纳米多层膜

摘要： 采用磁控溅射技术在304不锈钢和硬质合金刀片上交替沉积TaN、TiSiN层,制备不同Si含量的TaN/TiSiN纳米多层膜.通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪、原子力显微镜和摩擦磨损试验机等仪器的测试结果来表征其微观结构、硬度、表面粗糙度及摩擦学等性能.不同Si含量的TaN/TiSiN纳米多层膜均在(200)晶面呈现择优取向,并且衍射峰随着Si含量的增加向右偏移,当Si含量为10％时,衍射峰的偏移量最大.随着Si含量的增加,TaN/TiSiN纳米多层膜的硬度先升高后降低,当Si含量为10％时,硬度最大,达到25.8 GPa.表面粗糙度值随着Si含量的增加先减小后增大,随后又减小,当Si含量为15％时,TaN/TiSiN纳米多层膜的表面最光滑,表面粗糙度值最小,为Ra 2.34 nm.摩擦系数和主切削力均随着Si含量的增加先减小后增大,当Si含量为15％时,摩擦系数最小,耐磨性能最好,主切削力最小;研究结果表明,掺入适量的Si元素可以有效地提高TaN/TiSiN纳米多层膜的硬度、耐磨性能和切削性能.

摘要： 介绍了辉光放电发射光谱仪(GDOES)的发展和应用领域,以及测量深度谱定量分析的MRI模型.主要对单晶硅表面自然氧化的SiO2层、单层硫脲分子和Mo/B4C/Si多层光学膜进行了GDOES高分辨率深度谱的定量分析,由此获得了膜层结构、界面粗糙度及元素溅射速率等定量信息.同时,对Mo/Si多层膜GDOES与SMIS深度分辨率进行了比较,最后展望了GDOES和MRI模型的发展趋势.

摘要： 核能利用是我国未来能源领域发展的重点,核电设备结构和功能部件难以避免地受核辐照损伤影响,材料因辐照点缺陷损伤聚集作用逐渐产生性能退化进而影响核电设备安全.因此,新型抗核辐照材料开发始终是核电应用的基础方向.近年来,难混溶材料体系因其结构和热力学特殊性受到广泛关注,是当前开发新型抗辐照材料的主要方向,但辐照损伤动力学过程具有时间跨度大、空间尺度广的特点,辐照缺陷的产生及其相互作用机制仍难以厘清.本文从我国核电发展迫切需求出发,立足于辐照下材料的基本变化和相关原理,从难混溶Cu?Nb纳米多层结构的抗辐照材料设计和辐照损伤的动力学模拟两方面对核辐照材料研究进行了评述,并进一步对比分析了纳米多层膜的超硬效应与抗辐照多层膜的相似性,为抗辐照材料设计提供新的设计思路.

摘要： 目的研究脉冲偏压频率对Ti SiN/TiAlN纳米多层薄膜结构和性能的影响,优化工艺参数,以提高薄膜的性能。方法采用脉冲偏压电弧离子镀,在M2高速钢和单晶硅基底上以不同脉冲偏压频率沉积Ti SiN/TiAlN纳米多层薄膜,采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪和纳米压痕仪,研究脉冲偏压频率对Ti SiN/TiAlN纳米多层薄膜的表面形貌、元素成分、截面形貌、相结构和纳米硬度的影响。结果 Ti Si N/TiAlN纳米多层薄膜表面的大颗粒直径主要集中在1μm以下,随着脉冲偏压频率的变化,大颗粒的数量为184~234,所占面积为40.686~63.87μm^(2);主要元素为Ti元素和N元素,所占原子比分别为48%和50%,Si和Al元素的含量较少;多层结构不明显,截面形貌可观察到柱状晶的细化,80 kHz时出现片状化结构;以(111)晶面为择优取向,晶粒尺寸在20 nm左右;纳米硬度为28.3~32.3 GPa,弹性模量为262.5~286.8GPa。结论 50kHz时,Ti SiN/TiAlN纳米多层薄膜表面大颗粒的数量最少,为184个;70kHz时大颗粒所占面积最小,为40.686μm;晶粒尺寸在50~60k Hz时发生细化,60k Hz时,晶粒尺寸达到最小值19.366 nm,纳米硬度和弹性模量分别达到最大值32.3 GPa和308.6 GPa,脉冲偏压频率的最佳频率范围为50~70 kHz。

摘要： 为提高高熵合金薄膜NbMoWTa的耐磨减摩性能,采用磁控溅射技术在Si基体上制备具有不同调制波长的NbMoWTa/Ag纳米多层膜,利用XRD、SEM和TEM等对纳米多层膜进行表征,分析其硬度和摩擦学性能。结果表明不同调制周期结构的纳米多层膜结晶性良好。多层膜硬度随着单层膜厚度(100~5 nm)的降低而增加(5.62~8.39 GPa),在单层膜厚度减小到20 nm时,其塑性变形机制由位错在界面处的堆积机制转变为位错穿越界面运动机制;在尺寸小于10 nm时,多层膜的硬度接近于高熵合金NbMoWTa单质膜(10.93 GPa),这可能由随着单层厚度的降低引起NbMoWTa膜与Ag膜之间界面由半共格向共格转变所引起。同时,通过摩擦磨损试验获得纯NbMoWTa薄膜的摩擦因数为0.49,磨损率为1.75×10^(-5) mm^(3)N^(-1)m^(-1);单层膜厚度为5 nm的多层膜的摩擦因数为0.23,磨损率为2.19×10^(-5) mm^(3)N^(-1)m^(-1)。在NbMoWTa中添加50%的Ag制备而成的纳米多层膜有共格强化效应,保证了其高硬度高强度的同时,由多层设计实现了耐磨和自润滑的协同控制。

摘要： 本文以背散射成像技术在扫描电镜观察纳米多层膜形貌中的应用为背景,简要介绍了扫描电子显微镜背散射电子成像的工作原理,并从分析准确度、分辨率及取出角对背散射电子成像影响的3个角度研究了其在纳米多层膜表面形貌观察中的应用.结果表明:利用扫描电镜背散射电子成像技术可有效表征纳米多层膜样品微区成分变化,能够快速了解样品的组成和结构特征,其分析准确度、分辨率均在纳米量级.该方法可为纳米多层膜调制结构的表征及鉴别提供快速、简便、有效的分析手段.同时,对该技术的探讨将帮助物理学专业学生更好的理解背散射现象的物理机制,帮助材料专业的学生更好的应用该表征技术.

摘要： 介绍了反应性纳米多层膜常用体系、燃烧反应机理及性能,并综述了其在异种金属连接、金属与非金属连接、电子封装以及其他方面的应用.得出以下结论:随着对微观反应机制研究的深入,分子动力学模拟方法和原位动态电子显微技术成为研究反应性纳米多层膜微观反应机制的两种必备技术;从自蔓延反应辅助软钎焊到直接作为钎料应用于瞬间液相扩散连接,反应性纳米多层膜的应用领域逐渐扩大,并有向非连接应用方向发展的趋势.

摘要： 纳米多层膜由于尺寸效应,存在熔点降低现象,应用于温度敏感材料的连接具有明显优势.同时由于多层膜层剧烈而快速的自蔓延放热反应,应用于连接时可以提供巨大热量.一方面可作为中间层辅助钎焊或扩散焊接;另一方面可作为独立热源为连接提供热量.纳米多层膜反应过程的实时观察受到单镜头拍摄速度和测量精度等条件的限制,而分子动力学模拟的应用为纳米多层膜反应机理研究拓展了新的思路.

摘要： TiN存在高温氧化不良、固有脆性等缺点.将硅混合到TiN网络中,形成Ti-Si-N纳米多层膜,此纳米多层膜的硬度有了显著的提高.Ti-Si-N纳米多层膜是一类有着广阔应用前景的新材料,它在涂料、航空航天工业、电子器件等众多领域都有着广泛的应用.尤其在硬质合金刀具领域,较高的硬度、较好的耐磨性和韧性能够延长刀具的使用寿命.Ti-Si-N纳米多层膜制备方法有物理气相沉积和化学气相沉积两大类.物理气相沉积法是原材料在腔体的一端蒸发,然后沉积在腔体另一端较冷的基体上的方法.化学气相沉积在高温下发生化学反应,使钛、硅、氮原子发生重新组合,在基体表面生成Ti-Si-N纳米多层膜.与物理气相沉积方法相比,化学气相沉积方法需要的温度更高,并且化学反应中存在SiH4等危险性气体,不适合大规模工业生产.Ti-Si-N纳米多层膜的性能主要受Si含量、调制周期和热处理温度等影响.随着Si含量的增加,纳米多层膜的性能先增强后减弱,Si含量在2.76％(质量分数)时,纳米多层膜硬度最大,摩擦系数最小.不同调制周期的多层膜性能优于单层膜,调制周期为0.7 nm时,纳米多层膜硬度达到28.7 GPa,弹性模量为301.1 GPa.随着退火温度的升高,纳米多层膜的附着性先增强后减弱,温度在800～950°C时,纳米多层膜硬度达到(49.7±0.83)GPa,结合力为83 N.纳米多层膜有超硬性,耐磨性和耐高温氧化性.对于纳米多层膜的超硬性,不同学者提出了不同的强化理论:交变应力场、模量差和Hal-petch强化理论;通过摩擦磨损实验可以判断纳米多层膜的磨损机制;在TiN中加入Si,生成的Ti-Si-N纳米多层膜具有耐高温氧化性.

摘要： 多层膜反射镜是极紫外与软X射线波段至关重要的光学元件,膜层厚度只有几纳米,膜层厚度、界面粗糙度等参数对元件的光学性能有很大的影响.本文采用X射线衍射仪,利用掠入射X射线反射测量方法(GIXRR),精确表征W/B4C,Mo/Si纳米多层膜的膜层厚度,粗糙度等参数,针对单层薄膜,多层膜与梯度膜进行了测试分析.结果表明,GIXRR与同步辐射反射率测试数据一致,GIXRR是一种方便快捷的纳米多层膜测量表征手段.

摘要： 本文采用磁控溅射技术制备了调制周期λ=12nm,20nm,40nm的Cu-Zr纳米多层膜,调制比η=1.通过X射线衍射、扫描电子显微镜对多层膜的微观结构进行研究,利用纳米压痕仪在0.0ls-1、0.03s-1、0.05s-1、0.1s-1、0.2s-1、0.5S-1应变速率下进行连续刚度实验.Cu/Zr纳米多层膜随应变速率升高出现了应变硬化现象,且通过激活体积和应变速率敏感指数的分析表明形变机理是位错-晶界之间的相互作用主导的.

摘要： 论文采用多弧离子镀技术在活塞环表面制备了不同调制周期的Cr/CrN纳米多层膜。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、俄歇能谱仪(AES)、纳米硬度仪和CETR摩擦磨损试验机,系统分析了不同调制周期Cr/CrN纳米多层膜的微观结构、成分分布、纳米硬度和抗滑动磨损性能.结果表明:Cr/CrN多层膜由CrN、Cr2N和Cr相组成,在CrN(200)方向上出现择优取向,薄膜的调制结构为Cr层-过渡层-CrN层的“三明治”结构。随调制周期的减小,多层膜的硬度和残余应力增大,当调制周期为80nm时,多层膜的硬度值达到最高为21·5GPa。当调制周期为120nm时,H3/E2值达到最高,此时划痕临界载荷值最高。

摘要： 本文利用射频磁控溅射方法（室温下）制备TaN, ReB2单层膜和TaN/ReB2纳米多层膜，并通过XRD，SEM，XP-2 表面轮廓仪及纳米力学测试系统对薄膜的微结构和力学性质进行表征，分析调制周期对多层膜结构和机械性质的影响，结果表明：TaN 和ReB2 均具有典型的六方结构，在其构成的多层膜中，当调制周期达到10 nm附近时，纳米多层膜的硬度和弹性模量均高于两种材料所构成单层膜的相应值。在Λ=9.6 nm，达到最高的多层膜硬度(28.8GPa) 及弹性模量(345.9 GPa)，同时内应力取得较好结果。

摘要： 利用高真空离子束辅助沉积系统（IBAD）制备了超硬TiB2/Si3N4纳米多层膜，通过XRD,XP-2 表面轮廓仪，纳米力学测试系统和多功能表面性能实验仪讨论了调制周期，调制比（Si3N4：TiB2），过度层厚度和基底加热温度对多层结构的影响。正交试验法用来优化实验条件。结果表明：在优化的实验条件下，即当基底温度225°C，调制周期11.8nm，调制比tTiB2:tSi3N4=15.4：1，过渡层沉积厚度38nm 时，多层膜的纳米硬度和弹性模量值均高于两种个体材料混合相的硬度值；多层膜的纳米展现了高硬度（达36.2 GPa）和高弹性模量的特征。多层膜体系的残余应力、弹性模量以及膜基结合性能均达到最佳效果。

摘要： 利用喷射电沉积技术在硅基底上制备了Cu/Co多层膜.电流密度在60～180A/dm2范围内,利用SEM、XRD、表面粗糙度仪及硬度计等手段对多层膜的结构及性能进行了研究.结果表明:随着电流密度增大,(111)和(200)晶面择优取向度有所增强,且(111)晶面择优取向度达到60％以上,而(220)晶面择优取向度呈现出下降趋势.当电流密度达到140A/dm2时,多层膜表面形貌最为平整,颗粒最为细小,层状结构清晰连续,最小的表面粗糙度为0.422μm,最高的显微硬度为552.3HV.

摘要： 本报告结合本课题组在纳米结构超硬薄膜的研究成果，介绍了本课题组近年来在纳米多层膜和纳米复合膜的研究进展，主要分为三部分:第一、晶体/晶体和晶体/非晶体系纳米多层膜的结构设计和获得超硬效应的条件，以及对晶体/晶体系纳米多层膜随某一调质层厚度增加的微结构演变提出新的认识;第二、对Veprek的nc-TiN/a-Si3N;纳米复合膜强化模型进行评述，提出基于共格界面的纳米复合膜强化机制，以及基于界面相掺杂的纳米复合膜新型强化途径;第三、将纳米多层和纳米复合两种结构结合起来，提出两种新型纳米结构薄膜:以纳米复合膜为调质层的纳米多层膜和以纳米多层膜为插入层的纳米复合膜，以及对这两种薄膜微观结构和力学性能的尝试性研究工作。

摘要： 纳米多层膜与体材料相比具有更好的抗辐照性能,本文证明了小周期的CrN/AlTiN多层膜的抗辐照性能比大周期多层膜有显著的提高.用能量为190 keV,剂量范围为1×1016ions/cm2到5×1016ions/cm2的Ar+辐照周期为3,5,7,9nm的CrN/AlTiN多层膜.周期为3nm的CrN/AlTiN在Ar+辐照的剂量为5×1016ions/cm2时出现非晶化,而其它周期的多层膜在Ar+辐照的剂量为3×1016ions/cm2时非晶化.这是第一次有关陶瓷材料多层膜抗辐照性能依赖于多层膜周期(＜10nm)的报告,其原因在于多层膜的界面起到了吸收辐照产生的缺陷的作用,使多层膜具有较强的自愈合功能.

摘要： 采用非对称双极脉冲磁控溅射制备了一系列不同调制周期的TiN/NbN纳米多层膜.利用X射线衍射分析(XRD)、纳米压痕仪、扫描电子显微镜(SEM)表征了薄膜的微观结构、力学性能和断口形貌。结果表明，在调制周期为19.86nm时，纳米压痕硬度达到43 GPa。

摘要： 纳米单层、多层膜的厚度测量的重要方法之一是掠入射X射线反射(XRR)测量，通过全谱反射曲线拟合，可以得到膜层厚度、界/表面粗糙度和膜层材料堆积密度等重要的结构信息。本文主要研究了XRR设备溯源过程中角度的溯源以及不确定度的评定。

摘要： 本发明提供一种能够获得漆黑性高的树脂组合物的多层碳纳米管、多层碳纳米管的制造方法、分散液、树脂组合物及涂膜。一种多层碳纳米管，满足下述(1)及(2)条件。(1)多层碳纳米管的平均外径为10nm以下(2)多层碳纳米管的外径的标准偏差为4nm以下。

摘要： 本发明涉及基于钛酸钠纳米丝和四氧化三钴纳米针的复合多层网络膜及其制备方法与应用；将洁净的不锈钢网与钴胺混合液加热反应后洗涤干燥煅烧，得到四氧化三钴纳米针网；将二氧化钛分散在含有氢氧化钠的水中，反应后洗涤得到钛酸钠纳米丝；将四氧化三钴纳米针网固定在砂芯过滤装置上；将钛酸钠纳米丝的水分散液真空过滤到四氧化三钴纳米针网表面，洗涤烘干，得到基于钛酸钠纳米丝和四氧化三钴纳米针的复合多层网络膜；将油污废水或者水包油乳液经过基于钛酸钠纳米丝和四氧化三钴纳米针的复合多层网络膜，完成油污废水的处理或者水包油乳液的分离。制备出具有高效分离油污废水的复合材料，对乳液分离效率高，可重复使用性好。

摘要： 一种基于单层膜或多层膜纳米磁电子器件的无掩模制备方法，属于磁电子器件制造技术领域。其特征在于包括以下步骤：(1)按衬底、缓冲层、磁性层、保护层的顺序沉积制作磁性器件基体，其中在沉积磁性层时施加50～500Oe的平面诱导磁场；(2)利用聚焦镓离子工作站作为加工设备，进行无掩膜离子辐照加工；(3)其中离子辐照参数为：离子辐照的剂量为1×1013～1×1018ions/cm2，离子束能量为20～30keV，离子束流为100pA～5nA；(4)利用聚焦离子束工作站在磁性薄膜器件的周围沉积出所需的电极。本方法具有无需制备掩模、方法简单、效率高的优点。

摘要： 本发明提供一种能够获得漆黑性高的树脂组合物的多层碳纳米管及多层碳纳米管的合成方法。一种多层碳纳米管，其特征在于满足下述(1)及(2)条件。(1)多层碳纳米管的平均外径为10nm以下(2)多层碳纳米管的外径的标准偏差为4nm以下。

摘要： 本发明属于纳米纤维材料技术领域，特别涉及多尺寸纳米粗糙度、多层结构的纳米纤维膜及其制备方法。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的生物相容性，在绿色生物医用设备方面的开发和应用具有很大的潜力，优化后的电纺纳米复合纳米纤维膜可以提供符合心包替代品等要求的生物相容性抗粘连膜。本发明主要由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制品经过预处理，通过静电纺丝工艺在静电纺丝溶液中浸泡后进行纺丝，最后再对产品进行后处理，通过这种方法制备出来的纳米纤维膜，是一种具有高度规则性的智能细胞附着潜力多尺寸的纳米纤维膜，该技术开创了组织工程的新纪元。

摘要： 本发明涉及基于钛酸钠纳米丝和四氧化三钴纳米针的复合多层网络膜及其制备方法与应用；将洁净的不锈钢网与钴胺混合液加热反应后洗涤干燥煅烧，得到四氧化三钴纳米针网；将二氧化钛分散在含有氢氧化钠的水中，反应后洗涤得到钛酸钠纳米丝；将四氧化三钴纳米针网固定在砂芯过滤装置上；将钛酸钠纳米丝的水分散液真空过滤到四氧化三钴纳米针网表面，洗涤烘干，得到基于钛酸钠纳米丝和四氧化三钴纳米针的复合多层网络膜；将油污废水或者水包油乳液经过基于钛酸钠纳米丝和四氧化三钴纳米针的复合多层网络膜，完成油污废水的处理或者水包油乳液的分离。制备出具有高效分离油污废水的复合材料，对乳液分离效率高，可重复使用性好。

摘要： 本发明的一种纳米多层膜材料及提高多层膜结构高温稳定性的方法属薄膜材料技术领域。其构成是在Ti/TiN或CrN/TiN的两层膜之间镀有非晶Si3N4间层，非晶Si3N4间层的厚度是0.6～1.0nm。采用在多层膜中加入的非晶Si3N4间层的方法，能有效限制多层膜层间扩散，达到提高多层膜结构高温稳定性的目的。可以利用多靶磁控溅射技术在基底上交替沉积得到纳米多层膜材料。本发明的方法可使涂层的硬度、弹性模量和断裂强度等力学性能在很大程度上得到提高。

摘要： 本发明涉及航空材料技术领域，具体涉及一种三维网状纳米晶/非晶的高强高韧纳米多层膜及其制备方法和应用。本发明提供的三维网状纳米晶/非晶的高强高韧纳米多层膜，包括交替叠加设置的合金金属氮化物层和纯金属氮化物层；所述合金金属氮化物层和纯金属氮化物层均具有纳米晶和非晶共存结构；以依次叠层设置的一层合金金属氮化物层和一层纯金属氮化物层为一个单元。在本发明中，合金金属氮化物层和纯金属氮化物层均具有纳米晶和非晶共存结构，在沉积多个单元的过程中，使得在一个或多个单元内同时存在多个调制层共格的纳米晶相区域和非晶相区域，由纳米晶和非晶的界面形成空间的三维网状结构，提高了膜层的硬度和韧性。

摘要： 本发明的一种纳米多层膜材料及提高多层膜结构高温稳定性的方法属薄膜材料技术领域。其构成是在Ti/TiN或CrN/TiN的两层膜之间镀有非晶Si3N4间层，非晶Si3N4间层的厚度是0.6～1.0nm。采用在多层膜中加入的非晶Si3N4间层的方法，能有效限制多层膜层间扩散，达到提高多层膜结构高温稳定性的目的。可以利用多靶磁控溅射技术在基底上交替沉积得到纳米多层膜材料。本发明的方法可使涂层的硬度、弹性模量和断裂强度等力学性能在很大程度上得到提高。

摘要： 本发明涉及航空材料技术领域，具体涉及一种三维网状纳米晶/非晶的高强高韧纳米多层膜及其制备方法和应用。本发明提供的三维网状纳米晶/非晶的高强高韧纳米多层膜，包括交替叠加设置的合金金属氮化物层和纯金属氮化物层；所述合金金属氮化物层和纯金属氮化物层均具有纳米晶和非晶共存结构；以依次叠层设置的一层合金金属氮化物层和一层纯金属氮化物层为一个单元。在本发明中，合金金属氮化物层和纯金属氮化物层均具有纳米晶和非晶共存结构，在沉积多个单元的过程中，使得在一个或多个单元内同时存在多个调制层共格的纳米晶相区域和非晶相区域，由纳米晶和非晶的界面形成空间的三维网状结构，提高了膜层的硬度和韧性。