纳米薄膜和涂层制备技术及应用

涂层作为一种对固体表面强化、改性手段，在机械、电子、化工、航空航天、生物医学等领域逐步获得了广泛的应用，但纳米薄膜与涂层的研究时间还不长，许多问题还有待于深入研究和探讨。如纳米薄膜与涂层的厚度及界面结合问题，制备方法工序多与成本高的问题以及纳米涂层结构难以精确控制问题等。

针对纳米薄膜与涂层制备过程中存在的问题，国内外研究者在以纳米复合镀、激光熔覆、感应加热熔覆等方法为代表的纳米硬质颗粒增强金属基复合涂层的研究方面表现出极大的兴趣^{[69，74，102]}。虽然激光熔覆、感应加热熔覆等技术可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀性能，但也具有热畸变较大、纳米成分难以引入和微观组织可控性较差等缺点，因而人们近来又转向了将新材料、新工艺与传统工艺相结合的涂层复合处理研究上面，如激光送丝堆焊^[103-105]、纳米堆焊^[106，107]及使用非晶材料的纳米晶化法^[108]的研究。E.A.Levashov等^[31]通过自蔓延高温合成法（SHS）研制了一种新型纳米颗粒（ZrO₂、Al₂O₃、W、WC、WC-Co、NbC、Si₃N₄）弥散强化的TiC-40%Ni电极材料。研究发现，ZrO₂和NbC纳米粉引入TiC/Ni电极材料使该合金材料的主要力学性能大为改善，而Al₂O₃和Si₃N₄纳米粉则起相反作用，WC-Co、W及WC的分别添加则使该电极材料的弯曲强度和抗裂性提高。我们采用自行设计的非晶纳米晶电极材料，通过焊接涂层的纳米晶化方法制备了铁基非晶纳米晶复合涂层，并研究了涂层的微观组织及其耐磨性，该涂层材料具有较高的高温耐磨性^[108]。此外，对纳米复合涂层研究的一个新趋势就是朝着采用复合处理技术制备的具有“变色龙”性质即自适应能力的纳米复合涂层方向发展。根据纳米仿生化原理和纳米自组装途径，研究开发具有优异的生物相容性和很高的硬度及很好的耐磨性的各种纳米生物骨复合涂层，并探讨纳米生物材料的生物毒理学机制和生物力学行为，就是其中一个最具潜力的研究方向，它对于保证纳米生物材料产业的长期健康和可持续发展具有十分重要的意义。(www.xing528.com)

纳米薄膜与涂层制备技术正随着纳米材料的发展而发展。在纳米材料的制备技术不断取得进展和基础理论研究日益深入的基础上，纳米功能涂层将会有更快、更全面的发展，制备方法也将不断创新和完善，其应用将遍及多个领域，如从纳米微结构和器件的表面纳米尺度超微细图形加工，到各种抗磨减摩润滑等功能性薄膜/涂层材料的制备，再到与人体硬组织中相似的纳米羟基磷灰石生物骨涂层的组装。各种纳米薄膜与涂层制备技术将极具应用前景和市场潜力，它不仅能在高科技领域形成相关的新产品企业群，也能为传统产业带来生机和活力。