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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 液相基底納米量級(jí)金屬薄膜的制備和研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 數(shù)理
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- 本課題是在對(duì)各類(lèi)金屬薄膜做了大量實(shí)驗(yàn)并獲得大量數(shù)據(jù)前提下，對(duì)液相基底納米量級(jí)的金屬薄膜的形貌演化規(guī)律做了詳盡的研究。
- 詳細(xì)介紹：
- 在液相基底（一般采用硅油基底）上制備出各類(lèi)金屬薄膜系統(tǒng)，研究他們的形貌演化規(guī)律以及相應(yīng)的電特性、磁特性等。在此基礎(chǔ)上，將其
作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 目的：探索用磁控濺射方法在液相基底上制備金屬薄膜的可能性，對(duì)此類(lèi)薄膜的生長(zhǎng)機(jī)理和形貌特征進(jìn)行深入分析研究，并與固體基底上和采用不同方法制備的金屬薄膜進(jìn)行綜合比較。 思路：采用直流磁控濺射方法在擴(kuò)散泵硅油表面沉積出銀、鐵、鋁等金屬薄膜系統(tǒng)；根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析了真空中和大氣環(huán)境下金屬薄膜在液體基底上的形貌演化規(guī)律；根據(jù)單軸應(yīng)力和雙軸應(yīng)力理論，分析了此類(lèi)金屬薄膜中形成的裂紋和特殊褶皺形貌的機(jī)理。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1、實(shí)驗(yàn)手段的創(chuàng)新：已有的研究都是采用真空熱蒸發(fā)方法將金屬原子及有機(jī)分子蒸鍍到液相基底上，本作品采用應(yīng)用更為廣泛的磁控濺射方法在液相基底上成膜，具有很好的創(chuàng)新性；濺射方法的成功使用為進(jìn)一步在液相基底上制備復(fù)合功能薄膜系統(tǒng)打下良好的基礎(chǔ)。 2、研究方法的創(chuàng)新：本作品將地理學(xué)中的板塊運(yùn)動(dòng)模型和力學(xué)中的單雙軸應(yīng)力理論應(yīng)用到液相基底上的金屬薄膜中來(lái)，成功解釋了薄膜的開(kāi)裂、起皺等力學(xué)行為。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 理論：液相基底上的金屬薄膜具有近似自由支撐的界面條件，此類(lèi)薄膜系統(tǒng)可提供一個(gè)研究固液相互作用和薄膜機(jī)理的極好的物理平臺(tái)，并很可能向生命科學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)、力學(xué)等更廣泛的領(lǐng)域滲透和拓展。 應(yīng)用：液相基底上的薄膜系統(tǒng)經(jīng)過(guò)適當(dāng)改進(jìn)可用于制備納米膠囊、納米核殼結(jié)構(gòu)，此類(lèi)納米結(jié)構(gòu)在生物醫(yī)學(xué)的靶向治療、工業(yè)催化、空氣凈化等方面有著廣泛應(yīng)用。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 采用直流磁控濺射方法在硅油基底上沉積出具有自由支撐邊界條件的金屬銀薄膜系統(tǒng)，研究了銀薄膜在大氣環(huán)境中的表面形貌演化規(guī)律及其物理機(jī)理。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)銀薄膜在真空狀態(tài)下基本穩(wěn)定，但在大氣環(huán)境中發(fā)生強(qiáng)烈的收縮效應(yīng)，使得薄膜開(kāi)裂，其表面覆蓋率不斷降低。分析表明這一動(dòng)態(tài)演化過(guò)程基本滿(mǎn)足指數(shù)衰減規(guī)律，并可用薄膜內(nèi)應(yīng)力的不斷釋放加以解釋。隨著銀薄膜的不斷收縮，薄膜表面可呈現(xiàn)出異常豐富的褶皺形貌：在薄膜邊界附近呈現(xiàn)基本垂直于邊界的直線(xiàn)狀條紋結(jié)構(gòu)；而在薄膜中間區(qū)域，將形成二次起皺的扭曲狀花樣和無(wú)序網(wǎng)格狀褶皺形貌。從單軸應(yīng)力和雙軸應(yīng)力理論的角度出發(fā)，本文對(duì)各類(lèi)奇特的褶皺形貌進(jìn)行了細(xì)致的分析和討論。
獲獎(jiǎng)情況
- 1、論文《自由支撐銀薄膜的形貌演化規(guī)律及機(jī)理研究》于2010年3月發(fā)表在《臺(tái)州學(xué)院學(xué)報(bào)》上。 2、論文《液相基底上鋁薄膜的開(kāi)裂與折疊行為研究》正在投稿中，《真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)》。
鑒定結(jié)果
- 經(jīng)鑒定通過(guò)。
參考文獻(xiàn)
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同類(lèi)課題研究水平概述
- 人們?cè)谘芯恳合嗷咨辖饘俦∧こ赡C(jī)理的同時(shí)，也積極探索此類(lèi)薄膜的力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性能。Yang和Ye等人在液相基底上沉積出具有網(wǎng)狀特征的逾滲Au、Ag等薄膜，研究了薄膜的直流I-R特性，發(fā)現(xiàn)液相表面金屬薄膜的局域隧道電流和跳躍電導(dǎo)比一般薄膜更為強(qiáng)烈。Tao等人利用液體基底的流動(dòng)性制備出具有楔形特征的薄膜樣品，發(fā)現(xiàn)了奇異的電輸運(yùn)特性和納米顆粒尺寸效應(yīng)。2003年前后Yu和Cai等人首次在Ni、Fe、Al薄膜中發(fā)現(xiàn)了正弦形、三角形和方形等準(zhǔn)周期的內(nèi)應(yīng)力釋放模式。隨后人們?cè)贏u、Cu等薄膜中也相繼發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，表明此類(lèi)內(nèi)應(yīng)力釋放模式是液體基底上金屬薄膜的共同特征。2005年，Ye等人研究了液相基底上Fe薄膜的低溫磁特性，發(fā)現(xiàn)在低溫狀態(tài)下Fe薄膜出現(xiàn)了奇異的鐵磁－順磁轉(zhuǎn)變峰，與固相基底上的Fe膜差別很大，說(shuō)明液相基底的弱約束條件對(duì)薄膜磁特性有很大影響。最近，Xie等人又對(duì)Fe薄膜生長(zhǎng)初期磁疇的生長(zhǎng)及演化規(guī)律進(jìn)行了初步探索。 除了采用常規(guī)液相材料（硅油）作為基底沉積金屬薄膜之外，近來(lái)人們也積極尋求新的適合作為液相基底的材料，并且也開(kāi)始嘗試在液體表面生長(zhǎng)單晶薄膜。2001年Ye等人在熔融玻璃基底上生長(zhǎng)Au薄膜獲得成功，從而拓寬了液相基底的選擇范圍，并為固定薄膜的微結(jié)構(gòu)提供了一種有效的實(shí)驗(yàn)方法。2003年前后，德國(guó)波恩大學(xué)和亞琛工業(yè)大學(xué)又在液體表面上成功制備出高品質(zhì)的有機(jī)半導(dǎo)體單晶薄膜，大大豐富了液面薄膜的研究?jī)?nèi)容。 目前，人們?cè)谝合嗷咨现苽浣饘俦∧ず陀袡C(jī)分子晶體主要采用真空熱蒸發(fā)方法。由于蒸發(fā)原子的能量較?。ㄔ?.1eV數(shù)量級(jí)），沉積過(guò)程中薄膜與液相基底之間的相互作用非常微弱，基底的溫度基本保持不變，基底表面層的結(jié)構(gòu)也基本不變，因而沉積的金屬薄膜的內(nèi)應(yīng)力較小，表面形貌較為穩(wěn)定，這為研究液相基底上薄膜的形成機(jī)理、微觀結(jié)構(gòu)和電特性提供了便利。但同時(shí)人們?cè)谘芯拷饘俦∧づc液相基底之間較強(qiáng)的相互作用時(shí)也遇到了困難，并且熱蒸發(fā)方法制備合金薄膜和化合物薄膜時(shí)難以精確控制薄膜的組分。最近我們采用直流磁控濺射方法在硅油基底表面沉積金屬薄膜獲得成功，為制備復(fù)雜的、包含豐富物理機(jī)理和廣闊應(yīng)用前景的多元復(fù)合功能薄膜系統(tǒng)提供了較好的實(shí)驗(yàn)方法。由于濺射原子比蒸發(fā)原子的能量大1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，此類(lèi)薄膜的生長(zhǎng)機(jī)理、表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)、內(nèi)應(yīng)力和物理特性都與熱蒸發(fā)薄膜有較大不同，需要逐個(gè)加以揭示。
