纳米材料及功能材料问题.docx
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纳米材料及功能材料问题.docx
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纳米材料及功能材料问题
郑小彤:
1.金属功能薄膜材料及其工艺
答:
1、
2、金属功能薄膜材料介绍:
1)表面能级很大;薄膜表面积大,对膜内电子运输有很大影响,尤其对薄膜半导体表面电导和场效应有很大影响。
2)薄膜和基片的粘附性;薄膜和基片间存在附着和内应力,附着和内应力是薄膜的固有特征。
3)薄膜中的内应力;内应力分为固有应力和非固有应力,固有应力来自薄膜缺陷,非固有应力来自薄膜对衬底的附着力。
薄膜和衬底间不同的热膨胀系数和晶格失配也能引进应力。
4)异常结构和非理想化学计量比特性;与相图不符合的结构为异常结构
5)量子尺寸效应和界面隧道穿透效应;
6)容易实现多层膜;多层膜、多功能薄膜、超晶格膜
工艺:
1.物理气相沉积(PVD):
蒸镀、溅射、离子镀。
1)真空蒸镀:
待镀基片置于真空室内,加热使之气化或升华而沉积到基片。
2)溅射:
当具有一定能量的粒子轰击固体表面时,固体表面原子获得能量从表面逸出沉膜。
3)离子镀:
在真空蒸镀的基础上,在蒸发源与基片间加上电场的镀膜方法。
2.化学气相沉积(CVD):
是使含有构成薄膜元素的一种或几种化合物气体在一定温度下通过化学反应生成固态物质并沉积在基片上而形成的薄膜方法。
3.分子束外延
4.金属有机化学气相沉积(MOCVD)
2.形状记忆合金:
形状记忆效应机理:
马氏体相变:
发生切变,使形状改变表面浮凸,呈现不变平面应变特征。
马氏体相变基本特征:
无扩散切变型相变;点阵不变平面应变;固定取向关系;马氏体片内具有亚结构;相变具有可逆性
形状记忆合金材料:
形状记忆合金应用:
连接件;热敏元件;智能材料;航天应用;汽车外壳
杨维清:
1.气敏传感器机理主要观点和影响金属氧化物半导体气敏器灵敏度主要因素
主流观点是:
气敏半导体材料的表面吸附气体后,表面态及其电子占有情况发生变化,从而导致传感材料的电导率变化,这种变化就是产生气敏特性的根源。
对于金属氧化物半导体气体传感器而言,气敏特性简单来说是半导体化合物跟所接触的气体(氧化性或还原性)发生反应而导致电阻值发生变化。
(1)表面控制型金属氧化物半导体材料气敏机理
在空气中吸附氧分子并从半导体表面获得电子从而形成吸附的O2-,O-,O2-,结果导致气敏材料的表面电阻增加。
(2)体相控制型金属氧化物半导体气敏机理
由于化学计量比的偏离,在半导体禁带中存在施主能级或受主能级,当化学反应性强且容易还原的氧化物半导体与气体接触时,能使氧化物半导体的结构发生改变,使体电阻发生变化。
1、很多研究表明,由于组分间协同作用复合金属氧化物材料的气敏性质要高于单独的一种金属氧化物
2、贵金属的作用:
1、高效的激活剂降低粒子接触部分的势垒;2、促进接触面的气体吸附和反应进而提高气敏材料表面的催化活性。
3、微结构:
减小颗粒尺寸会提高材料的气敏性能。
4、温度和湿度对灵敏度都有影响。
2.同质结PN电子发光机理,简单描述
汪建新:
1.纳米材料的合成方法及优缺
物理法—粉碎法:
粉碎作用力都是几种力的组合,物料被粉碎时会导致物
结构和表面物理化学性质发生变化。
优点工艺较简单
构筑法:
是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子。
优点粒子大小可控,粒度分布均匀
化学合成方法—即是通过适当的化学反应,从分子、原子出发制备纳米颗粒物质。
化学法包括气相反应法和液相反应法。
气相反应法:
可分为气相分解法、气相合成法及气-固反应法
液相反应法:
可分为沉淀法、溶剂热法、溶胶-凝胶法等。
溶剂热法的优点是绝大多数的固体都能找到合适的溶剂。
成模剂的选择能有效地改变产物的外形。
缺点是产率低,产物的尺寸分布很广。
2.纳米材料表征技术
要研究纳米材料,必须对纳米材料的特征信息了解。
这些特征分析主要包括成分分析、形貌分析、粒度分析、结构分析以及表面界面分析。
而分析这些特征的技术有以下几种:
成分分析:
光谱分析、质谱分析和能谱分析
粒度分析:
显微镜法(包括SEM、TEM)、沉降法、光散射法
结构分析:
XRD、激光拉曼分析、微区电子衍射分析
形貌分析:
SEM、TEM、AFM、STM
3.测定颗粒晶粒度的方法
TEM:
可以观测纳米粒子的平均直径或粒径分布,是颗粒度观测的一种绝对方法
XRD(谢乐公式):
是测量晶粒度的最好方法,只适用于晶态的纳米粒子,当晶粒度小于50nm时,最精确。
比表面积法:
拉曼散射法:
测量纳米晶粒的平均粒径
激光粒度分析法:
测量微粒在液体中的扩散系数来测定颗粒度。
4.溶胶凝胶合成工艺种类及特点及影响水解因素
影响水解因素:
1)前驱体的选择:
金属醇盐和金属无机盐水解度不同。
2)水解度:
水解度》2,缩短凝胶时间。
水解度R《2,凝胶时间延长。
3)催化剂的影响:
不同催化剂对水解有影响,从而对反应速率有影响
4)反应温度:
提高温度对醇盐水解有利。
5)络合剂也有影响。
5.微乳化技术
微乳液:
由表面活性剂,助表面活性剂、油和水组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系.
纳米粒子的收集:
沉淀灼烧法;烘干洗涤法;絮凝、洗涤法
产品粒径及形态的影响因素:
⏹微乳液组成的影响
⏹微乳液界面膜的影响
非离子表面活性剂<阳离子表面活性剂<阴离子表面活性剂
⏹反应物浓度的影响
理论上,在最优反应物浓度条件下可获得最小的粒子粒径。
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