Чудо в области функциональных материалов
КакалмазПрименение этого метода требует широкого спектра технологий и является весьма сложным. Для его реализации в относительно короткие сроки требуются совместные исследования в различных областях. В будущем необходимо постоянно развивать и совершенствовать технологию выращивания алмазов методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) и изучать возможности её применения.CVD-алмазПленка используется в акустике, оптике и электричестве. Она станет новым материалом для развития высоких технологий в XXI веке. Химическое осаждение из газовой фазы (CVD) может применяться как для конструкционных, так и для функциональных материалов. Ниже представлено лишь краткое описание её функционального применения.
Что такое функциональный материал? Функциональные материалы – это различные материалы с физическими и химическими функциями, такими как свет, электричество, магнетизм, звук и тепло, используемые в промышленности и технике, включая электрические функциональные материалы, магнитные функциональные материалы, оптические функциональные материалы, сверхпроводящие материалы, биомедицинские материалы, функциональные мембраны и т. д.
Что такое функциональная мембрана? Каковы её характеристики? Функциональная мембрана — это тонкоплёночный материал с такими физическими свойствами, как свет, магнетизм, электрофильтрация, адсорбция, а также химическими свойствами, такими как катализ и реакция.
Характеристики тонкоплёночных материалов: Тонкоплёночные материалы – это типичные двумерные материалы, то есть они большие по двум масштабам и маленькие по третьему. По сравнению с обычно используемыми трёхмерными объёмными материалами, они обладают множеством характеристик и структурных особенностей. Главная особенность заключается в том, что некоторые свойства функциональных плёнок могут быть достигнуты благодаря специальным методам подготовки тонких плёнок в процессе их изготовления. Именно поэтому тонкоплёночные функциональные материалы стали предметом пристального внимания и исследований.
Какдвумерный материалВажнейшей характеристикой тонкоплёночных материалов является так называемый размер, который может быть использован для миниатюризации и интеграции различных компонентов. На этом основаны многие области применения тонкоплёночных материалов, наиболее типичные из которых – производство интегральных схем и повышение плотности хранения данных в компьютерных системах хранения данных.
Благодаря малому размеру, относительная доля поверхности и интерфейса в тонкоплёночном материале относительно велика, а свойства, проявляемые поверхностью, чрезвычайно выражены. Существует ряд физических эффектов, связанных с интерфейсом поверхности:
(1) Избирательное пропускание и отражение, вызванные эффектом интерференции света;
(2) Неупругое рассеяние, вызванное столкновением электронов с поверхностью, приводит к изменению проводимости, коэффициента Холла, эффекта магнитного поля тока и т. д.;
(3) Поскольку толщина пленки намного меньше длины свободного пробега электронов и близка к длине волны Дроби для электронов, электроны, движущиеся вперед и назад между двумя поверхностями пленки, будут интерферировать, а энергия, связанная с вертикальным движением поверхности, будет принимать дискретные значения, что повлияет на перенос электронов;
(4) На поверхности атомы периодически прерываются, а уровень поверхностной энергии и число генерируемых поверхностных состояний имеют тот же порядок величины, что и число поверхностных атомов, что будет иметь большое влияние на материалы с небольшим количеством носителей, такие как полупроводники;
(5) Число соседних атомов поверхностных магнитных атомов уменьшается, что приводит к увеличению магнитного момента поверхностных атомов;
(6) Анизотропия тонкопленочных материалов и т. д.
Поскольку характеристики тонкоплёночных материалов зависят от процесса изготовления, большинство из них в процессе изготовления находятся в неравновесном состоянии. Поэтому состав и структура тонкоплёночных материалов могут изменяться в широком диапазоне, не ограничиваясь состоянием равновесия. Это позволяет получать множество материалов, свойства которых трудно получить из объёмных материалов, и получать новые. Это важная особенность тонкоплёночных материалов и причина, по которой они привлекают внимание. Спроектированная тонкая плёнка может быть получена как химическими, так и физическими методами.