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论薄膜材料的应用与发展


论薄膜材料的应用与发展 论文关键词:薄膜; 金刚石; 铁电; 氮化碳; 半导体; 超晶 格 论文摘要: 薄膜材料的发展以及应用,薄膜材料的分类,如金刚 石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材 料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。 1 膜材料的发展 在科学发展日新月异的今天,大量具有各种不同功能的薄膜得到了 广泛的应用, 薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的 地位。 自然届中大地、海洋与大气之间存在表面,一切有形的实体都为表 面所包裹,这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面, 如细胞膜和生物膜。 生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行 的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成,它好似栅栏,将一些分 子拦在细胞内, 小分子如氧气、 二氧化碳等, 可以毫不费力从膜中穿过。 膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质,有的像船,可以载分子,有的像 泵,可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性,不同的离子须走不同的 通道才行,比如有 K+通道、Cl-通道等等。细胞膜的这些结构和功能 带来了生命,带来了神奇。 2 膜材料的应用 人们在惊叹细胞膜奇妙功能的同时,也在试图模仿它,仿生一直以 来就是材料设计的重要手段,这就是薄膜材料。它的一个很重要的应用 就是海水的淡化。 虽然地球上 70%的面积被水覆盖着, 但是人们赖以生 存的淡水只占总水量的 2.5%~3%,随着人口增长和工业发展,当今世 界几乎处于水荒之中。因此将浩瀚的海水转为可以饮用的淡水迫在眉 睫。 淡化海水的技术主要有反渗透法和蒸馏法,反渗透法用到的是具有选 择性的高分子渗透膜,在膜的一边给海水施加高压,使水分子透过渗透膜, 达到膜的另一边,而把各种盐类离子留下来,就得到了淡水。反渗透法的 关键就是渗透膜的性能,目前常用有醋酸纤维素类、 聚酰胺类、 聚苯砜对 苯二甲酰胺类等膜材料.这种淡化过程比起蒸法法,是一种清洁高效的绿 色方法。 利用膜两边的浓度差不仅可以淡化海水,还可以提取多种有机 物质。工业生产中,可用膜法过滤含酚、苯胺、有机磺酸盐等工业废水, 膜法过滤大大节约了成本,有利于我们的生存环境。 膜的应用还体现在表面化学上面。 在日常生活中,我们会发现在树叶 表面,水滴总是呈圆形,是因为水不能在叶面铺展。喷洒农药时,如果在农 药中加入少量的润湿剂(一种表面活性剂),农药就能够在叶面铺展,提高 杀虫效果,降低农药用量。 更重要的,研究人员还将膜材料用于血液透析,透析膜的主要功能 是移除体内多余水份和清除尿毒症毒素, 大大降低了肾功能衰竭患者的 病死率[1] 3 膜材料的分类 近年来,随着成膜技术的飞速发展,各种材料的薄膜化已经成为一种 普遍趋势。 薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有:超导薄膜、导 电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄 膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。 目前 很受人们注目的主要有一下几种薄膜。 3.1 金刚石薄膜 金刚石薄膜的禁带宽,电阻率和热导率大,载流子迁移率高,介电 常数小,击穿电压高,是一种性能优异的电子薄膜功能材料,应用前景 十分广阔[2]。 近年来,随着科技的发展,人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法,比 如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相 沉积法等.成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜,从而使金刚石膜 具备了商业应用的可能。 金刚石薄膜属于立方晶系,面心立方晶胞,每个晶胞含有 8 个 C 原子, 每个 C 原子采取

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