金属纳米多层膜力学性能研究进展
CuNiW多层膜的力学行为及其界面效应中期报告
CuNiW多层膜的力学行为及其界面效应中期报告
本研究旨在研究CuNiW多层膜的力学行为及其界面效应。
我们针对该问题开展了一系列实验和数值模拟研究，中期研究成果如下：
一、实验研究
1. 制备CuNiW多层膜样品并进行性能测试。
我们采用磁控溅射技术制备了几种不同结构的CuNiW多层膜样品，并进行了力学性能测试。
实验结果显示，CuNiW多层膜的硬度随着单层膜厚度的减小而增加，而延展性则相应减小。
同时，不同层间界面的结构对多层膜性能的影响也十分显著。
2. 建立应变率加载实验系统以测试CuNiW多层膜的动态响应。
对于CuNiW多层膜的动态响应，我们建立了一个应变率加载实验系统进行研究。
实验结果表明，CuNiW多层膜的动态力学行为受到不同应变率、不同层间界面结构等多个因素的影响。
二、数值模拟研究
1. 开展有限元模拟研究CuNiW多层膜的力学行为。
我们采用有限元方法对CuNiW多层膜的力学行为进行了研究。
模拟结果显示，CuNiW多层膜的力学行为在厚度方向存在明显的非线性，而且不同层间界面的结构对多层膜性能的影响也显著。
2. 基于分子动力学方法研究CuNiW多层膜的界面效应。
我们采用分子动力学方法对CuNiW多层膜的界面效应进行了研究。
模拟结果表明，CuNiW多层膜的不同层间界面结构对其多层膜性能和界面效应都具有重要的影响。
综合以上研究结果，我们认为CuNiW多层膜的力学行为和界面效应是相互关联的，而不同层间界面的结构则是影响多层膜性能和界面效应
的重要因素。
未来我们将进一步加强实验和数值模拟研究，以期深入阐明该问题。
TaN-TiSiN纳米多层膜微观结构与力学性能研究
TaN-TiSiN纳米多层膜微观结构与力学性能研究TaN/TiSiN纳米多层膜微观结构与力学性能研究摘要：纳米多层膜作为一种重要的功能材料，具有广泛的应用前景。
本研究通过制备TaN/TiSiN纳米多层膜，并利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）等技术对其微观结构进行表征。
同时，采用纳米压痕实验仪对其力学性能进行测试。
研究结果表明，TaN/TiSiN纳米多层膜具有致密的结构，层与层之间无明显的界面间隙。
膜中的晶粒尺寸在纳米尺度范围内，平均晶粒尺寸约为20 nm。
纳米多层膜的硬度和弹性模量分别为8 GPa和180 GPa，表明其具有良好的力学性能。
关键词：TaN/TiSiN纳米多层膜，微观结构，力学性能，扫描电子显微镜，透射电子显微镜，原子力显微镜，纳米压痕实验仪引言：纳米多层膜由于其独特的结构和性能，在光电子器件、储能器件和传感器等领域具有广泛的应用前景。
其中，金属-金属化合物多层膜由于其高硬度、高熔点和良好的化学稳定性，被广泛用于硬质涂层和防腐蚀涂层等领域。
然而，对于TaN/TiSiN纳米多层膜的微观结构和力学性能的研究还相对较少。
实验方法：首先，利用磁控溅射技术在硅基底上制备了TaN/TiSiN纳米多层膜。
然后，使用SEM、TEM和AFM对样品进行了显微结构表征。
最后，采用纳米压痕实验仪对其力学性能进行测试。
结果与讨论：SEM和TEM结果显示，TaN/TiSiN纳米多层膜具有致密的结构，层与层之间无明显的界面间隙。
AFM结果表明，膜中的晶粒尺寸在纳米尺度范围内，平均晶粒尺寸约为20 nm。
纳米压痕实验结果显示，TaN/TiSiN纳米多层膜的硬度为8 GPa，弹性模量为180 GPa，表明其具有良好的力学性能。
结论：本研究成功制备了TaN/TiSiN纳米多层膜，并对其微观结构和力学性能进行了详细研究。
结果表明，TaN/TiSiN纳米多层膜具有致密的结构和良好的力学性能，为其在硬质涂层和防腐蚀涂层等领域的应用提供了理论基础和实验依据。
纳米多孔金薄膜的力学性能
１ 纳米 多子 金膜试样的制备 Ｌ
实 验 所用 ｎ — ｕ膜 是 在 硅 晶 片 上 沉 积 Ａ — ｇ ｐＡ ｕ Ａ
合金膜 后用 脱合 金法 来制 取 的 。原 位 纳 米压 痕试 样
是在 硅 晶片上溅 射不 同厚 度 的 ３ ｔ ｕ ７ ｔ ｇ ０ａ％Ａ 一 ０ａ％Ａ 合 金膜 得 到 。Ｔ Ｍ 试 样 是 在 １０ Ｌ 厚 的 Ｓ（ ０ ） Ｅ ８ Ｌ ｍ ｉ １０ 晶 片 （ ｉ 片上 先 涂 上 １ ｍ 的非 晶 ＳＯ 和 ５ ｍ Ｓ晶 ０ｎ ｉ， ０ｎ 的 非 晶 Ｓ Ｎ ） 溅 射 同样 成 分 的 Ａ Ａ ｉ 上 ｕ ｇ合 金 膜 得
实现 。ｎ — ｕ膜 的强 度 和厚 度 可用 原 位 纳米 压 痕技 ＤＡ 术来测量 ，膜 的双轴应 力用 晶片弯 曲技 术来 测量 。
可 以认 为 ，负 载下 降是 由 于孔层 集体 崩 塌所 致 。尽 管 ｎ— ｕ的整体性 能往 往是 脆性 的 ，且 伴 随着裂 纹 ＤＡ 的延 伸 ，但 单 根纳 米线 的变形 仍然 是廷 ｌ 形 。 生变
用 Ｔ Ｍ 观 察 到 了在 纳 米 压 痕 期 问 发 生 在 ｎ － Ｅ ｐ Ａ ｕ膜 纳 米线 内 部 的位 错 运 动 。可 以看 到 ，位 错 跨 越 了纳 米线 的宽 度且 都是 直 的 ，表 明它们 并 不 承受 来 自金线 表 面 的显著 的 拉力 。一 般 而言 ，变 形 时位 错在 纳米 线 内很 容易 运 动 。位 错跨 越 了纳米 线宽 度 并 随后 向纳米 线节 点 滑移 ，有 时它 们会 与其 它纳 米
到。溅射 Ａ Ａ ｕ ｇ合 金 前 ，在 每 一 个 ｓ 晶 片 上 溅 射 ｉ
１ ｍ 厚 的 Ｔ ０ｎ ａ和 １ ｍ厚 的 Ａ 作 为 中间层 ，以增 ０ｎ ｕ 加合金膜 和基片 的连接 。溅射 后 的 Ａ Ａ 膜 用 ７ ％的 ｕｇ ０
含过渡金属氮化物的纳米多层薄膜增韧的研究进展
(1. School of Materials Science and Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China; 2. Shanghai Tool Factory Co., Ltd., Shanghai 200093, China)
第3期
周 超，等：含过渡金属氮化物的纳米多层薄膜增韧的研究进展
49
Keywords: nano-multilayer films; transition metal nitrides; toughening; super-hard
纳米多层薄膜是由两种或两种以上具有不同 成分或结构的材料在薄膜生长方向上以纳米量级 相互交替沉积而形成的多层结构薄膜[1-4]，被作为结 构材料或功能材料在机械加工、航空航天、能源等 领域具有良好的发展前景。在由两层交替沉积形成 的纳米多层薄膜中，其中一层的厚度通常要超过另 一层，前者称为“主体层”，也称“模板层”，后者 称为“调制层”。每相邻的主体层和调制层厚度之 和称为调制周期，通常用Λ表示[5]。纳米多层薄膜的 结构和性能主要取决于主体层，但调制层也能通过 自身的结构改变对纳米多层薄膜产生较大的影响[6]。 近年来纳米多层薄膜的制备方法主要集中在物理 气相沉积（physical vapor deposition, PVD）技术和化 学气相沉积（chemical vapor deposition, CVD）技术上[7]， 其研究进展主要表现在主体层和调制层组合的开 发和调制周期的改变等方面。
纳米多层膜的硬度研究进展
Ｈ≈３σ， 所以氮化物超
晶格硬度：
Ｈ≈３τ／ｍ＝３ｂＲμ１ｓｉｎθ／４πｈｍ
（ ３）
由 式 （ １） ￣（ ３） 可 知 ， 晶 体 Ａ、Ｂ 弹 性 常 数 相 差
（ Ｒ） 越大， 切应力（ σｒ） 、映像力（ Ｆ） 及硬度（ Ｈ） 也越 大， 材料就越强、越硬。因此 Ｋｏｅｈｌｅｒ 指出， Ａ 层厚
中图分类号： ＴＢ３０３ 文献标识码： Ａ 文章编号： １８１２－ １９１８（ ２００６） ０５－ ０００４－ ０５
０ 引言
自上个世纪 ７０ 年代中 期 第 一 个 微 米 级 多 层 保护膜 ＴｉＣ／ＴｉＣＮ／ＴｉＮ 出现以来［１］， 多层膜尺寸已达 纳米级。由两种不同纳米级尺寸的单层材料交替 生长而成的纳米多层膜（ 又称超晶格薄膜［２］） ， 由于 组成材料的结构、性能以及各层间复杂的界面情 况， 使其在力学、光学、电学、磁学等方面显示出独 特的性质。硬度增强现象是其奇特的性质之一， 具 有理论研究意义和实际应用价值。本文对该领域 国内外理论及实际应用的研究进展情况进行了综 述， 并展望了未来的发展方向。
２．４ 模板效应（ 假晶生长）
具有不同晶体结构的两种材料组成超晶格 时， 一种材料可当作模板， 迫使另一种材料的最初 几层原子按照自己的晶体结构生长， 可产生新 特 性的材料 并导致硬度 升高［２１］。ＴａＮ 直接 沉积在 Ｓｉ（ １００） 或 Ｓｉ（ １１１） 上 时 ， 为 稳 定 的 六 方 ε－ ＴａＮ 结 构 。 在 ＴａＮ（ ３ｎｍ） ／ＴｉＮ（２ｎｍ）［１０］超 晶 格 薄 膜 中 ， ＴａＮ 却为 Ｂ１－ ＮａＣｌ 型立方亚稳相， 这是由于 ＴａＮ 以立 方 ＴｉＮ 为 模 板 进 行 晶 格 匹 配 以 及 ＰＬＤ 具 有 非 平 衡特点导致的。形成的超晶格硬度为 ２６ＧＰａ， 比混 合 法 则 所 得 的 值 １６．６ＧＰａ 高 得 多 。Ｐａｎｋｏｖ［２２］采 用 ＰＬＤ 方法制 备调制周期 为 １￣２０ｎｍ 的 ＡｌＮ／ＴｉＮ 超 晶格时发现， 调制周期 Λ＞Λｃ 时， 出现约 ３０％的立 方型 Ｂ１－ ＡｌＮ 相， 硬度明显增加（约 ３０￣４３ＧＰａ）， 使 硬度在 Ｋｏｅｈｌｅｒ 机制不适用的情况下仍然增强。而 通 常 ＡｌＮ／ＴｉＮ 的 制 备 采 用 磁 控 溅 射 和 离 子 镀 方 法， ＡｌＮ 的结构为六方型 ω－ ＡｌＮ， 硬度约 １８￣２１ＧＰａ。 类似的情况还发生在磁控溅射制备 ＡｌＮ／ＴｉＮ［２３］以及 采用 ＰＥＣＶＤ 法制备的 ＴｉＮ／ＢＮ 多层膜中［２４］。
金属多层膜的强度及界面强化能力研究进展
FCCFCC
图 1 金属多层膜硬度与单层厚度关系
FCCBCC
大, 这一方面是因为所采用的实验方法不同 ; 另一方 面可能是材料微观结构和应力状态也存在差异 . 虽 然不同研究者报道的实验数值具有的分散性 , 但总 体上可以将金属多层膜的硬度与单层厚度关系划分 为 3 个区域. 区域 I: 多层膜的单层厚度在亚微米及 其以上尺度的区域 . 金属多层膜的硬度与单层厚度 之间符合 Hall-Petch (H-P)关系 , 即多层膜硬度与单 层厚度的平方根倒数成正比 ( H H 0 K / 1/ 2 ). 在该 区域 , 各金属多层膜体系除硬度数值大小不同以外 , 其 H-P 斜率(K)数值也不同, 表明金属多层膜的界面 与多晶材料的晶界作用相似 , 即对位错的运动均具 有阻碍作用。随着单层厚度进一步减小 , 多层膜的硬 度仍然增加, 但其逐渐偏离了根据 H-P 关系外延的强 度, 如图 1 中的区域 II 所示. 当单层厚度减小到 10 nm 以下时(区域 III), 不同多层膜体系的硬度与单层 厚度表现出了不同的变化趋势. 如 Cu/Cr 多层膜的硬 度不随单层厚度变化 , 硬度出现一个平台区 ; Cu/Nb 多层膜硬度随着单层厚度减小一直逐渐增加 ; Cu/Ni 多层膜的硬度在出现极大值以后 , 随单层厚度进一 步减小而出现下降的趋势. Cu/Au 和 Cu/Cr 多层膜的 纳米压痕实验研究结果表明 [13, 15, 16]: 当多层膜的单 层厚度较大时, 其强度 /硬度均符合 Hall-Petch 关系, 但当单层厚度小于 50 和 35 nm 时, 两种多层膜硬度 虽然仍在增加, 但增长的幅度明显小于根据 H-P 关系 外延的强度 , 这种变化趋势和文献报道的实验结果 非常相似 , 说明相同的尺度下 ( 区域 I)不同类型的多 层膜体系具有相似的强化机制. 表 1 总结了由面心立方-面心立方(FCC-FCC)和 由面心立方 -体心立方 (FCC-BCC) 两种金属组成的金 属多层膜体系的极值强度 (Hmax)及其所对应的单层厚 度范围和相应的 H-P 斜率. 从中可以看出, 大多数金
DLC_基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望
表面技术第53卷第8期DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望汤鑫1，王静静1*，李伟1，胡月1，鲁志斌2，张广安2（1.上海理工大学 材料与化学学院，上海 200093；2.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，兰州 730000）摘要：类金刚石（DLC）薄膜是一种良好的固体润滑剂，能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。
DLC 基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点，薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合，能从多个角度（如高温、硬度、润滑）进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。
综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展，以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主，对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。
介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路（形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积，诱导转移膜形成，实现非公度接触）。
随后对摩擦机理进行了分析总结：1）层与层间形成特殊过渡层，提高了结合力；2）软/硬的多层交替设计，可以抵抗应力松弛和裂纹偏转；3）高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化，形成高度有序的转移膜，从而实现非公度接触。
最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。
关键词：DLC基纳米多层膜；力学性能；摩擦学性能；摩擦机理；结构中图分类号：TH117.1；TH142.2文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)08-0052-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.08.005Research Progress and Prospects on Tribological Propertiesof DLC Based Nano-multilayer FilmsTANG Xin1, WANG Jingjing1*, LI Wei1, HU Yue1, LU Zhibin2, ZHANG Guang'an2(1. School of Materials and Chemistry, Shanghai University of Technology, Shanghai 200093, China; 2. State Key Laboratory ofSolid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)ABSTRACT: Friction and wear can cause surface damage of materials, especially metal materials, and shorten the service life of work pieces. DLC (diamond-like carbon) is an amorphous carbon film composed of mixed structures, usually formed by the mixture of sp2 carbon and sp3 carbon. With high hardness, low friction coefficient, good chemical inertness and biocompatibility, DLC is a kind of film with great potential, which has a wide range of applications in mechanical, electrical, biomedical engineering and other fields. Its super-hard, wear-resistant and self-lubricating properties meet the technical requirements of the modern manufacturing industry. It is widely used as solid lubricant for the surfaces of contact parts that rub against each other.收稿日期：2023-05-08；修订日期：2023-10-12Received：2023-05-08；Revised：2023-10-12基金项目：中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室开放课题（LSL-2205）；上海高校青年教师培养资助计划Fund：Open Project of State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (LSL-2205); Shanghai University Youth Teacher Training Assistance Program引文格式：汤鑫, 王静静, 李伟, 等. DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望[J]. 表面技术, 2024, 53(8): 52-62.TANG Xin, WANG Jingjing, LI Wei, et al. Research Progress and Prospects on Tribological Properties of DLC Based Nano-multilayer Films[J]. Surface Technology, 2024, 53(8): 52-62.*通信作者（Corresponding author）第53卷第8期汤鑫，等：DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望·53·Compared with single-layer DLC films with single component, DLC based nano-multilayer films with alternating layers of two or more components can improve the mechanical and tribological properties better, which is due to that different layers in the nano-multilayer films have different combinations of physical and chemical properties. Therefore, it can be designed from many aspects (such as high temperature, hardness, lubrication, and corrosion) to improve the mechanical properties, tribological properties and corrosion resistance of the films. Usually, the nano-multilayer films have good impact resistance and plastic deformation resistance ability, which can effectively inhibit the formation and propagation of cracks, and have a good cycle service life under high load conditions.In this paper, DLC based nano-multilayer films were systematically reviewed, including metal/DLC based nano-multilayer films, metal nitride/DLC based nano-multilayer films, metal sulfide/DLC based nano-multilayer films and other DLC based nanolayer films. Firstly, the design background and concept of DLC multilayer thin films were elaborated. The design idea of multilayer films was to form a gradient mixing interface between multilayers to achieve gradient changes in composition and properties. This multilayer structure could produce unique structural effects, which could effectively reduce various stresses generated during the friction process, and significantly improved the adhesion strength between film and substrate and the overall elastic modulus of the film, which had important significance for the structure evolution of DLC based nano-multilayer films and the interface action mechanism. Then, the friction mechanisms were summarized. The main friction mechanisms of DLC multilayer films were concluded as follows: 1) The nanocrystalline/amorphous structure was formed, which improved the binding force between the layers and reduced the shear force and friction force; 2) The soft/hard multilayer alternating design resisted stress relaxation and crack deflection; 3) Under the action of pressure, the amorphous carbon layer was induced to forma two-dimensional layered structure to achieve incommensurate contact and effectively reduce friction and wear. Finally, thefuture development of DLC-based nano-multilayer films was forecasted. To improve the tribological properties of DLC composite films under extreme, varied and complex conditions, it is necessary to carry out researches from multiple perspectives: 1) Establishing a multi-material system, which combines doping and multilayer gradient design; 2) Regulating the crystal growth rate and increasing the deposition rate and density of the films by multi-technology co-preparation;3) Establishing a more scientific model to study the friction mechanism of DLC.KEY WORDS: DLC based nano-multilayer films; mechanical properties; tribological properties; friction mechanism; structure摩擦磨损现象广泛存在于机械零件的直接接触中，如机械传动、齿轮咬合。
AlNBN纳米结构多层膜微结构及力学性能
571 6
794 ) 900
271 0
790 ) 831
261 0
240
012504 013615 012553 013111
01 6660 )
01 4228 01 4979
对 AlN 和 BN 层 厚分 别 为 410 和 0132 nm 的 AlNPBN纳米结构多层膜的 HRTEM 分析表明, 多层 膜呈柱状晶, 图 2( a) 是经快速傅里叶变换( FFT ) 后 的形貌图. 从图 2( a) 可以看出, BN 以 AlN 为模板产 生了同结构 的共格外延 生长, 形成了纤 锌矿 w- BN 晶体结构, 此时的 BN 的晶 格常数与 AlN 的晶格常 数一样, 在其界面上没有形成位错. 薄膜的选区电子 衍射( SAED) 花样( 图 2( b) ) 是以电子束沿 Si[ 110] 晶 向拍摄的, 显示了一系列典型的纤锌矿结构, 具有很 强的( 0002) w-AlN M( 002) Si 结构的 AlN 布拉格反射. 多
图 2 AlN( 410 nm)PBN ( 01 32 nm) 多层膜显微形貌及电子衍 射花样 ( a) 截面 HRTEM 图像, ( b) SAED 花样
图 3 AlN 和 BN 的层厚分别为 51 45 和 01 55 nm 的 A lNPBN 多层膜的 HRTEM 图像
( 101) 和( 110) 环. 为了了解 AlN 层和 BN 层的界面情 况, 在高倍率下对该试样进行了观察( 图 5) , 表明部 分 BN 层转变为非晶, 部分 BN 层 尽管没有变成非 晶, 但在界面上晶格条纹发生了扭曲. 如在图 5 的区
到目前为止, 人们在多层膜的非平衡生长及性 能研究中, 主要研 究了调 制层 之间 的错配 度较 小 的纳米多 层膜的 情况, 本 文研 究了 错配度 较大 的 AlNPBN 纳米 多层 膜的 微结 构和 力学 性能 .
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（ ． Ｄ ｐ ｒ ｅ ｔ ｆ ｑ ｉｍ ｎ Ｒ ｍ ｎ ｆｅ ｒ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ Ａ ａ ｅ ｙ ｆ ｒ ｏｅ ｏｃ ｓ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｂ ｉｎ ０ ０ ２ Ｃ ｉａ １ ｅ ａｔ ｎ ｕ ｅ ｔ ｅ ａ ｕａｔ ｅ ｎ ｉ ｅ ｎ ， ｃｄ ｍ ｍ ｒｄ Ｆ ｒｅ ｇ ｅ ｎ ， ｅ ｉｇ１０ ７ ， ｈ ） ｍ ｏＥ ｐ ｕ ｎ ｉ ｏＡ Ｅ ｎ ｉ ｊ ｎ （ ．Ｌ ｂ ｒｔ ｙｏ ｄ ａ ｃ ｄＭａ ｒ ｌ， ｅ ａｔ ｅ ｔ ｆ ｔ ｉ ｓＳ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉ ｅ ｎ ， ｓ ｇ Ｈ ｎｖ ｒ ｔ ， ２ ａ ｏ ｏ ｆ ｖ ｎ ｅ ｔ ａ Ｄ ｐ ｒ ｎ ｏ Ｍａ ｒ ｌ ｃ ｎ ｅａ ｄ Ｅ ｇ ｅ ｒ ｇ Ｔ ｉ ｈ ａＵ ｉｅ ｉ ａｒ Ａ ｅ ｓ ｉ ｍ ｅａ ｅ ｎ ｉ ｎ ｓｙ Ｂ ｉｎ ００４ ｈ ａ ｅ ｉ １０ ８ ，Ｃ ｉ ） ｊｇ ｎ Ａｂ ｔ ｃ ：Ｔ ｅｔ ｄ ｎ ｙｏ ｅ ｌｃ ｏ ａ ｍａ ｒ ｌ ａ ｄｄ ｖｃ ｓ ｏｂ ｉｇ ｎａｕｅ ｉ ｅ ｒｔ ｎ ｍｉａ ｄｍａ ｅ ｅ ｓ ｒ ｔ ｈ ｎ ｅ ｃ ｆ ｗ ｆｎ ｔ ｎ ｌ ｔ ｉ ｓ ｎ ｅ ｉｅ ｔ ｅ ｉ ｒ ， ｎ ｇａ ｄａ ｄｌ ｎ ｔ ｋ ｓ ｈ ａ ｅ ｎ ｌ ｉ ｅａ ｎ ｍｉ ｔ ｔ ｅ ａ ｅ ｔ
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关 键 词 ：纳米多层 膜 ；界面结构 ；力 学性能 ；塑性变形 ；纳米压痕
中 图分 类 号 ：Ｔ ３ Ｂｌ
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１７ ３ ６ （ ０ １ １ ６ ４— ９ ２ ２ １ 】０—０ ０ ０ １—１ ３
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第３ ０卷
第１ ０期
中 国 材 料 进 展
ＭＡＴ ＥＲＩ ＡＬＳ ＣＨＩ ＮＡ
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ １ １３ ．０
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２１ ０ １年 １ ０月
金 属 纳 米 多 层 膜 力 学 性 能研 究 进 展
朱备再制造 工程系 ，北京 １０ ７ ） ０ ０ ２ （２ ．清 华大学材料科 学与工程 系 先 进材料教 育部重点实验 室 ，北京 １０ ８ ） ００４
摘 要 ：新 型功能材料及器件 向小型化 ，集成化 和复合化发展 的趋势 ，使得尺寸在纳米 尺度的层状材料 和柔性 多层器件在使
用过程 中的服役行为成 为其 发展的关键科学 问题 。本文结合作 者近 几年对 Ａ ／ 系列和 Ｃ ／ 系列 多层膜 力学性 能 的研究 工 ｇＭ ｕＭ 作 ，对金 属纳米多层膜 的微 结构特征及其对力 学性能的影响进 予 了 回顾和总结 ，主要 包括多 层膜 的晶粒形貌 对其强 化机制 和 了 塑性变形行 为的影响 ，组元 强度错配对多层膜硬 化行为的影响 ，界面结构与其 强度极 值的关 系 、不对 称界面 结构引起 的异 常 弹性模量 增强和多层膜 的室 温蠕变机制及界 面结 构埘蠕变性能 的影 响等几个方 面 ，并 对多层膜 的力学性 能研究进行 了展望