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功能材料领域中的奇葩——金刚石

发布时间：

2023-05-31

　　作为金刚石应用，涉及技术面很广，难度很大，需要各个领域相互合作研究才有可能在较短时间内实现。今后不断需要开发和完善CVD金刚石生长技术，开拓CVD金刚石膜在声学，光学，电学应用，它成为高科技发展的二十一世纪新材料。CVD的应用既可用于工程材料，也可用作功能材料，以下仅以其功能应用方面做点介绍。

　　何为功能材料?功能材料是指哪些用于工业和技术中的有关物理和化学功能，如光、电、磁、声、热等特性的各种材料，包括电功能材料、磁功能材料、光功能材料、超导材料、生物医学材料、功能膜等。

　　何谓功能膜?它都具有哪些特点?功能膜是指具有光、磁、电过滤，吸附等物理性能和催化，反应等化学性能的薄膜材料。

　　薄膜材料的特点:薄膜材料是典型的二维材料，即在两个尺度上较大，而在第三个尺度上很小。一般常用的三维块体材料相比，在性能和结构上具有很多特点。最大的特点是功能膜的某些性能可以在制备时通过特殊的薄膜制备方法实现。这是薄膜功能材料成为人们关注和研究的热点材料的原因。

　　作二维材料，薄膜材料最主要的特点是所谓尺寸特点，利用这个特点可以实现把各种元器件微型化、集成化。薄膜材料很多用途都基于这一点，最典型的是用于集成电路和提高计算机存储元件的存储密度。

　　由于尺寸小，薄膜材料中表面和界面所占的相对比例较大，表面所表现的有关性质极为突出，存在一系列与表面界面有关的物理效应:

　　(1)光干涉效应引起的选择性透射和反射;

　　(2)电子与表面碰撞发生的非弹性散射，使导电率，霍尔系数，电流磁场效应等发生变;

　　(3)因薄膜厚度比电子的平均自由程小得多，且与电子的德罗布意波长相近时，在膜的两个表面之间往返运动的电子就会发生干涉，与表面垂直运动的相关能量将取分立值，由此会对电子输运产生影响;

　　(4)在表面，原子周期性中断，产生的表面能级，表面态数目与表面皮原子数有同一量级，对于半导体等载流子少的物质将产生极大影响;

　　(5)表面磁性原子的邻原子数减少，引起表面原子磁矩增大;

　　(6)薄膜材料各向异性等等。

　　由于薄膜材料性能受制备过程的影响，在制备过程中多数处非平衡状态，因此可以在很大范围内改变薄膜材料的成分、结构，不受平衡状态的限制，所以人们可以制备出很多块体难以实现的材料，得到新的性能，这是薄膜材料的重要特点，也是薄膜材料引起人关注的重要原因。无论采用化学法还是物理法都可以得到设计的薄膜。

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