单晶硅上电沉积Cu/Co纳米多层膜及其巨磁电阻效应

采用双脉冲控电位技术在单晶硅上沉积了一系列Cu/Co纳米多层膜 ,调制波长从 2 0 0nm到 5nm不等 .用扫描电镜及X射线衍射对多层膜的调制结构进行了表征 .采用四探针法测试多层膜的巨磁电阻 (GMR)效应 ,研究了GMR与调制波长 (λ)、铜的子层厚度 (δCu)的关系 :λ较大时 ,没有观察到明显的GMR效应 ;λ <30nm时 ,GMR效应随λ减小而增大 ;而λ <8nm时 。

Co/Cu/Co纳米多层膜的铁磁耦合效应

采用洛仑兹电子显微镜研究了磁控溅射沉积制备的Cu(2 0nm) /Co/Cu/Co纳米多层膜磁畴结构随铁磁层间耦合效应的变化。Cu中间层厚度较薄时 ,由于铁磁层之间的耦合作用 ,纳米多层膜为垂直易磁化 ,磁畴为磁泡结构 ,磁泡的平均直径随Cu中间层厚度的增加而减小 ,多层膜矫顽力呈减小趋势。当Cu中间层厚度大于 3nm时 ,铁磁层之间的耦合作用减弱 ,纳米多层膜为面内易磁化 ,磁泡结构的磁畴消失 ,全部为具有波纹状的接近180°畴壁的磁畴结构。

调制周期与调制比对Cu/Nb纳米多层膜结构和性能的影响

为研究调制周期λ和调制比η对Cu/Nb纳米多层膜结构和性能的影响,用磁控溅射沉积Cu/Nb多层膜,λ=30~150 nm,η=1、1.5及2。多层膜微观结构与形貌用X射线衍射仪、扫描电镜及原子力显微镜分析,性能用微力拉伸仪、纳米压痕仪及四探针仪测试。结果表明,Cu/Nb多层膜的结构和性能受控于λ和η。Cu和Nb层分别呈Cu(111)和Nb(110)织构,且均为纳米晶结构。在Cu/Nb界面处,Cu扩散进入Nb层。表面Cu层颗粒尺寸随Cu层增厚而增大。随λ或η减小,Cu/Nb多层膜的屈服强度σ_(0.2)、显微硬度H和电阻率ρ都呈增加趋势。而裂纹萌生临界应变ε_(c)则与1/λ或η呈正相关。

用于压电传感器的层加层结构纳米纤维膜

通过聚丙烯腈(PAN)与改性木质素(CEHL-PTMG)接枝物进行共混,使用多层静电纺丝技术得到PAN|PAN/CEHL-PTMG|PAN层加层结构的纳米纤维膜,并制备一系列的薄膜。对制备的层加层结构纳米纤维膜进行表面形貌、构象、热性能、力学性能以及压电性能测试。实验结果表明:层加层结构使得薄膜的压电性能得到了大幅提高,PAN(11%,1 mL)|PAN/CEHL-PTMG(11%/2%,2 mL)|PAN(11%,1 mL)层加层结构纳米纤维膜的压电性能最为优异,输出电压和电流分别可达2.57 V、1468.0 nA;层加层结构薄膜的拉伸强度提高到了7.16 MPa,相较复合纳米纤维膜拉伸强度提高了7.51%,比纯PAN薄膜拉伸强度提高了52.67%;结构化后的薄膜的稳定性大幅提高,经过上千次的撞击仍能输出较好的电压;同时将其附于手指及手肘上,能更加明确地指示两者的运动,且在数值上出现较大的差距。

DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望

类金刚石(DLC)薄膜是一种良好的固体润滑剂,能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。DLC基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点,薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合,能从多个角度(如高温、硬度、润滑)进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展,以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主,对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路(形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积,诱导转移膜形成,实现非公度接触)。随后对摩擦机理进行了分析总结:1)层与层间形成特殊过渡层,提高了结合力;2)软/硬的多层交替设计,可以抵抗应力松弛和裂纹偏转;3)高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化,形成高度有序的转移膜,从而实现非公度接触。最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。

金属/高熵合金纳米多层膜的制备、微观结构及力学性能研究进展

通过表面防护涂层技术制备综合力学性能与摩擦性能优异的涂层材料,对降低构件因碰撞摩擦磨损所引起的损伤失效问题十分重要。相较于单层膜结构防护涂层,金属纳米多层膜涂层材料由于其微观组织结构的独特性与可控性,表现出优异的服役特性,且其综合性能可通过结合新组元或界面调控得到进一步提高,因此该类材料受到了广泛关注。新颖的成分设计理念使得高熵合金具有独特的四大效应,即高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和性能鸡尾酒效应,进而呈现出良好的综合性能。因此,在传统的双金属纳米多层膜结构材料中引入高熵合金组元,形成金属/高熵合金纳米多层膜,有望突破传统金属纳米多层膜的性能局限,极大地提高多层膜结构材料的力学性能。从功能基元序构的视角,围绕近几年金属/高熵合金纳米多层膜的相关研究,首先介绍了其制备方法和工艺原理,针对功能基元微观结构特征,从晶粒形貌、界面结构、组元成分等方面进行了阐释,在此基础上论述了其力学行为以及相应的内在机制,并提出了调控金属/高熵合金纳米多层膜力学性能的优化策略,最后对金属/高熵合金纳米多层膜的未来研究方向和面临的挑战进行展望。

纳米Cu/多糖复合抗菌膜的制备与表征及其对冬枣黑斑病的防治效果

本研究以明胶和海藻酸钠为成膜基质,采用共混法将绿色合成的纳米Cu掺入多糖膜液,采用流延法制备纳米Cu/多糖复合膜。通过场发射扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、紫外-可见近红外分光光谱仪、质构仪以及电感耦合等离子体质谱仪表征纳米Cu及纳米Cu/多糖复合膜的结构,探究薄膜的透光性、理化性能。测定膜的抗真菌活性,并应用到冬枣黑斑病防治,及测定薄膜Cu^(2+)迁移量。结果显示,绿色合成纳米Cu粒径约为44 nm,明胶/海藻酸钠薄膜可作为纳米Cu的优良载体。并且复合膜具有良好的热稳定性、阻隔性和机械性能。此外探究不同质量浓度纳米Cu/多糖复合膜对链格孢菌、镰刀孢菌及灰霉的抑菌性能,最高抑菌率分别为87.80%、77.73%、81.96%,具有良好的抗真菌效果及广谱性。其中对链格孢菌生物量的半抑制浓度为0.25 g/L,在贮藏10 d时,该质量浓度纳米Cu/多糖复合膜对感染黑斑病冬枣的防治效果为52.53%,发病率可有效降低53.16%,且Cu^(2+)迁移量为0.018 7 μg/mL。综上,本实验制备出了一种具有抗真菌活性生物可降解包装膜,为纳米Cu的应用提供了新思路,可为新型抗真菌保鲜材料开发提供理论依据。

纳米双金属多层膜力学行为的研究进展

纳米双金属多层膜是由2种金属按照一定的调制周期交替沉积而形成的一种层状薄膜材料,凭借着特殊的结构和优异的物理、化学和力学性能,在微机电系统、机械加工以及微电子器件等领域有着广泛的应用潜力,被国内外学者广泛关注和研究。针对近年来纳米金属多层膜力学行为的研究现状,围绕纳米金属多层膜的微观结构、力学性能及其内在塑性变形机制3个方面进行了综述。总结了纳米金属多层膜中的晶粒尺寸、孪晶以及异质界面等微观结构,分析了这些因素对其力学性能的影响,阐述了力学性能和塑性变形的尺寸效应,介绍了兼具良好强度和塑性的纳米金属多层膜设计策略,可通过控制多层膜的调制周期和引入合适的界面结构制备具有高强度/塑性的纳米金属多层膜,讨论了影响纳米金属多层膜塑性变形的内禀机制及主要影响因素。最后,对纳米金属多层膜未来的发展方向进行了分析和展望。

Ti_(3)AlN/ZrYN纳米多层膜力学性能、抗氧化及疏水性能

利用物理气相沉积(PVD)技术交替沉积Ti_(3)AlN和ZrYN纳米层,制备一系列具有不同ZrYN纳米层厚度(l)的Ti_(3)AlN/ZrYN纳米多层膜,并通过XRD,SEM,纳米压痕仪,显微硬度计及接触角测量仪等研究不同l对Ti_(3)AlN/ZrYN纳米多层膜力学、抗氧化以及疏水性能的影响。结果表明:当Ti_(3)AlN和ZrYN纳米层厚度分别为10 nm和1 nm时,纳米多层膜具有高硬度(H=26.8 GPa)和优异的断裂韧度(Kf=4.21 MPa∙m^(1/2))。硬度和断裂韧度的提高可能是因为,当l较小时,纳米层间形成良好的c-Ti_(3)AlN/c-ZrYN共格外延结构,可以有效阻碍位错的产生和滑移。高密度的异质界面可使微裂纹发生连续偏转,有效延长裂纹扩散路径的同时消耗裂纹传播能量,从而提高断裂韧度。同时,较小的l也易于获得优异的抗氧化性能,l较小时Ti_(3)AlN纳米层占主导地位,Al倾向于在表面形成致密的Al_(2)O_(3)层,阻碍氧气向薄膜内部扩散。此外,Ti_(3)AlN/ZrYN纳米多层膜表面形成的结瘤缺陷增加表面粗糙度,使得薄膜的疏水性能得到提高,从而使其在潮湿环境中不易快速发生腐蚀。

ZnSe∶Cu纳米晶/聚电解质多层膜制备和结构研究

采用分子沉积方法制备了 Zn Se∶Cu纳米晶 /聚电解质多层膜 ,通过 X射线光电子能谱 ( XPS)和透射电镜 ( TEM)等方法对薄膜的组成及结构进行了表征 . XPS结果证实了回流处理对 Zn Se∶ Cu微粒的表面结构以及铜离子价态的影响 ,从而很好地解释了经表面修饰后 ,微粒荧光增强的现象 .TEM结果确定 Zn Se∶Cu的平均尺寸为 3nm.X射线粉末衍射结果进一步确认 Zn Se∶Cu具有纤锌矿晶体结构 .

Co/Cu纳米多层膜的制备及巨磁阻性能的研究

采用恒电位双电解槽法在硼酸镀液体系中,以单晶 Si(111)为基底电沉积制备 Co/Cu多层膜,确定了双槽法制备多层膜的工艺条件,为得到优良的多层膜巨磁阻材料,镀液体系中加入了自制的添加剂。并用扫描电镜(SEM)表征了多层膜的断面形貌,小角度X射线衍射(LXRD)谱图中出现了 2 个衍射峰,大角度X射线衍射(MXRD)谱图中强衍射峰的两侧出现了卫星峰,表明多层膜具有超晶格结构。用物性测量系统( PPMS )测试了 Co/Cu 多层膜的巨磁阻(GMR)性能,GMR值达到52.52%。

电刷镀Cu／Ni纳米多层膜的微动磨损性能

用球-盘磨损装置研究了电刷镀Cu／Ni纳米多层膜的摩擦磨损性能,采用SEM观察了其表面和截面形貌,并比较了该复合膜层与纯镍镀层的摩擦系数随时间的变化趋势、磨损量以及磨痕形貌。结果表明,该纳米多层膜具有较好的抗微动磨损性能,且晶粒细小,组织致密,界面清晰,各子层厚度均匀;该镀层与纯镍镀层的摩擦系数在达到稳定值后无明显变化;该多层膜的微动磨损方式为粘着疲劳磨损。

Co/Cu纳米多层膜的电化学制备及其微观结构的表征

以(110)高择优的Cu片为基底,在硫酸盐镀液中采用单槽双脉冲控电位电沉积法制备了Co/Cu纳米多层膜。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分别对多层膜的微观结构和形貌进行了表征。结果表明,Co/Cu多层膜具有良好周期性,多层膜的微结构和表面形貌与表层的金属层紧密相关,也与Co和Cu镀层厚度及其相对厚度、周期数相关。硼酸的加入有利于改善Co/Cu多层膜的层状结构。

掺杂Cu(OH)_2纳米微粒聚电解质多层膜的摩擦磨损行为研究

采用分子沉积技术在石英和单晶硅基底上交替吸附带相反电荷的聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)和聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)制备出初始聚电解质多层膜,在聚电解质多层膜上吸附Cu2+且与磺酸根键合于碱性溶液中水解,在聚电解质内原位生成Cu(OH)2纳米微粒,通过多次吸附-水解循环原位生成掺杂Cu(OH)2纳米微粒聚电解质多层膜.采用紫外可见吸收光谱、原子力显微镜及透射电子显微镜分析原位生成Cu(OH)2纳米微粒前后多层膜的结构与形貌,采用LKDM-2000型摩擦磨损试验机评价多层膜的摩擦磨损性能.结果表明:与初始多层膜相比,含Cu(OH)2纳米微粒聚电解质多层膜的摩擦系数有所提高,且随法向载荷的增加变化较平稳;聚电解质多层膜表现出较好的耐磨性,这是由于聚电解质多层膜内的纳米微粒提高了承载能力;薄膜的磨损机理主要为粘着磨损,由于纳米微粒的存在,可以减轻其塑性变形和粘着磨损.

多弧离子镀TiN/Cu纳米复合多层膜致硬机理的探讨

采用多弧离子镀技术制备单一的TiN薄膜和TiN/Cu纳米复合多层膜,研究了复合膜的硬度变化及相组成,初步探讨了TiN/Cu纳米复合多层膜的致硬机理。实验结果表明,Cu元素的掺入阻碍了TiN的生长,使复合膜硬度有了显著提高,制得硬度高达51GPa的TiN/Cu复合多层膜,其TiN以(111)和(200)两个晶面择优生长,且衍射峰强度极为接近,(200)面略高于(111)面。

不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性

为研究不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性,采用电子束蒸发镀膜技术在Si(100)基片上沉积不同周期(Λ为4,12,20 nm)的Cu/Ni多层膜,在真空条件下对试样进行温度为200℃和400℃,时间为4 h的退火处理,分析了沉积态(未退火态)与退火态Cu/Ni多层膜纳米压痕硬度、弹性模量与微结构的演变,讨论了不同调制周期Cu/Ni多层膜的热稳定性。结果表明:200℃下4 h退火后,Λ为4,12和20 nm的Cu/Ni多层膜均保持了硬度与弹性模量的热稳定性。而在400℃下4 h退火后,Λ为12 nm的Cu/Ni多层膜出现了硬度和弹性模量的软化现象,硬度由6.21 GPa降低至5.83 GPa,弹性模量由190 GPa降低至182 GPa。这是由于共格界面被破坏,界面共格应力对Cu/Ni多层膜力学性能贡献作用削弱导致的。

电沉积Ni_(80)Fe_(20)/Cu纳米多层膜及其巨磁电阻效应

采用单槽控电位双脉冲技术在n-Si(111)晶面上制备了[Ni80Fe20/Cu]n多层膜,用SEM观测了多层膜的断面形貌,利用X射线衍射(XRD)表征了多层膜的超晶格结构。采用四探针法研究了多层膜的巨磁电阻(GMR)性能,结果表明,多层膜的GMR值随着Cu层厚度的变化发生周期性振荡,随着NiFe层厚度的增加先增大后减小;当样品结构为[NiFe(1.6nm)/Cu(2.6nm)]80时,GMR值可达6.4%;多层膜的最低饱和磁场仅为750Oe。磁滞回线测试结果表明,反铁磁耦合多层膜具有较小的矩形比,更适宜作为磁头材料。

界面结构对Cu/Ni多层膜纳米压痕特性影响的分子动力学模拟

金属多层膜调制周期下降到纳米级时,其力学性质会发生显著改变. Cu-Ni晶格失配度约为2.7%,可以形成共格界面和半共格界面,实验中实现沿[111]方向生长的调制周期为几纳米且具有异孪晶界面结构的Cu/Ni多层膜,其力学性质发生显著改变.本文采用分子动力学方法对共格界面、共格孪晶界面、半共格界面、半共格孪晶界面等四种不同界面结构的Cu/Ni多层膜进行纳米压痕模拟,研究压痕过程中不同界面结构类型的形变演化规律以及位错与界面的相互作用,获取Cu/Ni多层膜不同界面结构对其力学性能的影响特征.计算结果表明,不同界面结构的样品在不同压痕深度时表现出的强化或软化作用机理不同,软化机制主要是由于形成了平行于界面的分位错以及孪晶界面的迁移,强化机制主要是由于界面对位错的限定作用以及失配位错网状结构与孪晶界面迁移时所形成的弓形位错之间的相互作用.

Cu/Nb纳米多层膜延性及其断裂行为

通过单轴拉伸试验研究恒定调制周期的聚酰亚胺基体Cu/Nb纳米金属多层膜的延性对调制比的依赖性,并采用聚焦离子束/扫描电子显微镜(FIB/SEM)截面定量表征技术深入分析多层膜的异质约束效应对断裂行为的影响。结果表明:随着调制比的增加,多层膜的延性单调减小,出现由剪切型向张开型断裂模式的转变。当调制比小于某一临界值时,调制周期越小,多层膜延性越高;反之,则多层膜延性越差。这是由于软相Cu层对脆相Nb层中萌生的微裂纹扩展的约束作用。

双槽电沉积法制备Cu/Ag纳米多层膜制备及研究

双槽电沉积法制备了不同调制波长的Cu/Ag金属多层膜(Cu膜和Ag膜等厚),用扫描电子显微镜观察了多层膜的层状结构,并研究了不同调制波长下多层膜的显微硬度变化。结果表明:双槽电沉积法制备的Cu/Ag多层膜层状结构明显。当调制波长大于100 nm时,显微硬度随调制波长减小而增加;当小于100 nm时,硬度随调制波长减小而降低;调制波长为100 nm时,显微硬度取得最大值,为150HV。