射电流的稳定性以及工作在氧气环境下的发射特性都获得明显提高。讨论了超纳米晶金刚石薄膜阴极的发射机理。

掺硼对超纳米金刚石薄膜的影响

采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术,利用氩气、甲烷、二氧化碳混合气体,制备出平均晶粒尺寸在7.480 nm左右、表面粗糙度在15.72 nm左右的高质量的超纳米金刚石薄膜;在此工艺基础上以硼烷作为掺杂气体,合成掺硼的金刚石薄膜。表征结果显示在一定的浓度范围内随着硼烷气体的通入,金刚石薄膜的晶粒尺寸及表面粗糙度增大、结晶性变好,不再具有超纳米金刚石膜的显微结构和表面形态;同时膜材的物相组成也发生改变,金刚石组份逐渐增多,并且膜层内出现了更明显的应力以及更好的导电性能。

纳米复合超硬薄膜的结构、性能表征

该文分别用直流、脉冲直流和微波等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)技术得到了Ti—si—N、Ti—B—N及Ti—Al—si—N纳米复合超硬薄膜,结合微观分析和宏观性能表征,给出了它们的纳米结构特征及其与力学性能的关系,基于工业运用背景,探索了纳米复合薄膜的热稳定性。

基于富勒烯液态源的超纳米晶金刚石薄膜生长

通过微波等离子体化学气相沉积技术(MWPCVD),以富勒烯(C60)甲苯饱和溶液为碳源,用载气携带的方式通入反应腔中生长金刚石膜。Raman光谱、SEM和AFM表征结果表明得到的超纳米晶金刚石薄膜相组成纯度较高,其平均晶粒尺寸约为15 nm,表面粗糙度为16.56 nm,薄膜平均生长速率约为0.6μm/h。此方法较其他以C60为碳源生长超纳米晶金刚石薄膜的方法更为简便,且容易控制富勒烯碳源的浓度,沉积速率更高,是一种新型的制备超纳米晶金刚石薄膜的可控工艺方法。

电弧增强磁控溅射制备的纳米复合Si-C-N超硬薄膜的结构与性能

耐磨、韧性好的超硬薄膜工程应用价值大。采用电弧增强磁控溅射(AEMS)技术在GCr15轴承钢表面制备了纳米复合Si-C-N超硬薄膜,研究了薄膜的形貌、相组成、硬度、韧性和摩擦磨损性能。结果表明:薄膜中纳米SiC与Si3N4晶体弥散分布于C-C,C=C以及N-C组成的非晶相基体中,形成了纳米晶/非晶复合组织结构,显著提高了薄膜的硬度和韧性,增强了薄膜的抗摩擦磨损性能;薄膜的硬度为(36.5±3.9)GPa,断裂韧性为(4.15±0.28)MPa.m1/2,稳定摩擦系数为0.27左右。

掺氮超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜的制备及其生长机理研究

金刚石-石墨烯杂化/复合材料兼具金刚石和石墨烯的优异性能,在储能、光电、生物传感器等领域有着重要的应用。近年来,大量的研究致力于这类材料的形成过程,但其生长机理仍不清楚。采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以有机小分子二异丙胺作为唯一碳、氮源制备了氮掺杂超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜。采用SEM、TEM、Raman、XRD等手段详细分析了杂化薄膜的微观形貌以及物相组成,并结合等离子体发射光谱(OES)对生长时基团种类及含量变化的原位测量,提出了可能的生长机理,为调控氮掺杂超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜的微观结构和性能提供理论依据。

超疏水纳米膜对变形链球菌在羟基磷灰石表面黏附的影响

目的:探讨变形链球菌对表面涂有不同超疏水纳米膜的羟基磷灰石片的黏附和早期生物膜的形成。方法:比较涂有不同超疏水纳米膜和未涂有纳米膜的羟基磷灰石片对变形链球菌黏附的数量。采用体外黏附实验,了解变形链球菌在羟基磷灰石片上黏附量受表面超疏水纳米膜影响的状况。结果:3种涂有超疏水纳米膜(碳原子数量不同)的羟基磷灰石片;变形链球菌在其表面和未涂有纳米膜的羟基磷灰石片上黏附的细菌数量差异具有显著性。结论:在涂有含不同碳原子数目超疏水纳米膜的羟基磷灰石片上形成的生物膜和未涂有超疏水纳米膜的羟基磷灰石片表面形成的生物膜是不同的,且其上面黏附的细菌数量有所差别.提示超疏水纳米膜为口腔微态环境以及龋病和/或牙周病的发展具有重要意义。

纳米表面工程基本问题及其进展

阐述了纳米表面工程的产生背景、内涵、特点和科学问题,详细综述了纳米表面工程在纳米超薄膜的制备、超光滑表面的制备、表面超微细图形加工、纳米结构涂层的组装、制备纳米复合功能涂层方面的研究进展。

纳米材料在生物传感器中的应用

将纳米材料应用于新型生物传感器的开发已成为研究热点。纳米材料的引入,拓宽了线性检测范围,缩短了响应时间,提高了稳定性,并降低了检测限等,实现了改善传感器性能的目的。概述了纳米颗粒、纳米纤维、纳米超薄膜等在酶、免疫、DNA等生物传感器中的应用,并对其发展前景作了展望。

340 GHz宽带金刚石输能窗的设计优化与试验研究

针对340 GHz行波管用金刚石输能窗的宽带传输要求,基于多晶金刚石膜和微米晶-超纳米晶金刚石复合膜,开展了金刚石输能窗的优化设计与试验验证研究。研究结果表明,多晶金刚石输能窗在320~363 GHz带宽内S_(11)<-15 dB,S_(21)>-3 dB;微米晶-超纳米晶复合金刚石输能窗在313~385 GHz带宽内S_(11)<-15 dB,S_(21)>-2.5 dB,同比工作带宽增加近2倍,有效拓展了金刚石输能窗的工作带宽。

纳米表面工程

随着纳米科技的发展,微机电系统的设计、制造日益增多,制造技术与加工技术已由亚微米层次进入到原子、分子级的纳米层次。如日本已研制成功直径只有1mm～2mm 的静电发动机、米粒大小的汽车。美国已研制成功微型光调器,并计划研制微电机化坦克、纳米航天飞机、微型机器人。在光电子领域,日本 NEC 公司在 GaAs 基体表面上。

钛表面纳米复合Si-C-N超硬薄膜的结构与性能

采用电弧增强磁控溅射(AEMS)技术在钛表面制备纳米复合Si-C-N超硬薄膜,研究薄膜的显微结构、相组成、硬度、韧性、摩擦学行为和耐蚀性能。结果表明,薄膜形成了C–C、C=C、N–C以及Si–C非晶复合组织结构。薄膜的硬度为(38.2±4.1)GPa,断裂韧性为(3.68±0.32)MPa·m1/2。薄膜的摩擦系数为0.23左右,具有良好的抗摩擦磨损能力。沉积Si-C-N薄膜的TA2试样在25℃、3.5%NaCl水溶液中的腐蚀速率为0.000125mm·a-1,是纯TA2的12.5%,具有良好的耐蚀性能。