脉冲电沉积纳米非晶薄膜制备技术的研究(2)
纳米材料科学是凝聚态物理、原子物理、胶体化学、化学反应动力学、固体化学、配位化学和界面科学等多学科交叉出现的新的学科领域[3]。可以说纳米材料科学具有巨大的理论意义和应用前景，因此也被称为“21世纪最有前途的材料”[4][5]。纳米科学的研究领域主要包括以下两个方面[6][7][8]：一是系统的研究纳米材料的性能、结构和特征，通过与传统块体材料对比，找出纳米材料的特殊规律，由此建立描述和标准化纳米材料的新概念和新理论，并发展和完善纳米材料科学理论体系；二是发展新型纳米材料，特别是合成能按照人们自己意愿设计和探索需求的新的材料。
1.1.2 纳米材料的制备方法
纳米材料从提出到现在有近30年的历史，到目前为止科研工作者已经研究出许多方法。常见的纳米材料的制备方法主要有：物理气相沉积法、化学气相沉积法、非晶晶化法、机械球磨法、溅射法、电解法、溶胶-凝胶法等。
1.2非晶材料
1.2.1非晶物质结构的主要特征
长期以来，材料学家对晶体材料的研究比较透彻，且形成一套较完整的理论体系，然而对非晶材料的理论研究却不是非常完善。非晶材料与晶体材料最大的差别在于晶体材料周期性排列，即长程有序，而非晶材料原子排列不具有周期性，即长程无序,但是非晶态材料仍然较好地保留着相应晶态材料中所存在的近邻配位情况，如配位数、原子间距、键长和键角等均与晶态材料相同，即短程有序[9]。正是由于非晶态材料这种长程有序短程无序的特点，它一方面具有许多类似于晶体的性质，另一方面在材料的热、光、电等性能方面具有一般晶体材料所不具备的特性。
晶体材料在其熔点以下时处于热力学稳定状态，然而由于非晶材料的空间排列无序性，导致它具有亚稳态性质。亚稳态是指在该状态下系统的自由能比相同成分材料的平衡态的自由能高，有向平衡态转化的趋势。但是由于从非平衡态（即能量高的状态）到平衡态（能量最低状态）之间存在能量势垒，不能在此状态下自发进行，因此，非晶态具有相对的稳定性。
1.2.2非晶态物质的结构表征及其结构常数
对于晶体材料，由于其空间的周期性排列，对于X射线来说晶体材料好像三文光栅，可以产生衍射，通过不同方向的衍射强度，可获得晶态物质的结构图像。而由于非晶物质的长程无序性，不存在空间的周期性排列，因此难以通过实验的方法精确测定其原子组态。所以对于非晶态材料一般采用统计的方法来进行表征，即采用径向分布函数来表征非晶态原子的分布规律，并由此获得表征非晶态结构的四个常数：最近邻原子的平均距离r、配位数n、原子的平均位移 、短程原子有序畴 。
非晶合金主要有块体非晶合金和薄膜非晶合金。块体非晶合金的出现已经近30年，并且取得了一定的研究成果[10]。对非晶形成机理[11]和改善非晶合金力学性能[12]等方面的研究取得了较大进展。然而，仅仅对宏观块体非晶材料进行研究已不能满足人们的需求，当非晶材料的尺度降到纳米级时，会出现与传统块体非晶材料不同的性质，因此越来越多的材料学家将目光转向对薄膜非晶的研究，希望在此领域有所突破。
非晶薄膜兼顾了薄膜与非晶的性质，目前已广泛应用于机械、电子、石油化工、航空航天等领域。因此对其制备技术，生长机理以及性质的研究将不断推进非晶材料的发展和应用[13]。
1.3本课题的研究内容和意义
Ni-P非晶薄膜由于在制氢上的电催化活性、特殊的顺磁性、极佳的显微硬度以及良好的耐腐蚀性而成为工业材料极佳的表面涂层[14][15][16][17]，因此受到来越来越多的关注，并且目前已经应用于材料防护，磁记录以及电子等领域。