Al/CoO含能复合薄膜材料研究(2)

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致谢 27

参考文献 28

1 绪论

含能薄膜是一种随着微纳米电子机械系（Micro/NanoElectro-mechanical System， MEMS/NEMS）发展而产生的新型含能材料，主要包括合金化薄膜和化学反应薄膜两种，由于其相对较大的反应放热量、较快的反应速率以及与MEMS系统良好的兼容性，现在已经得到越来越多的研究和应用。其中化学反应膜主要由交替沉积的燃料膜和氧化剂膜构成，如Al/CuO、Al/NiO、和Mg/CuO等复合膜，本文着重对化学反应薄膜中的Al/CoO薄膜进行了研究。论文网

1.1含能桥膜国内外研究情况

1.11国外研究状况

1.12国内研究状况

1.2本文主要研究内容

总结前人经验，进一步熟悉和研究磁控溅射镀膜技术，研究含能复合薄膜的电爆性能及其升温特性曲线。本文具体包括一下内容：

（1）Al/CoO复合膜的制备技术研究

了解熟悉多层薄膜的制备工艺，测定Al膜、CoO膜的成膜速率，制定出最佳的薄膜沉积工艺参数；设计并制备Al/CoO电爆实验样品。

（2）Al/CoO复合膜的结构与性能表征

采用扫描电子显微镜（SEM）对复合薄膜表面和断面形貌进行测试分析；采用X-射线衍射分析（XRD）对薄膜组分进行表征。采用差式扫描量热法（DSC）对Al/CoO复合膜进行热分析，研究Al/CoO多层薄膜的化学反应性。文献综述

（3）Al/CoO复合膜电爆特性研究

采用对复合膜通直流电进行电爆的方法研究各种电压条件下复合薄膜的伏安特性曲线和温升曲线；分析这些特性曲线的变化规律，得出影响电爆性能的主要因素。

2 Al/CoO复合薄膜的制备

2.1复合薄膜制备原理

2.11溅射法基本原理

所谓“溅射”就是用荷能粒子（通常用气体正离子）轰击物体，从而引起物体表面原子从母体中逸出的现象。被荷能粒子轰击的靶材处于负电位，所以一般称这种溅射为阴极溅射。关于阴及溅射的理论解释，主要有蒸发论，碰撞论，混合论[11]三种。其中蒸发论认为溅射主要是由于气体的正离子轰击阴极靶，靶表面产生了局部高温，使得温度升高而蒸发。碰撞论则认为溅射是由弹性碰撞引起的。正离子轰击靶材时，将能量传递给靶表面的某个离子，使得该离子脱离周围的束缚弹射而出。如果轰击离子能量很高时，溅射原子数和轰击离子数比值将会减少。而混合论结合了上述两种理论，认为溅射是热蒸发和碰撞的综合作用结果。

溅射技术制备的薄膜有如下特点[12]：

(1) 膜厚可控性和重复性好。

(2) 薄膜与基片的附着力强。

(3) 可以制备特殊材料的薄膜。

(4) 膜层纯度高。

2.12磁控溅射原理

本文采用磁控溅射（RF Magnetron Sputtering Deposition）技术制备实验用的Al/CoO薄膜。磁控溅射是利用磁场束缚电子的运动（即磁控管模式），导致轰击基片的高能电子的减少和轰击靶材的高能离子的增多，使其具备了“低温”、“高速”两大特点[13]。磁控溅射又可分为直流磁控溅射和射频磁控溅射，原理也互不相同。

磁控溅射的作用原理是电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使氩原子电离产生出新的电子和Ar正离子；新电子飞向基片，Ar离子则在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上[14]。