二维纳米材料的制备
光子学技术的二维材料制备方法介绍
光子学技术的二维材料制备方法介绍光子学技术是一门研究光的产生、控制和应用的学科。
随着纳米科技的快速发展，二维材料作为一种具有特殊性质的材料，被广泛应用于光学器件、光电子器件、传感器和能源领域。
在光子学技术中，制备二维材料是一个重要的环节。
本文将介绍几种常见的二维材料制备方法。
一、机械去化学气相沉积法（mechanical exfoliation）机械去化学气相沉积法是制备二维材料的一种常见方法。
该方法通过在丙烷气氛中加热金属衬底，使金属与气相中的碳反应生成各种二维材料，然后通过机械剥离的方式将二维材料从衬底上剥离下来。
这种方法相对简单、灵活，可以得到高质量的二维材料。
然而，该方法对实验操作要求较高，剥离过程容易受到环境中杂质的污染。
二、化学气相沉积法（chemical vapor deposition，CVD）化学气相沉积法是制备二维材料的一种常用方法。
该方法通过在适当的温度下，将二维材料的前体分子转化为气相态，然后在衬底上沉积形成薄膜。
CVD方法具有制备规模大、成本低的优点，可以实现大面积、高质量的二维材料制备。
然而，CVD方法需要复杂的实验装置和环境控制，操作较为繁琐。
三、氧化石墨烯还原法（reduction of graphene oxide，RGO）氧化石墨烯还原法是制备石墨烯的常见方法。
该方法通过将氧化石墨烯（GO）与还原剂反应，还原出无氧化物功能团的石墨烯。
氧化石墨烯还原法可以在水溶液中进行，操作简单，且可以得到高质量的石墨烯。
然而，该方法需要使用有毒的还原剂，且得到的石墨烯质量不如其他方法高。
四、溶胶-凝胶法（sol-gel method）溶胶-凝胶法是一种常用的二维材料制备方法。
该方法通过在溶液中溶解金属前体，然后通过水解和缩聚反应形成胶体，最后通过热处理得到二维材料。
溶胶-凝胶法具有制备简单、易于控制反应条件、可以得到均匀的材料薄膜等优点。
然而，该方法对反应条件要求较严格，且制备周期较长。
二维纳米材料的合成与应用
二维纳米材料的合成与应用二维纳米材料是一种新兴的领域，在纳米领域的研究中日渐受到越来越多的关注。
它们具有优良的光学、电学、热学和力学性能，被广泛应用于电子、光电子、化学、能源等领域。
如果我们能够合成和应用二维纳米材料，就可以推动纳米材料的研究和应用发展。
一、二维纳米材料的分类在开始介绍二维纳米材料的合成与应用之前，我们需要先了解二维纳米材料的分类。
根据其结构形态，可以将二维纳米材料分为两大类：石墨烯和非石墨烯二维纳米材料。
1. 石墨烯：石墨烯是由碳原子形成的单层二维材料，在2010年诺贝尔物理学奖中获得大奖。
它具有很好的电学、热学和光学性质，被广泛应用于电子器件、催化剂、生物传感器等领域。
除了单层石墨烯，还有多层石墨烯、导电聚合物包裹石墨烯等结构形态。
2. 非石墨烯二维纳米材料：非石墨烯二维纳米材料包括二硫化钼、氧化钼、氮化硼、氢氧化铝、氧化铟等，它们的化学成分、晶体结构和电学性质不同。
非石墨烯二维纳米材料具有不同的光学、电学和化学性质，可用于改善光伏材料、电子器件和化学催化剂等性能。
二、合成二维纳米材料的方法二维纳米材料合成是二维纳米材料应用的前提，也是二维纳米材料研究的重要方向之一。
二维纳米材料的制备方法包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、机械剥离法等。
1. 化学气相沉积（CVD）：化学气相沉积是一种利用气相反应合成薄膜的方法，它是合成大规模二维纳米材料的主要方法。
CVD合成石墨烯的方法是在铜箔或硅衬底表面沉积液态前驱体，然后在一定温度下，气相反应将前驱体分解成石墨烯膜。
2. 物理气相沉积（PVD）：物理气相沉积是通过高温或等离子体将固体表面的原子或分子释放成气体，然后在固定的基底表面附着，形成薄膜或纳米颗粒。
物理气相沉积可以得到多种不同物理性质的二维纳米材料，并且合成方法简单、成本低。
3. 机械剥离法：机械剥离法是一种将多层材料分离成单层或几层的方法。
这种方法的原理是使用黏性胶带将多层材料撕开，彼此分离。
制备二维材料及其性能研究
制备二维材料及其性能研究二维材料是指至少有一维尺度小于或等于10纳米的材料。
自从2004年发现了第一个石墨烯晶体之后，二维材料领域已经成为了材料科学中的热点研究领域。
除了石墨烯外，其他的二维材料如二硫化钼、二硒化钼、二硫化钨等也备受关注。
本文将探讨如何制备二维材料以及它们的性能研究。
一、二维材料的制备方法1. 机械剥离法机械剥离法是最常见的制备二维材料的方法之一，石墨烯的制备便是采用这种方法。
通过对高质量晶体进行剥离，可以制备出尺寸在微米级别的二维材料。
虽然这种方法比较便捷，但是制备出的材料尺寸有限，且仅能制备单层或双层材料。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是另一种常见的制备二维材料的方法。
它通常使用金属有机气相沉积法或类似氨化合物的前体气体，在高温下使金属表面产生反应并生长出单层或多层二维材料。
这种方法的优点是可以制备大量二维材料并实现化学修饰。
3. 液相剥离法液相剥离法是一种制备二维材料的新方法，目前适用于松散层状材料，如二硫化钼和二硒化钼等。
这种方法需要将晶体置于含有相应溶剂的容器中，利用溶剂的分子间作用力逐渐分离出单层或多层二维材料。
二、二维材料的性能研究二维材料的特殊结构和尺寸导致了其一些特殊的物理和化学性质。
下面将简要介绍其中一些性能研究。
1. 电学性质二维材料的电学性质决定了它们在电子学和光电学中的应用。
石墨烯等不含禁带的二维材料被认为是最好的电子输运材料之一，而需要带隙的二维材料如二硫化钼等则可以作为半导体用于电子元器件中。
2. 光学性质二维材料具有非常特殊的光学性质。
由于其厚度只有几个原子，因此它们具有非常高的透明度和强催化作用。
例如，单层二硫化钼表现出非常显著的光催化活性，在太阳能电池和制备清洁能源方面有着广泛的应用。
3. 机械性能由于二维材料层之间的出色结合，它们通常具有很高的强度和刚度。
这种特殊的机械性质使二维材料在传感器、柔性机器人和穿戴式设备等领域有着很大的应用前景。
二维纳米材料的制备和表征
二维纳米材料的制备和表征引言二维纳米材料是近年来材料科学领域的一个热门研究方向。
它们具有独特的结构和性质，广泛应用于电子器件、催化剂、传感器等领域。
本文将从制备和表征两个方面来探讨二维纳米材料的研究进展。
制备方法二维纳米材料的制备方法多种多样，下面将介绍几种常见的方法。
机械剥离法机械剥离法是最早用于制备二维纳米材料的方法之一。
通过使用粘贴胶带或剥离层将三维材料表面上的二维层剥离下来，得到二维纳米材料。
这种方法简单易行，但只适用于部分易于剥离的材料，如石墨烯。
化学气相沉积法化学气相沉积法是制备二维纳米材料的常用方法之一。
通过在适当的反应条件下，将气态前驱体分解或反应生成二维纳米材料。
这种方法适用于宽泛的材料体系，并能够获得高质量的二维纳米材料。
液相剥离法液相剥离法是通过将三维材料浸泡在特定的溶液中，使得溶液中的一层材料与基底分离，从而得到二维纳米材料。
这种方法对于某些化学活性较高的材料有较好的剥离效果。
氧化石墨烯还原法氧化石墨烯还原法是一种将氧化石墨烯转化为石墨烯的方法。
通过在高温下还原氧化石墨烯，可以去除氧化物，得到具有二维结构的石墨烯材料。
表征方法二维纳米材料的表征是研究其结构和性质的重要手段。
下面将介绍几种常见的表征方法。
透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是观察二维纳米材料结构的重要工具之一。
它通过透射电子束与样品相互作用的方式，获取显微级别的结构信息。
TEM可以得到二维纳米材料的晶格结构、层间距离等信息。
原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是观察二维纳米材料表面形貌的关键技术之一。
它利用探针扫描样品表面，通过检测探针与样品之间的相互作用力，获得样品表面的高度信息。
AFM可以获取二维纳米材料的层高、缺陷等信息。
X射线衍射（XRD）X射线衍射是分析二维纳米材料晶体结构的重要手段。
它通过测量样品对入射X射线的散射情况，推导出样品的晶格结构信息。
XRD可以用于确定二维纳米材料的晶体结构、晶格常数等。
二维纳米材料的制备及性能研究
二维纳米材料的制备及性能研究随着科技的不断发展，纳米材料领域也日新月异。
二维纳米材料作为一种新型纳米材料，受到了广泛的关注。
在制备过程中，需要采取一些特殊的制备方法，同时需要对其性能进行深入的研究。
本文将介绍二维纳米材料的制备及性能研究的相关内容。
一、二维纳米材料的制备方法1. 机械剥离法机械剥离法是一种制备二维纳米材料的常见方法。
该方法是通过用粘性胶带粘取较厚的原料，然后再用细针轻轻剥离，最终得到二维材料。
这种方法的制备过程简单，但是得到的材料品质可能不够稳定。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过化学反应在固体表面上沉积薄膜的方法。
在该方法中，先将原材料气体蒸发并混合，然后在待沉积的位置升温，当气体分子与样品表面发生反应时，会形成一层新的薄膜。
这种方法可以制备高品质的二维纳米材料，但是步骤较为复杂。
3. 液相剥离法液相剥离法是一种使用液体将原材料剥离成纳米厚度的二维材料的方法。
该方法是通过将原材料溶解在溶剂中，形成溶胶，然后向上逐渐加热，通过溶剂的挥发使溶胶中的物质逐渐沉淀，从而得到目标二维材料。
该方法可以制备厚度均匀的二维纳米材料，且过程简单。
二、二维纳米材料的性能研究1. 电学性能研究由于二维纳米材料的厚度和形态的特殊性，其导电性质表现出独特的性质。
二维纳米材料的吸收光谱与厚度密切相关，因此，对其电学性质的研究主要是观察样品的光学吸收谱和互相关谱。
通过分析这些数据，可以得出二维纳米材料的导电行为与能带结构之间的关系。
2. 光学性能研究二维纳米材料的光学性质也是其特殊性的体现之一。
通过研究其能带结构和光吸收谱可以确定其特殊的光学性能。
一些二维纳米材料具有独特的荧光和光致发光性质，因此也被广泛应用于光学器件中。
3. 磁学性能研究二维纳米材料也具有独特的磁学性质。
通过测量二维纳米材料的磁滞回线和磁滞曲线可以确定其磁学性质。
一些二维纳米材料具有独特的磁性，因此可以应用于制备磁性器件。
结语总的来说，二维纳米材料是一种新型的纳米材料，其制备和性质研究具有一定的特殊性。
二维纳米材料的制备
二维纳米材料的制备二维纳米材料指的是在纳米尺度下具有二维结构的材料，其厚度只有几个纳米到几十个纳米。
由于其特殊的结构和性质，二维纳米材料在纳米科技、能源储存、催化剂等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍几种制备二维纳米材料的方法，包括机械剥离法、化学气相沉积法和溶液剥离法等。
一、机械剥离法机械剥离法是制备二维纳米材料最简单和直接的方法之一，其原理是通过力学剥离来得到单层或少层的纳米材料。
最著名的例子就是石墨烯的制备方法，即用胶带在石墨上反复剥离，直到得到单层的石墨烯。
机械剥离法的优点是简单易行，无需复杂的设备和条件，但是受制于胶带的尺寸和质量，得到的纳米材料往往规模有限。
二、化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的制备二维纳米材料的方法，其原理是通过在特定的反应条件下，使气态的前体物质在基底表面上发生化学反应，生成纳米材料。
最常用的前体物质是气态的金属有机化合物，如三乙基金属（例如三乙基铝、三乙基镓等）。
在高温下，金属有机化合物分解生成金属源，然后在基底表面发生反应，在基底上生长纳米材料。
化学气相沉积法的优点是可以制备大面积的纳米材料，同时控制纳米材料的形貌，但是需要复杂的设备和条件，并且制备过程中还需要保证反应气氛的纯净度和稳定性。
三、溶液剥离法溶液剥离法是一种常用的制备二维纳米材料的方法，其原理是通过化学反应来剥离多层的纳米材料，得到单层或少层的纳米材料。
最常用的剥离方法是用强酸、碱或盐溶液浸泡多层纳米材料，使其分离成单层或少层。
溶液剥离法的优点是简单易行，无需复杂的设备和条件，并且制备过程中可以控制剥离的程度，得到不同层数的纳米材料。
以上是几种常用的制备二维纳米材料的方法。
不同的方法适用于不同的纳米材料和应用需求。
随着科技的进步，制备方法也在不断发展和改进，希望未来能够开发出更加简单、高效和可控的制备方法，为二维纳米材料的研究和应用做出更大的贡献。
二维纳米材料的制备技术研究及其应用
二维纳米材料的制备技术研究及其应用二维纳米材料制备技术研究及其应用随着纳米技术的不断发展，二维纳米材料逐渐成为纳米科技领域的热点之一。
这类材料的厚度只有几个原子层的厚度，而且具有优异的电学、光学、热学等物理性质，使得其在电子器件、催化剂、传感器等领域有着广泛的应用前景。
因此，二维纳米材料制备技术的研究成为了当前的重要研究方向之一。
一、二维纳米材料的制备方法二维纳米材料制备技术的研究与开发，可以大致分为化学气相沉积、化学溶液法、物理剥离法和生物方法等几种。
其中，化学气相沉积技术是其中最为重要的一种方法。
1.化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是通过在反应室中将混合气体传入，然后在基底表面沉积化合物，最终得到所需形态的材料的一种制备技术。
该技术对于生长非常薄的、具有单晶质量的二维纳米结构具有重要作用。
此外，CVD还可以利用预制的单层二维材料作为种子层，在其表面生长新的二维纳米材料，并在大范围内制备复合结构。
2.化学溶液法化学溶液法是通过在溶液（水、有机溶剂等）中加入混合溶解的化学物质，控制溶液中物质浓度、温度、反应时间等条件，形成二维纳米结构的一种制备技术。
这种方法在实际应用中已经有了很大的成功，由于其产量高、工艺简单等优势，因此受到学术界的广泛关注。
3.物理剥离法物理剥离法是通过物理或化学方法从普通的块体材料中剥离出单层或多层的二维纳米材料形成的一种制备技术。
这种方法非常简单，但是由于其在大量生产上实效不大，因此不适合工业规模化生产。
4.生物方法生物方法则是通过活种和寄生虫来制备二维纳米材料的一种方法。
这种方法因为工艺环节较多，而且实验周期较长，因此工业应用不普遍。
二、二维纳米材料的应用随着二维材料的制备工艺日趋成熟，其在科技领域中的应用也逐渐得到了广泛的关注和应用。
其中包括了电子学、光学、催化学以及生物学等多个领域。
以下着重阐述其中一些比较重要的应用方向。
1.电子学与光学二维纳米材料在电子学和光学领域中有着非常广泛的应用。
二维材料制备
二维材料制备二维材料是指厚度只有数个原子或分子层的材料，具有独特的电学、光学和力学性质，因此在纳米科技领域具有广泛的应用前景。
二维材料的制备方法多种多样，下面将介绍几种常见的制备方法。
首先，化学气相沉积（CVD）是一种常用的二维材料制备方法。
在CVD过程中，通过在高温下将气态前驱体引入反应室，使其在基底表面发生化学反应，从而沉积出二维材料。
这种方法制备的二维材料质量较高，可以控制层数和晶格取向，因此在石墨烯、硒化物等二维材料的制备中得到了广泛应用。
其次，机械剥离法也是一种常见的二维材料制备方法。
这种方法通过机械剥离的方式，从体块材料中剥离出单层或多层二维材料。
例如，石墨烯就是通过机械剥离石墨材料得到的。
这种方法制备的二维材料质量较高，但是效率较低，适用于小规模实验研究。
另外，液相剥离法也是一种常用的二维材料制备方法。
这种方法通过在溶液中对体块材料进行剥离，得到单层或多层的二维材料。
例如，氧化石墨烯就是通过液相剥离石墨烯氧化物得到的。
这种方法可以实现大面积的二维材料制备，但是对材料的选择和溶剂的选择要求严格。
最后，离子束剥离法也是一种常见的二维材料制备方法。
这种方法通过在体块材料表面轰击离子束，使得材料逐渐剥离成单层或多层的二维材料。
这种方法制备的二维材料可以控制层数和尺寸，但是需要专门的设备和条件。
综上所述，二维材料的制备方法多种多样，每种方法都有其独特的优势和局限性。
在实际制备过程中，需要根据具体的材料特性和应用需求来选择合适的制备方法。
随着二维材料领域的不断发展，相信会有更多高效、低成本的制备方法出现，推动二维材料在各个领域的应用。
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2、薄膜生长阶段 一旦大于临界核心尺寸的小岛形成，它接受新的原子而逐渐长大，而岛的数目则很快达 到饱和。小岛像液珠一样互相合并而扩大，而空出的衬底表面上又形成了新的岛。形成与合 并的过程不断进行，直到孤立的小岛之间相互连接成片，一些孤立的孔洞也逐渐被后沉积的 原子所填充，最后形成薄膜。
薄膜生长的基本原理
形核与生长的物理过程
与其他有核相变一样，薄膜的生
长过程也可被分为两个不同的阶
段，即新相的形核与、新相成核阶段
形核与生长的物理过程
在薄膜形成的最初阶段，一些气态的原子或分子开始凝聚到衬底上，从而开始了所谓的形 核阶段。由于热涨落的作用， 原子到达衬底表面的最初阶段，在衬底上成了均匀细小、而且可 以运动的原子团（岛或核）。 当这些岛或核小于临界成核尺寸时，可能会消失也可能长大；而当它大于临界成核尺寸时， 就可能接受新的原子而逐渐长大。 核形成与生长的物理过程可用下图说明，从图中可看出核的形成与生长有四个步骤： (1) 原子吸附；(2)表面扩散迁移；(3)原子凝结形成临界核；(4)稳定核捕获其他原子生长
太阳能等技术的核心基础。 •光学薄膜 （反射，增透，防紫外线，等等）；
•电子信息技术（集成电路，网络设备，光盘，磁盘，液晶
显示器，等等）；
•能源技术（太阳能电池，燃料电池，等等）； •传统机械领域（刀具硬化膜、热障涂层，等等）。
薄膜是现代信息技术的核心要素之一
等离子体平板显示器 plasma display panel (PDP)
薄膜生长的基本原理
在大多数固体相变过程中，涉及的成核 过程都是非自发成核的过程。 研究对象：一个原子团在衬底上形 成初期的自由能变化
晶体表面的全部原子键得到饱和，而且As原子自身也不再倾向于与其他原子发生键合，这有 效的降低了晶体的表面能，使得其后的沉积过程转变为三维的岛状生长。 3）层状外延生长表面是表面能比较高的晶面时，为了降低表面能，薄膜力图将暴露的晶面改 变为低能晶面。因此薄膜在生长到一定厚度之后，生长模式会由层状模式向岛状模式转变。
Ag在NaCl晶体表面生长过程
薄膜生长过程
透射电子显微镜与电子衍射原位观察
薄膜生长的基本原理
实验观察到的三种薄膜生长模式：
（1）岛状生长模式：被沉积物质的原子或分子倾
向与自身相互键合起来，而避免与衬底原子键合； 从而形成许多岛，再由岛合并成薄膜。
生长模式
（2）层状生长模式：被沉积物质的原子倾向于与
在上述各种机制中，开始的时候层状生长的自由能较低，但其 后，岛状生长的自由能变低了，岛状生长反而变得更有利了。
薄膜生长的基本原理
体系的相变方式：
相变按方式分类： （1）有核相变：有形核阶段。新相核心可均匀形成， 也可择优形成。大多数相变属于此类。 （2）无核相变：无形核阶段。以成分起伏作为开端， 新旧相间无明显界面，如调幅分解。
薄膜生长的基本原理
2、层状生长（Frank-van der Merwe)模式：
生长模式
特点： 沉积原子在衬底的表面以单原子层的形式均匀地覆盖一层，然后再在三维方向上生长第二层、 第三层……。
当被沉积物质与衬底之间浸润性很好时，被沉积物质的原子更倾向于与衬底原子键合。因此， 薄膜从形核阶段开始即采取二维扩展模式，沿衬底表面铺开。在随后的过程中薄膜生长将一直 保持这种层状生长模式。
（3）化学角度
有机薄膜 无机薄膜
纳米薄膜材料的介绍
（4）组成
金属薄膜 非金属薄膜
（5）物性
硬质薄膜 声学薄膜 热学薄膜 金属导电薄膜 半导体薄膜 超导薄膜 介电薄膜 磁阻薄膜 光学薄膜
纳米薄膜材料的介绍
3. 薄膜应用
薄膜材料与器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、
薄膜生长的基本原理
1. 自发成核：整个形核过程完全是在相变自由能的推动下进行的；
形核的机理
在薄膜沉积过程的最初阶段，都需要有新相的核心形成。新相的成核过程可以被分为两种类型：
2. 非自发成核：除了有相变自由能作推动力之外，还有其他的因素起到了帮助新相核心生成的作 用。
薄膜与衬底之间浸润性 差，薄膜的形核过程可 以近似为自发形核
(3)原子凝结形成临界核
吸附原子在表面上扩散迁移，互相碰撞结合成原子团，并凝结在表面上。原子团中的原 子数达到某一个临界值，成为临界核；临界核进一步与其他吸附原子碰撞结合，向着长大方 向发展形成稳定核。 (4)稳定核捕获其他原子而获得生长 稳定核再捕获其他吸附原子，或者与入射气相原子相结合使它进一步长大成为小岛。 （5）岛生长、合并，形成连续的膜
kT pV ln p kT G ln1 S G
-Ω原子体积； - p 气相蒸汽压； - pV 饱和蒸汽压； - S = (p-pV)/pV 气相的过饱和度。
p > pV, S > 0, ΔGν < 0
薄膜生长的基本原理
自发形核的热力学理论
薄膜自发形核示意图
薄膜非自发形核示意图
薄膜生长的基本原理
从过饱和气相中合成球形核
自发形核的热力学理论
伴随着新相生成 表面能的变化
能垒
总自由能的变化
4 G r 3G 4r 2 3
体自由能的变化
4 GV r 3G 3
形核的热力学驱动力： 单位体积的相变自由能之差 ΔGν < 0
(1)原子吸附
形核与生长的物理过程
射向基板及薄膜表面的原子入射到基体表面上，其中一部分因能量较大而弹性反射回去 ，另一部分吸附在表面上。在吸附的原子中有一小部分因能量稍大而再蒸发出去。
(2)表面扩散迁移
停留于表面的原子，在自身所带能量及基板温度所对应的能量作用下，发生表面扩散 (surface diffusion)及表面迁移(surface migration)。一部分再蒸发，脱离表面。
衬底原子成键结合。因此，薄膜从形核阶段开始即 采取二维扩展模式，薄膜沿衬底表面铺开。在随后 的沉积过程中，一直维持这种层状生长模式。 （3）混合生长模式：在最开始一两个原子层厚度 时采用层状生长，之后转化为岛状生长。
薄膜生长的基本原理
1、岛状生长(Volmer-Weber)模式 ：
生长模式
特点：
保护电极寿命
Ag 膜
透明导电膜
集成电路中的场效应晶体管 (MOSFET)
Polycrystalline silicon
栅氧化层 (gate oxide): CVD 铜导线 ：sputter or evaporation
纳米薄膜材料的介绍
4 薄 膜 的 制 备 方 法
最主要的两类方法
.
薄膜生长的基本原理
到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核，后续飞来的沉积原子不断聚集在核附近，形 成许多岛，再由岛合并成薄膜，造成表面粗糙。 被沉积物质的原子或分子更倾向于自己相互键合起来，而避免与衬底原子键合（被 沉积物质与衬底之间的浸润性较差）。
大部分的薄膜的形成过程属于岛状生长模式 • 衬底晶格和沉积膜晶格不相匹配（非共格）时; • 金属在非金属衬底上生长; • 沉积温度足够高，沉积的原子具有一定的扩散能力。
材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。
简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过 程形成的二维材料。
薄膜的生长过程直接影响薄膜的结构以及它的最终性能。
纳米薄膜材料的介绍
2. 薄膜分类
（1）物态： 液态；固态 固态薄膜 (thin solid film) （2）结晶态：
有序、 长程无序。 非晶态：原子排列短程 、 在单晶基底上同质和异 质外延 单晶：外延生长 晶态多晶：在一衬底上生长 ，由许多取向相异单晶 集合体组成
纳米薄膜的制备
薄膜的生长原理
概要
• 纳米薄膜材料的介绍
• 薄膜生长的基本原理
1. 2. 3. 4. 5. 薄膜生长的基本模式（岛状，层状，复合） 岛状生长的物理过程（形核-长大） 形核机理 （自发 vs. 非自发） 形核的影响因素（衬底温度，沉积速度） 连续薄膜的形成
纳米薄膜材料的介绍
1. 薄膜材料的概念 采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材 料)的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底
薄膜生长的基本原理
Ag在NaCl晶体表面生长过程
生长模式
在 Ag 原子到达衬底表面的最初阶段， Ag 在衬底上先是形成了一些均匀、细小而且可以运动的原子团－ “岛”。这些像液珠一样的小岛不断地接受新的沉积原子，并与其他的小岛合并而逐渐长大，而岛的数目 则很快地达到饱和。在小岛合并过程进行的同时，空出来的衬底表面上又会形成新的小岛。这一小岛形成 与合并的过程不断进行，直到孤立的小岛之间相互连接成片，最后只留下一些孤立的孔洞和沟道，后者不 断被后沉积来的原子所填充。在空洞被填充的同时，形成了结构上连续的薄膜。 小岛合并的过程一般要进行到薄膜 厚度达到数十纳米的时候才结束。
其中
系统的总自由能变化 G 4 r 3G 4r 2 3
G
kT ln1 S
将上式r求微分，求出使得自由能变化取得极值的条件为： 临界形核半径 对应的形成临界核心时系统的自由能变化：
能垒
讨论：
•热激活过程提供的能量起伏将使某些原子团具备了大小的自由能涨落，从而导致了新相核心的形成。 •当 r < r*时，在热涨落过程中形成的这个新相核心将处于不稳定状态，并倾向于再次消失； •当 r > r*时，新相核心将处于可以继续稳定生长的状态，并且生长过程将使得自由能下 降；
预定课程安排
讲座序 号
1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 时间 Sept 11, 4:25pm Sept 12, 2:30pm Sept 18, 4:25pm Sept 25, 4:25pm Sept 26, 2:30pm Sept 29, 4:25pm Oct 9, 4:25pm Oct 10, 2:30pm Oct 12, 2:30pm Oct 16, 4:25pm Oct 17, 2:30pm Oct 23, 4:25pm Oct 24, 2:30pm Oct 30, 4:25pm Nov 6, 4:25pm 内容 课程介绍，纳米材料概述 专题１：碳纳米管; 专题２:自然界中的纳米材料 固体表面的物理化学 纳米薄膜的制备 （原理） 纳米薄膜的制备（蒸发，溅射，外延等具体方法） 一维纳米材料的制备 （原理，设备） 一维纳米材料的制备 （具体方法） 纳米颗粒的制备 （原理） 纳米颗粒的制备 （气相法） 纳米颗粒的制备 （液相法） 纳米颗粒的制备 （液相法） 纳米颗粒的制备 （液相法） 三维纳米材料与特殊纳米材料的制备（多孔，复合，核壳结构，等等） 刻蚀法制备纳米结构（自上而下） 纳米材料与结构的表征 补10月3号的课 补10月2号的课 备注