* 纳米表面工程的 基本问题及其进展 Fundament and Progress of  Nano-surface Technology  纳米表面工程产生的背景 纳米表面工程的最新进展   纳米表面工程中的科学问题    主要内容    纳米表面工程的内涵和特点      表面工程是将材料的表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用各种表面技术，使材料的表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。  什么是表面工程  薄膜技术  其 它   涂、镀层技术   表面改性技术  表面 工程  一、 纳米表面工程产生的背景          随着纳米科技的发展，微机电系统的设计、制造日益增多，制造技术以由亚微米层次进入到原子、分子级的纳米层次。纳米机器人、纳米钳、纳米电机、……，此类机电系统涉及到大量的表面科学表面技术问题，且随着尺寸减小和表面效应的出现，传统的的表面设计和加工方法以不再适应。         要求材料在特殊情况，如超高温/低温、超高压、高真空、强氧化还原或腐蚀环境以及存在辐射、声吸收、信号屏蔽、承受点载荷等条件下服役的情况越来越多，由于纳米材料在力、电、声、光、热、磁方面表现出与宏观材料不同的特性。因此传统材料表面纳米化显得特别重要。 二、 纳米表面工程的内涵和特点  表面含有纳米颗粒与原子团族: 2D + 0D-n 纳米量级厚度的薄膜: 2D-n  什么是“纳米表面”  表面含有纳米碳管: 2D + 1D-n 复合纳米表面: (2D + 0D-n)n, 2D-n + 1D-n, …         纳米表面工程是通过特定的加工技术赋予材料以纳米表面、使表面纳米结构化，从而使材料的表面得以强化、改性或赋予表面新功能的系统工程。产生机敏表面、纳米智能表面和表面纳米器件。 （潜艇蒙皮、坦克外壳）          与传统的表面工程相比，其特点是：取决于基体性能的因素被弱化，表面处理、改性和功能化的自由度扩大，表面加工技术的作用更加突出，产品的附加值更高。 三、 纳米表面工程的最新进展   表面纳米超薄膜   纳米涂、镀层   表面超微图形   超光滑表面   表面纳米化  1. 纳米单层膜 2. 纳米多层叠膜 3. 有序分子膜 3-1 表面纳米超薄膜   零磨损、超滑：DLC、Ni-P非晶膜、a-C、LB润滑膜； 功能膜：光-电、压-电、磁性膜、IC chips、….。 InGaAs-InAlAs多层膜有准三维向准二维转变中的线性吸收谱图。图中曲线上所标数字为InGaAs膜的厚度。  纳米单层膜  纳米固体薄膜制备技术    直流溅射   射频溅射   磁控溅射  离子束溅射  真空 蒸发 溅射 沉积 离子镀 物理气相沉积  （PVD） 化学气相沉积  （CVD） 分子束外延  （MBE） 气相沉积     电 镀 法   溶胶-凝胶法   电阻加热   感应加热  电子束加热    激光加热  直流二极型离子镀   射频放电离子镀     等离子体离子镀    HFCVD   PECVD   LECVD    DC    RF   MW   ECR  热壁   冷壁   Films of 2D-n single layer   Ti(N, C, CN)   (V, Al, Nb)N   Ni-Cu alloys   Al2O3, SiC    Cu, Ni, Al, Ag, Au, Diam., DLC   b-C3N4: E = 349 GPa DLC coated a magnetic thin-film disk Liquid lubricant 1-2 nm DLC 10-30 nm Magnetic coating 25-75 nm Al-Mg/10 ?m NiP or  Glass-ceramic 0.78-1.3 mm 功能薄膜材料研究室  The surface of stretched (12%) video tape with DLC-layer with a thickness of 30 nm. The surface of stretched (12%) video tape without DLC-layer.  纳米多层叠膜          叠层膜是广义上的金属超晶格，表现出不同于各组元也不同于均匀混合态薄膜的异常力学、电、光、磁等性能。在表面强化、功能化及超精度加工等领域具有极大的潜力。 Cu/Ni, Cu/Pd, Cu/Al, Ni/Mo, TiN/VN, TiC/W, TiN/AlN,  ZnO/YSZ/ZnO/YSZ/ZnO, …. YSZ (yttrium-stabilized ZrO2) bicrystal ZnO/YSZ/ZnO/YSZ/ZnO internal films.?V. Roddatis, Journal of Crystal Growth 220 (2000) 515-521. The solid-phase intergrowth (SPI) process HREM image of ZnO/YSZ interface along [1 -1 0] YSZ (a) and [0 0 1]YSZ (b). Moiré fringes are visible at the boundary between ZnO grains. Stacking faults are indicated with arrows. Doubling in YSZ lattice is shown with white arrowheads. A and B areas show normal and oxygen deficient ZnO, respectively. An intermediate layer is visible at the interface. YSZ yttrium-stabilized ZrO2 [1 -1 0] [0 0 1] [1-10] [110] [110] [001] ？ ？ Schematic diagram of a new triode structure of FED with carbon nanotube emitters. Diamond and Related Materials 10 (2001) 1705.  复合纳米表面——器件   Gate: Al with a thickness of 0.15 mm and a line-width of 400 mm. 13 mm Cathode: Al with a thickness of 0.15 mm and a line-width of 390 mm. 200 mm space Anode: Phosphor coated ITO glass  有序分子膜   LB膜（Langmuir-Blodgett） SA膜（self-assembled mono- or multi-layer） MD膜（molecular deposition film）         通过固液界面具有反应活性的不同头尾基的化学吸附或化学反应，在基片上形成化学键连接、紧密排列的有序单层或多层膜。 “分子筛”: 空隙只允许一定尺寸的分子通过。用作化学传感器，其灵敏度比普通材料高50
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