ZrO 2 和ZrN x 薄膜的结构、形貌与润湿性研究
发布时间：2021-10-28 17:57
在各种应用领域里都需要能够承受恶劣条件的疏水材料,金属陶瓷薄膜由于本身具有的高硬度,高韧性和高熔点等特性,是非常理想的疏水材料。在金属陶瓷中,电负性较低的阳离子具有较低的路易斯酸度,从而导致其与水氧阴离子形成配位键的能力低,使其氧化物和氮化物薄膜具备较好的疏水性。锆的氧化物及氮化物薄膜由于其优良的特性被广泛应用在各行业中。在过渡族金属中,锆具有较低的电负性,因此氧化锆及氮化锆薄膜在疏水领域中具有较大的应用前景。此外,疏水薄膜的性能也与其表面的粗糙度有关,而许多研究已表明薄膜的表面形貌与制备工艺的参数有着非常密切的关系,但是因为它们之间的关系较为复杂,因此我们要想得到性能最优的薄膜结构就需要系统地研究它们之间的关系。到目前为止,制备氧化锆、氮化锆薄膜的方法有很多,例如脉冲激光沉积、离子束溅射沉积、磁控溅射、原子层沉积、化学气相沉积等。在磁控溅射中,有必要对溅射功率、沉积温度、溅射压强和衬底偏压等工艺参数进行系统的研究,以明确薄膜形貌与润湿性之间的关系。在本论文中,我们以在硅衬底上沉积氧化锆和氮化锆薄膜为研究对象,以射频磁控溅射技术为研究方法,研究了溅射功率、沉积温度、溅射压强、气体流量比...
【文章来源】：长春大学吉林省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Young’s方程模型图
3Wenzel认为液体将浸入到凹槽内而不是停留在表面，图1-2为Wenzel模型的示意图。材料表面的表观接触角和本征接触角之间的关系可以表示为：*cos/cos*rrLVSLSVW（1.2）在公式（1.2）中θw*代表材料的表观接触角，r是粗糙度因子，即材料表面真实的固液接触面积与表观几何投影面积的比值，θ*代表材料的本征接触角。由于粗糙度因子都是大于1的（r>1），并且通过余弦曲线可得出结论：表面粗糙度的存在使得本征疏水的表面更加疏水，同理使本征亲水的表面更加亲水。通过Wenzel模型可以合理解释液体在非光滑的表面上所受粗糙度的影响，并且也证明了随着粗糙度的增加，接触角和接触角滞后也随之增加。图1-2Wenzel模型示意图随着对疏水表面的更深入探索，研究者们发现增加一些亲水材料表面粗糙度，仍然能够使其获得超疏水性能。然而这一现象并不能够用Young’s模型和Wenzel模型合理解释。图1-3Cassie模型示意图1944年，Cassie和Baxter[22]对Wenzel模型又作出了进一步的改善，并提出了Cassie模型以及固体表面存在复合接触的观点。Cassie和Baxter两人认为在固体表面上存在着非常小的凸起，并且其微观尺寸要远远小于表面上液滴的尺寸。在液
3Wenzel认为液体将浸入到凹槽内而不是停留在表面，图1-2为Wenzel模型的示意图。材料表面的表观接触角和本征接触角之间的关系可以表示为：*cos/cos*rrLVSLSVW（1.2）在公式（1.2）中θw*代表材料的表观接触角，r是粗糙度因子，即材料表面真实的固液接触面积与表观几何投影面积的比值，θ*代表材料的本征接触角。由于粗糙度因子都是大于1的（r>1），并且通过余弦曲线可得出结论：表面粗糙度的存在使得本征疏水的表面更加疏水，同理使本征亲水的表面更加亲水。通过Wenzel模型可以合理解释液体在非光滑的表面上所受粗糙度的影响，并且也证明了随着粗糙度的增加，接触角和接触角滞后也随之增加。图1-2Wenzel模型示意图随着对疏水表面的更深入探索，研究者们发现增加一些亲水材料表面粗糙度，仍然能够使其获得超疏水性能。然而这一现象并不能够用Young’s模型和Wenzel模型合理解释。图1-3Cassie模型示意图1944年，Cassie和Baxter[22]对Wenzel模型又作出了进一步的改善，并提出了Cassie模型以及固体表面存在复合接触的观点。Cassie和Baxter两人认为在固体表面上存在着非常小的凸起，并且其微观尺寸要远远小于表面上液滴的尺寸。在液
【参考文献】：
期刊论文
[1]银靶电流及溅射偏压对溅射沉积Cu/Ag薄膜导电性能的影响研究[J]. 张丽俊,田武,常勇强,任伟宁,张长军,鲍明东. 真空科学与技术学报. 2019(12)
[2]磁控溅射反应法制备TiN纳米薄膜[J]. 王槐乾,姜宏伟. 真空. 2019(04)
[3]基体偏压对磁控溅射制备CrAlN薄膜摩擦学性能的影响[J]. 王建伟,薛玉君,蔡海潮,杜三明. 工具技术. 2019(06)
[4]材料科学中的自然辩证法:二元协同材料（英文）[J]. 刘明杰,江雷. Science China Materials. 2016(04)
[5]耐磨透明超疏水薄膜的制备及工艺研究[J]. 王薇,周忠华,脱永峰,黄悦. 厦门大学学报(自然科学版). 2014(05)
[6]超疏水棉织物的简易制备技术[J]. 郑振荣,吴涛林. 纺织学报. 2013(09)
[7]溅射气压对Ge/Si纳米点表面形貌的影响[J]. 叶小松,王茺,关中杰,靳映霞,李亮,杨宇. 功能材料. 2012(10)
[8]沉积温度对氧化锆薄膜显微结构的影响[J]. 康文博,罗发,周万城,朱冬梅,黄智斌. 热加工工艺. 2012(04)
[9]溅射气压对ZnO薄膜的影响[J]. 孙海燕,耿广州,黄家寅,单福凯,LEE Won-jae. 青岛大学学报(自然科学版). 2011(01)
[10]溅射气压对磁控溅射TiN薄膜光学性能的影响[J]. 付淑英. 热处理技术与装备. 2010(03)
博士论文
[1]超疏水功能界面的制备及应用[D]. 王会杰.中国科学技术大学 2015
硕士论文
[1]自清洁涂层制备工艺的研究与应用[D]. 蔡东宝.西安建筑科技大学 2018
[2]镁锂合金表面CrN薄膜的制备与研究[D]. 曹得莉.牡丹江师范学院 2011
[3]纳米结构TiO2薄膜的制备及其超亲水自清洁特性研究[D]. 王军军.西北师范大学 2011
[4]棉织物超疏水表面的仿生制备与表征[D]. 段薇.安徽大学 2011
[5]超疏水表面的制备及其对不同表面张力液体选择性分离的研究[D]. 王苏浩.上海交通大学 2010
[6]装饰薄膜氮化锆的中频反应磁控溅射沉积工艺的研究[D]. 李新领.河北农业大学 2005
本文编号：3463122
【文章来源】：长春大学吉林省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Young’s方程模型图
3Wenzel认为液体将浸入到凹槽内而不是停留在表面，图1-2为Wenzel模型的示意图。材料表面的表观接触角和本征接触角之间的关系可以表示为：*cos/cos*rrLVSLSVW（1.2）在公式（1.2）中θw*代表材料的表观接触角，r是粗糙度因子，即材料表面真实的固液接触面积与表观几何投影面积的比值，θ*代表材料的本征接触角。由于粗糙度因子都是大于1的（r>1），并且通过余弦曲线可得出结论：表面粗糙度的存在使得本征疏水的表面更加疏水，同理使本征亲水的表面更加亲水。通过Wenzel模型可以合理解释液体在非光滑的表面上所受粗糙度的影响，并且也证明了随着粗糙度的增加，接触角和接触角滞后也随之增加。图1-2Wenzel模型示意图随着对疏水表面的更深入探索，研究者们发现增加一些亲水材料表面粗糙度，仍然能够使其获得超疏水性能。然而这一现象并不能够用Young’s模型和Wenzel模型合理解释。图1-3Cassie模型示意图1944年，Cassie和Baxter[22]对Wenzel模型又作出了进一步的改善，并提出了Cassie模型以及固体表面存在复合接触的观点。Cassie和Baxter两人认为在固体表面上存在着非常小的凸起，并且其微观尺寸要远远小于表面上液滴的尺寸。在液
3Wenzel认为液体将浸入到凹槽内而不是停留在表面，图1-2为Wenzel模型的示意图。材料表面的表观接触角和本征接触角之间的关系可以表示为：*cos/cos*rrLVSLSVW（1.2）在公式（1.2）中θw*代表材料的表观接触角，r是粗糙度因子，即材料表面真实的固液接触面积与表观几何投影面积的比值，θ*代表材料的本征接触角。由于粗糙度因子都是大于1的（r>1），并且通过余弦曲线可得出结论：表面粗糙度的存在使得本征疏水的表面更加疏水，同理使本征亲水的表面更加亲水。通过Wenzel模型可以合理解释液体在非光滑的表面上所受粗糙度的影响，并且也证明了随着粗糙度的增加，接触角和接触角滞后也随之增加。图1-2Wenzel模型示意图随着对疏水表面的更深入探索，研究者们发现增加一些亲水材料表面粗糙度，仍然能够使其获得超疏水性能。然而这一现象并不能够用Young’s模型和Wenzel模型合理解释。图1-3Cassie模型示意图1944年，Cassie和Baxter[22]对Wenzel模型又作出了进一步的改善，并提出了Cassie模型以及固体表面存在复合接触的观点。Cassie和Baxter两人认为在固体表面上存在着非常小的凸起，并且其微观尺寸要远远小于表面上液滴的尺寸。在液
【参考文献】：
期刊论文
[1]银靶电流及溅射偏压对溅射沉积Cu/Ag薄膜导电性能的影响研究[J]. 张丽俊,田武,常勇强,任伟宁,张长军,鲍明东. 真空科学与技术学报. 2019(12)
[2]磁控溅射反应法制备TiN纳米薄膜[J]. 王槐乾,姜宏伟. 真空. 2019(04)
[3]基体偏压对磁控溅射制备CrAlN薄膜摩擦学性能的影响[J]. 王建伟,薛玉君,蔡海潮,杜三明. 工具技术. 2019(06)
[4]材料科学中的自然辩证法:二元协同材料（英文）[J]. 刘明杰,江雷. Science China Materials. 2016(04)
[5]耐磨透明超疏水薄膜的制备及工艺研究[J]. 王薇,周忠华,脱永峰,黄悦. 厦门大学学报(自然科学版). 2014(05)
[6]超疏水棉织物的简易制备技术[J]. 郑振荣,吴涛林. 纺织学报. 2013(09)
[7]溅射气压对Ge/Si纳米点表面形貌的影响[J]. 叶小松,王茺,关中杰,靳映霞,李亮,杨宇. 功能材料. 2012(10)
[8]沉积温度对氧化锆薄膜显微结构的影响[J]. 康文博,罗发,周万城,朱冬梅,黄智斌. 热加工工艺. 2012(04)
[9]溅射气压对ZnO薄膜的影响[J]. 孙海燕,耿广州,黄家寅,单福凯,LEE Won-jae. 青岛大学学报(自然科学版). 2011(01)
[10]溅射气压对磁控溅射TiN薄膜光学性能的影响[J]. 付淑英. 热处理技术与装备. 2010(03)
博士论文
[1]超疏水功能界面的制备及应用[D]. 王会杰.中国科学技术大学 2015
硕士论文
[1]自清洁涂层制备工艺的研究与应用[D]. 蔡东宝.西安建筑科技大学 2018
[2]镁锂合金表面CrN薄膜的制备与研究[D]. 曹得莉.牡丹江师范学院 2011
[3]纳米结构TiO2薄膜的制备及其超亲水自清洁特性研究[D]. 王军军.西北师范大学 2011
[4]棉织物超疏水表面的仿生制备与表征[D]. 段薇.安徽大学 2011
[5]超疏水表面的制备及其对不同表面张力液体选择性分离的研究[D]. 王苏浩.上海交通大学 2010
[6]装饰薄膜氮化锆的中频反应磁控溅射沉积工艺的研究[D]. 李新领.河北农业大学 2005
本文编号：3463122
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