多层薄膜材料

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多层薄膜材料　　多层薄膜材料已成为新材料领域中的一支新军。所谓多层薄膜材料，就是在一层厚度只有纳米级的材料上，再铺上一层或多层性质不同的其他薄层材料，最后形成多层固态涂层。由于各层材料的电、磁及化学性质各不相同，多层薄膜材料会拥有一些奇异的特性。目前，这种制造工艺简单的新型材料正受到各国关注，已从实验室研究进入商业化阶段，可以广泛应用于防腐涂层、燃料电池及生物医学移植等领域。
　　新出版的《科学新闻》报道说，从事多层薄膜材料研究达10年之久的麻省理工学院鲁伯诺称，多层薄膜材料的研究开发已经到了开始收获的阶段。该材料的处理工艺简单，应用前景十分广泛。
! v+ y% K# q% J　　1991年，法国斯特拉斯堡路易斯?博斯卡大学的Decher首先提出由带正电的聚合物和带负电的聚合物组成2层薄膜材料的设想，由于静电的作用，在一层材料上添加另外一层材料非常容易。此后，多层薄膜材料的研究工作进展很快。通常，研究人员将带负电的天然衬材如玻璃片等，浸入含有大分子量的带正电物质的溶液中，然后冲洗、干燥，再采用含有带负电物质的溶液，不断重复上述过程，每一次产生的薄膜材料厚度仅有几纳米或更薄。由于多层薄膜材料的制造可采用重复性工艺，人们可利用机器人来完成，因此这种自动化工艺很容易实现商业化。
4 q& @9 U8 Y9 ?, ]　　目前，研究人员已经或即将开发的多层薄膜材料主要有以下几种：
  H! i% {: L( S5 p8 P0 ]　　1制造具有珍珠母强度的材料。俄克拉何马州立大学化学家柯多夫，正在仿制一种具有珍珠母强度的材料。他首先在玻璃片上铺上一层带负电的粘土材料，然后再铺上一层带正电的聚合物薄膜，新产生的双层薄膜的强度可以与珍珠母相媲美。目前，柯多夫已建立了Strala材料公司，并打算将这种材料商业化，用来制造防弹衣、航空电子设备及人造骨。
9 K9 u* Q  \; w　　2新型防腐蚀材料。佛罗里达州立大学的施利诺夫，正在利用2种聚合电解质（PDDA和PSS）制造防腐蚀涂层。他希望这种涂层可用于保护水管以及其他接触水的金属。此外，他正在开发另外一种薄膜，可望用于制药和化学工业中的分子筛选。施利诺夫还将对有相同化学结构、但互为镜像的两种药物分子进行分离。在今年6月出版的《美国化学学会期刊》上，他宣布已经研制成一种薄膜，它可让一些分子以比其镜像分子更快的速度扩散。他建立并自任总裁的NanoStrata公司所开发的“机器人多层薄膜施加系统”已销往世界各地。
% x+ C) M( n. B  \4 J　　3可使燃料电池在高温条件下工作的多层薄膜材料。宾夕法尼亚州立大学的马鲁克认为，多层薄膜材料的特性使其能够在诸如发光二极管、太阳能电池以及传感器等高技术产品中发挥重要作用。目前，马鲁克正计划制造用于燃料电池上的超薄传导离子的多层薄膜，这种材料可在高温条件下工作，而燃料电池在低温条件下工作需要昂贵的铂催化剂。新薄膜由大约10层带正电的锆铝和带负电的钙钛矿石薄膜组成。他希望这种新的薄膜可以帮助燃料电池制造厂采用成本低廉的催化剂。马鲁克还在探索由多薄层钙钛矿石形成的铁电体材料。较厚的铁电体目前用于传感器和调速控制器中，但研究人员希望降低这种材料的厚度，以减少器件的体积，并改进其性能。
4 d( l; q3 s/ t" [, t2 w1 X8 l　　美国哈拉奥维大学也在采用多层纳米半导体颗粒结构，研制光电转换效率更高的新型太阳能电池。