最新纳米薄膜材料的制备教案资料
制备高质量的纳米薄膜的实验方法分享
制备高质量的纳米薄膜的实验方法分享引言：纳米薄膜制备是一项重要的研究领域，应用于电子器件、光学涂层、传感器等众多领域。
高质量的纳米薄膜能够提高器件性能，因此研究人员一直在寻找有效的实验方法来制备高质量的纳米薄膜。
本文将分享一种常用的纳米薄膜制备方法。
实验方法：步骤1：薄膜材料的选择首先，需要选择合适的薄膜材料用于制备纳米薄膜。
常用的薄膜材料包括金属、半导体、氧化物等。
步骤2：基底的选择接下来，需要选择适合的基底用于支持纳米薄膜。
常用的基底材料包括硅、玻璃、聚合物等。
基底的选择应考虑纳米薄膜的成长方向和与薄膜材料的相互作用。
步骤3：制备样品表面的处理在制备纳米薄膜之前，需要对基底进行一系列的处理步骤，以确保样品表面的清洁和平整。
这些处理步骤可以包括超声清洗、化学处理以及机械抛光等。
步骤4：制备纳米薄膜的方法接下来，我们需要选择一种适合的方法来制备纳米薄膜。
常用的方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和溶液法等。
这里我们以物理气相沉积（PVD）为例进行说明。
物理气相沉积（PVD）是一种高温高真空下的薄膜制备方法。
其基本步骤包括：1. 准备目标材料：将目标材料制成方便加工的形状，如片状或颗粒状，以便在实验过程中使用。
2. 清洁真空腔体：确保真空腔体内的洁净度，以避免杂质对制备的纳米薄膜产生影响。
3. 加热目标材料：将目标材料加热至高温，使其蒸发或挥发。
4. 沉积纳米薄膜：目标材料蒸发或挥发后，沉积在基底表面形成纳米薄膜。
可以通过控制沉积时间、温度和气压来调节纳米薄膜的厚度和质量。
步骤5：纳米薄膜的性能表征和优化在制备纳米薄膜后，需要对其进行性能测试和优化。
常见的表征方法包括扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等。
根据测试结果，可以针对性地优化制备方法，以提高纳米薄膜的质量和性能。
结果和讨论：本文分享了一种常用的纳米薄膜制备方法——物理气相沉积（PVD）。
物理气相沉积是一种高温高真空下的薄膜制备方法，通过将目标材料加热至高温，使其蒸发或挥发后在基底表面形成纳米薄膜。
纳米膜的制备方法PPT演示文稿
• 真空蒸发沉积的过程：
• 1. 蒸发源物质由凝聚相转变为气相； • 2.在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输
运；
• 3. 蒸发粒子到到基片后凝结、成核、
长大、成膜
11
• 采用真空沉积镀膜技术，在玻璃
表面形成纳米级微孔结构的二氧化钛 光催化薄膜，在阳光的作用下，产生 电子空穴对，以其特有的强氧化能力， 将玻璃表面的几乎所有的有机物完全 氧化并降解为相应的无害无机物，在 雨水冲刷下便可自洁，从而对环境不 会产生二次污染，同时使玻璃表面具 有超亲水性，从而使玻璃表面具有自 洁、防雾和不易被再被污染的功能。
纳米薄膜材料的制备
• 1.模板法 • 2.分子束外延法 • 3.真空蒸发法 • 4.化学气相沉积法 • 5.其他方法
1
1.模板法合成纳米薄膜 • 纳米颗粒的形成一般可分为两个阶
段：
• 第一是晶核的生成。 • 第二是晶核的长大。
2
• 要制备粒径均匀，结构相同的
纳米颗粒，相当于让烧杯中天文数 字的原子同时形成大小一样的晶核， 并且同时长大到相同的尺寸。因此 为了得到尺寸可控，无团聚的纳米 颗粒，必须找到有效的“窍门”， 来干预化学反应的过程。
3
4
5
2.分子束外延法
• 分子束外延（MBE）技术主要是一种
可以在原子尺度上精确控制外延厚度、 掺杂和界面平整度的超薄层薄膜制备 技术。
• 所谓“外延”就是在一定的单晶体材
料衬底上，沿着衬底的某个指数晶面 向外延伸生长一层单晶薄膜。
6
• 分子束外延是在超高真空条件下，
精确控制原材料的分子束强度，把 分子束射入被加热的底片上而进行 外延生长的。由于其蒸发源、监控 系统和分析系统的高性能和真空环 境的改善，能够得到极高质量的薄 膜单晶体。
纳米材料薄膜制备及薄膜光学特性研究实验授课教案
授课题目（教学章节或主题）
用溶胶—凝胶法制备纳米材料薄膜
及薄膜光学特性研究
授课类型
实验课
授课时间
星期二上午、星期三下午
教学目标或要求
一、教学目标
1.让学生了解纳米技术的相关知识及其应用；
2、使学生学会用溶胶—凝胶法制备纳米材料薄膜的方法；
3、使学生学会使用纳米材料的表征技术；
4、让学生学会对纳米薄膜进行光学特性研究。
1.溶胶凝胶法制备纳米薄膜时，受到哪些因素的影响，如何去控制使其达到一个最佳的效果。
七、参考资料
1王世敏,许祖勋等编著.纳米材料制备技术[M].北京:化学工业出版社,2002
2黄惠忠编著纳米材料分析[M]北京:化学工业出版社,2003
3张立德牟季美著纳米材料和纳米结构北京：科学出版社，2001
4蒋剑莉等纳米ZnO的量子限域效应和激光散射特性研究[J]物理实验，2004，24（2）：20～22
2）有序、正确地进行测量操作，注意观察测量过程、保存重要测量界面、记录实验数据。
6.检查学生实验数据、实验仪器的规整情况和签到情况；检查结束实验完毕。
四、重点与难点
1.重点：溶胶凝胶法制备纳米薄膜的制备过程，及其表征技术；
2.难点：制备过程中影响因素的控制。
五、教学手段与方法
学生操作，教师指导。
六、思考题、讨论题与作业
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二、教学要求
1、学会用溶胶—凝胶法制备纳米材料薄膜的方法；
2、学会使用纳米材料的表征技术；
3、对纳米薄膜进行光学特性研究。
三、教学内容（包括基本内容、重点与难点）
1.检查学生的实验预习报告；
2.学生进入实验室后先让其对照仪器，了解实验仪器的使用方法，确定实验调节步骤，分析预测实验过程中可能遇到的问题；
溶胶凝胶法制备纳米薄膜材料
实验名称：溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜材料纳米TiO2具有许多特殊功能,如良好的抗紫外线性能、耐化学腐蚀性能和耐热性、白度好、可见光透射性好以及化学活性高等。
TiO2纳米材料还具有净化空气、杀菌、除臭、超亲水性等功能,已广泛应用于抗菌陶瓷,空气净化器、不用擦拭的汽车后视镜等领域,20世纪80年代末纳米发展起来成为主要的纳米材料之一。
研究表明,紫外线过量照射人体,会使人的记忆力减退、反应迟钝、视力下降、易失眠等影响。
在玻璃上负载TiO2膜可以有效地吸收紫线。
本次实验利用溶胶凝胶法制备TiO2纳米薄膜材料，在一定程度上是对TiO2在实际生活中应用的尝试。
一．实验目的1.了解溶胶-凝胶法制备纳米薄膜材料的应用。
2.掌握溶胶-凝胶法制备纳米薄膜材料的原理以及实际应用。
3.掌握XRD颜射原理以及实际操作技能。
4.掌握根据X-射线衍射图分析晶体的基本方法。
5.二．实验原理溶胶．凝胶法（Ｓ０１．Ｇｅｌ法，简称S.G法）就是以无机物或金属醇盐作前驱体，在液相将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。
凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。
溶胶．凝胶法就是将含高化学活性组分的化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体。
其基本反应如下：(l）水解反应：M(OR)n + H2O → M (OH) x (OR) n－x + xROH(2) 聚合反应：－M－OH + HO－M－→ －M－O－M－+H2O－M－OR + HO－M－→ －M－O－M－+ROH三．实验器材：实验仪器：移液管（10ml）1只量筒（50ml）1只吸量管（5ml）2只小烧杯（100ml ) 2只载玻片若干滴管2只恒温磁力搅拌器1台恒温干燥箱1台原子吸光光度计1台X-射线衍射仪1台马弗炉1台实验原料：三乙醇胺（AR)乙醇（AR）钛酸丁酯（AR）四．实验过程1.取载玻片若干片（一般4-5）片，先用丙酮清洗，再用去离子水清洗，放在烘箱中烘干编号备用。
4.2 纳米薄膜材料的制备技术
——基片的选择
选择合适的基片与采取隔离层(buffer layer)技术是获得高 品质薄膜的关键。对外延薄膜要求： ①所用基片尽可能是单晶的 ②其晶格常数与所沉积的薄膜要匹配 ③为了避免从高温到低温变化时应力作用使薄膜产生裂纹，基 片与沉积的薄膜材料热膨胀系数要接近 ④介电常数、介质损耗、电阻率、微波损耗等电磁参数要符合 应用要求 ⑤要有足够的机械强度和化学稳定性 ⑥要能够生长出足够尺寸的单晶体
（（55））可可任任意意改改变变外外延延层层的的组组分分，，能能在在复复杂杂结结构构材材料料中中 得得出出清清晰晰的的组组分分和和浓浓度度分分布布。。
The fabrication of GaAS/AlAs superlattice by MBE
Laser Molecular Beam Epitaxy——L-MBE Schematic diagram of LMBE
LLBB技技术术
（（LLaannggmmuuiirr--BBllooddggeetttt））
Prof. Langmuir
Prof. Blodgett
LLBB 膜膜的的发发展展历历史史
¾¾单单分分子子膜膜的的研研究究开开始始于于1188世世纪纪，，BB..FFrraannkklliinn将将一一匙匙油油滴滴在在半半英英 亩亩的的池池塘塘水水面面上上铺铺展展开开。。
5.LB薄膜技术
（（11））分分子子组组装装技技术术 在在平平衡衡条条件件下下，，通通过过化化学学键键或或非非化化学学键键相相互互作作用用，，将将具具有有一一定定 功功能能的的分分子子（（包包括括生生物物分分子子））在在分分子子尺尺度度范范围围内内，，通通过过物物理理或或 化化学学的的方方法法聚聚集集成成稳稳定定的的有有序序体体系系。。包包括括：：LLBB技技术术及及自自组组装装 SSAA((sseellff--aasssseemmbbllyy))技技术术。。
纳米薄膜的制备方法-2022年学习资料
真空溅射室及氮气等离子体辉光放-电图-RF-500型蟛泉电流无型器
磁控溅射装置示意图-衬底-真空室-辉光放电区-靶--V DC-闸板阀-旁抽阀->≤-V2-V6-混气室-分 泵-电磁阀-MFC1☐MFC2-机械泵
3化学气相沉积法-CVD利用含有薄膜元素-的一种或几种气相化合物或单质在基底表面上-进行化学反应生成薄膜的 法-特点：CVD技术可以通过精确控制反应温度-和反应时间来控制晶粒的大小，从而获得纳米-复合薄膜材料。
Metal salts-NaBH4-Step 1-Step 2-■1.將Ag salts加入之前製備好之高 子稀溶液中，-生成银離子。-2.再加入NaBH4於上述溶液中，生成金屬銀。
c-0.5μ m纳米薄膜的制备方法
a-b-PS-Ag-200nm-50 nm-Fig.8.Cryo-TEM images for PS-PE MA-Ag moie particles aand an exampefor oe silver cmpo ite particle b-Rps:75nm-RAg<5nm
磁控溅射靶表面的磁场和电子运动-的轨迹-磁极-刻蚀区-磁力线-跳跃的电子-阴极
JGP450型多靶磁控溅射仪（控制-箱-177Y1001-00001000000001000-中国并学院沈 韩学收悬研制中心有限公司©-。中国科学院沈阳科学仪餐研制中心有限公司-■细国■-■52-0aa■-:m?-发的新电行-24a7-●-.a
Photo-Functional-Initiator-macromonomer-PS-UV-Photo i itiator:-HMIM:2-[p-2-Hydorxy-2-methyl--propiphenone]e hylene--1.合成聚苯乙烯核。-glycol-2.於核外面覆蓋一層光起始劑-HMEM。-3.用UV光 射溶液中的粒子，開始行光乳化聚合。
纳米ZnO薄膜的制备
纳米ZnO薄膜的制备
一、ZnO前驱体的制备
1、实验仪器：25 mL三口烧瓶一个、150 ℃量程的温度计一支、24口冷凝管一根、油浴锅一个、磁力搅拌器、陶瓷加热台；
2、实验试剂：甲基硅油、二水乙酸锌（Zn ( CH3COO ) 2 ·2H2O）、乙醇胺、乙二醇甲醚；
3、实验步骤：
①称量二水乙酸锌1.0975 g
乙醇胺0.3 mL 0.5 mol/L ZnO前驱体
乙二醇甲醚10 mL
在三口烧瓶中将称量好的二水乙酸锌溶解于乙二醇甲醚中，再加入与二水合乙酸锌等摩尔的乙醇胺作为稳定剂；
②冷凝管里从下往上通以冷却水，把烧瓶置于盛有甲基硅油的油浴锅中，在80 ℃下回流2小时；
将烧瓶空冷至室温之后，再在磁力搅拌机上搅拌12小时，再用有机系滤头过滤，得到的就是ZnO前驱体。
二、ZnO薄膜的制备
①将玻璃片清洗干净（丙酮15min、碱液20 min、去离子水10min、异丙醇15min），置于旋涂机上；把陶瓷加热台置于通风橱中，并预先升至200 ℃；
②将过滤好的（可以在要用的时候才过滤，因为比较稳定）ZnO前驱体溶液滴满玻片表面，在转速为3000 r下旋转40 s；
③直接将旋涂好的玻片置于加热台上（可以用锡箔纸包覆，以免污染薄膜表面），反应1小时；此时薄膜应为淡紫色;
④将玻片置于齿状架上，先后放入丙酮、异丙醇中超声约5-7 min，测得薄膜粗糙度大约为2-3 nm。
药物制剂的纳米薄膜制备与应用
药物制剂的纳米薄膜制备与应用随着纳米科技的迅速发展，纳米薄膜在药物制剂领域的应用逐渐引起了人们的关注。
纳米薄膜具有独特的物理和化学性质，能够改善药物的溶解度、稳定性和生物利用度，有望成为新一代药物制剂的重要载体。
本文将从纳米薄膜的制备方法及其应用方面进行论述，旨在探讨纳米薄膜对药物制剂的影响。
1. 纳米薄膜的制备方法1.1 物理方法1.1.1 蒸发法蒸发法是最早被采用制备纳米薄膜的方法之一。
通过将药物溶液置于真空下加热蒸发，使药物分子在基底表面沉积形成薄膜。
这种方法制备的纳米薄膜具有良好的结晶性和纯度，适用于药物制剂的长期稳定性要求较高的情况。
1.1.2 磁控溅射法磁控溅射法利用高能粒子轰击靶材产生原子和离子的效应，将离子或原子沉积到基底表面，形成纳米薄膜。
这种方法可以制备出较为均匀的薄膜，适用于药物制剂需要在特定条件下释放的情况。
1.2 化学方法1.2.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是通过溶胶在溶剂中形成凝胶前后的物理或化学变化来制备薄膜。
药物可以以溶胶的形式加入制备纳米薄膜的溶液中，通过凝胶的过程将药物固定在纳米薄膜中。
这种方法具有制备成本低、可扩展性强的优点，适用于制备大面积的纳米薄膜。
1.2.2 自组装法自组装法是一种通过表面活性剂或分子间相互作用自动组装形成纳米薄膜的方法。
药物分子可以利用自身的疏水性或亲水性与其他分子相互作用，形成稳定的纳米薄膜结构。
这种方法具有制备过程简单、成本低的优点，在药物制剂领域有着广泛的应用前景。
2. 纳米薄膜在药物制剂中的应用2.1 药物传输控制纳米薄膜具有较高的表面积和特殊的孔隙结构，可以调控药物的释放速率和途径。
通过控制纳米薄膜的结构和厚度，可以实现药物的缓释、靶向输送等功能。
例如，将纳米薄膜包覆在药物微粒表面，可以延长药物的释放时间，提高药物的生物利用度。
2.2 药物稳定性改善纳米薄膜能够有效地保护药物分子免受环境的影响，改善药物的稳定性。
通过包覆或嵌入药物分子，纳米薄膜可以降低药物的氧化、光敏等反应，增加药物的储存寿命和稳定性。
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优缺点：
溶胶－凝胶法可在低温下制备纯度高、粒径分布 均匀、化学活性高的单、多组份混合物,并可制备传统方 法不能或难以制备的产物。
溶胶－凝胶法制备的材料具有多孔状结构，表面 积大，有利于在气敏、湿敏及催化方面的应用，可能会使 气敏、湿敏特性和催化效率大大提高。这种方法得到的粉 体均匀分布、分散性好、纯度高，且锻烧温度低、反应易 控制、副反应少、工艺操作简单。
但一般来说，这种方法所用原料成本较高，所制 的膜致密性较差，易收缩，开裂，适用范围不够来自泛。7分子束外延法
1. 分子束外延法原理 2. 分子束外延法是一种在晶体基片上
生长高质量的晶体薄膜的新技术。在 超高真空条件下，由装有各种所需组 分的炉子加热而产生的蒸汽，经小孔 准直后形成的分子束或原子束，直接 喷射到适当温度的单晶基片上，同时 控制分子束对衬底扫描，就可使分子 或原子按晶体排列一层层地生长在基 片上形成薄膜。
纳米薄膜材料的制备
概述：
纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极 大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已 日趋成熟。纳米技术对21世纪的信息技术、医学、环境、 自动化技术及能源科学的发展有重要影响,对生产力的发 展有重要作用。
2
按原理可分为：
化学方法
1.化学气相沉积(CVD)； 2.溶胶-凝胶(Sol-Gel)法；
而提高了日常维持的费用。目前，用这种技术已能制备薄
到几十个原子层的单晶薄膜，以及交替生长不同组分、不
同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子阱微结构材料。
9
磁控溅射法
1. 磁控溅射原理 2. 指电子在电场的作用下，在飞向基
片过程中与氩原子发生碰撞，使其电 离产生出氩离子和新的电子；新电子 飞向基片，氩离子在电场作用下加速 飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面， 使靶材料发生溅射。在溅射粒子中， 中性的靶原子或分子沉积在基片上形 成薄膜，而产生的二次电子会受到电 场和磁场作用，产生E×B所指的方 向漂移，简称E×B漂移，其运动轨 迹近似于一条摆线。
4
优缺点：
化学气相沉积法该法制备的纳米微粒颗粒均匀，
纯度高，粒度小，分散性好，化学反应活性高，工艺可控
和连续，可对整个基体进行沉积等优点。
此外，化学气相沉积法因其制备工艺简单，设备
投入少，操作方便，适于大规模生产而显示出它的工业应
用前景。因此，化学气相沉积法成为实现可控合成技术的
一种有效途径。
化学气相沉积法缺点是衬底温度高。随着其它相
3.电沉积法等。
物理方法
1.分子束外延法； 2.磁控溅射法等。
化学气相沉积法
1. 化学气相沉积法的原理 2. 化学气相沉积是迄今为止气相法制
备纳米材料应用最为广泛的方法，该 方法是在一个加热的衬底上，通过一 种或几种气态元素或化合物产生的化 学元素反应形成纳米材料的过程。它 利用挥发性的金属化合物的蒸发，通 过化学反应生成所需化合物在保护气 体环境下快速冷凝，从而制备各类物 质的纳米微粒。
8
优缺点：
分子束外延法的优点是：生长温度底，能把诸如
扩散这类不希望出现的热激活过程减少到最低；生长速率
慢，外延层厚度可以精确控制，生长表面或界面可以达到
原子级光滑度，因而可以制备极薄的薄膜；超高真空下生
长，与溅射方法相比更容易进行单晶薄膜生长，并为在确
定条件下进行表面研究和外延生长机理的研究创造了条件
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优缺点：
磁控溅射法具有设备简单，成膜速率高，基片温 度低，膜的粘附性好，镀膜层与基材的结合力强、镀膜层 致密、均匀，可实现大面积镀膜等优点。
目前，磁控溅射是应用最广泛的一种溅射沉积方 法，但是磁控溅射技术在一些工程的应用方面和新出现的 技术问题仍需进一步研究。
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氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。
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溶胶－凝胶法
1. 溶胶－凝胶法原理 2. 溶胶－凝胶法是用易水解的金属化
合物(无机盐或金属盐)在某种溶剂中 形成均质溶液，溶质发生水解反应生 成纳米级的粒子并形成溶胶，溶胶经 蒸发干燥转变为凝胶(该法为低温反 应过程，允许掺杂大剂量的无机物和 有机物)，再经干燥、烧结等后处理 得到所需的材料，其基本反应有水解 反应和聚合反应。
关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机
化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学
气相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气
相沉积等技术。
化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多
的一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备
。用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、
；生长的薄膜能保持原来靶材的化学计量比；可以把分析
测试设备，如反射式高能电子衍射仪、四极质谱仪等与生
长系统相结合以实现薄膜生长的原位监测。
缺点有衬底选择、掺杂技术以及其他辅助技术要
求较高，激光器效率低，电能消耗较大，投资较大；由于
分子束外延设备昂贵而且真空度要求很高，所以要获得超
高真空以及避免蒸发器中的杂质污染需要大量的液氮，因