多層薄膜材料已成為新材料領(lǐng)域中的一支新軍。所謂多層薄膜材料，就是在一層厚度只有納米級(jí)的材料上，再鋪上一層或多層性質(zhì)不同的其他薄層材料，最后形成多層固態(tài)涂層。由于各層材料的電、磁及化學(xué)性質(zhì)各不相同，多層薄膜材料會(huì)擁有一些奇異的特性。目前，這種制造工藝簡單的新型材料正受到各國關(guān)注，已從實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)入商業(yè)化階段，可以廣泛應(yīng)用于防腐涂層、燃料電池及生物醫(yī)學(xué)移植等領(lǐng)域。
新出版的《科學(xué)新聞》報(bào)道說，從事多層薄膜材料研究達(dá)10年之久的麻省理工學(xué)院魯伯諾稱，多層薄膜材料的研究開發(fā)已經(jīng)到了開始收獲的階段。該材料的處理工藝簡單，應(yīng)用前景十分廣泛。
1991年，法國斯特拉斯堡路易斯.博斯卡大學(xué)的Decher首先提出由帶正電的聚合物和帶負(fù)電的聚合物組成2層薄膜材料的設(shè)想，由于靜電的作用，在一層材料上添加另外一層材料非常容易。此后，多層薄膜材料的研究工作進(jìn)展很快。通常，研究人員將帶負(fù)電的天然襯材如玻璃片等，浸入含有大分子量的帶正電物質(zhì)的溶液中，然后沖洗、干燥，再采用含有帶負(fù)電物質(zhì)的溶液，不斷重復(fù)上述過程，每一次產(chǎn)生的薄膜材料厚度僅有幾納米或更薄。由于多層薄膜材料的制造可采用重復(fù)性工藝，人們可利用機(jī)器人來完成，因此這種自動(dòng)化工藝很容易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
目前，研究人員已經(jīng)或即將開發(fā)的多層薄膜材料主要有以下幾種：
1、制造具有珍珠母強(qiáng)度的材料。俄克拉何馬州立大學(xué)化學(xué)家柯多夫，正在仿制一種具有珍珠母強(qiáng)度的材料。他首先在玻璃片上鋪上一層帶負(fù)電的粘土材料，然后再鋪上一層帶正電的聚合物薄膜，新產(chǎn)生的雙層薄膜的強(qiáng)度可以與珍珠母相媲美。目前，柯多夫已建立了Strala材料公司，并打算將這種材料商業(yè)化，用來制造防彈衣、航空電子設(shè)備及人造骨。
2、新型防腐蝕材料。佛羅里達(dá)州立大學(xué)的施利諾夫，正在利用2種聚合電解質(zhì)（PDDA和PSS）制造防腐蝕涂層。他希望這種涂層可用于保護(hù)水管以及其他接觸水的金屬。此外，他正在開發(fā)另外一種薄膜，可望用于制藥和化學(xué)工業(yè)中的分子篩選。施利諾夫還將對(duì)有相同化學(xué)結(jié)構(gòu)、但互為鏡像的兩種藥物分子進(jìn)行分離。在今年6月出版的《美國化學(xué)學(xué)會(huì)期刊》上，他宣布已經(jīng)研制成一種薄膜，它可讓一些分子以比其鏡像分子更快的速度擴(kuò)散。他建立并自任總裁的NanoStrata公司所開發(fā)的“機(jī)器人多層薄膜施加系統(tǒng)”已銷往世界各地。
3、可使燃料電池在高溫條件下工作的多層薄膜材料。賓夕法尼亞州立大學(xué)的馬魯克認(rèn)為，多層薄膜材料的特性使其能夠在諸如發(fā)光二極管、太陽能電池以及傳感器等高技術(shù)產(chǎn)品中發(fā)揮重要作用。目前，馬魯克正計(jì)劃制造用于燃料電池上的超薄傳導(dǎo)離子的多層薄膜，這種材料可在高溫條件下工作，而燃料電池在低溫條件下工作需要昂貴的鉑催化劑。新薄膜由大約10層帶正電的鋯鋁和帶負(fù)電的鈣鈦礦石薄膜組成。他希望這種新的薄膜可以幫助燃料電池制造廠采用成本低廉的催化劑。馬魯克還在探索由多薄層鈣鈦礦石形成的鐵電體材料。較厚的鐵電體目前用于傳感器和調(diào)速控制器中，但研究人員希望降低這種材料的厚度，以減少器件的體積，并改進(jìn)其性能。
美國哈拉奧維大學(xué)也在采用多層納米半導(dǎo)體顆粒結(jié)構(gòu)，研制光電轉(zhuǎn)換效率更高的新型太陽能電池。
新出版的《科學(xué)新聞》報(bào)道說，從事多層薄膜材料研究達(dá)10年之久的麻省理工學(xué)院魯伯諾稱，多層薄膜材料的研究開發(fā)已經(jīng)到了開始收獲的階段。該材料的處理工藝簡單，應(yīng)用前景十分廣泛。
1991年，法國斯特拉斯堡路易斯.博斯卡大學(xué)的Decher首先提出由帶正電的聚合物和帶負(fù)電的聚合物組成2層薄膜材料的設(shè)想，由于靜電的作用，在一層材料上添加另外一層材料非常容易。此后，多層薄膜材料的研究工作進(jìn)展很快。通常，研究人員將帶負(fù)電的天然襯材如玻璃片等，浸入含有大分子量的帶正電物質(zhì)的溶液中，然后沖洗、干燥，再采用含有帶負(fù)電物質(zhì)的溶液，不斷重復(fù)上述過程，每一次產(chǎn)生的薄膜材料厚度僅有幾納米或更薄。由于多層薄膜材料的制造可采用重復(fù)性工藝，人們可利用機(jī)器人來完成，因此這種自動(dòng)化工藝很容易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
目前，研究人員已經(jīng)或即將開發(fā)的多層薄膜材料主要有以下幾種：
1、制造具有珍珠母強(qiáng)度的材料。俄克拉何馬州立大學(xué)化學(xué)家柯多夫，正在仿制一種具有珍珠母強(qiáng)度的材料。他首先在玻璃片上鋪上一層帶負(fù)電的粘土材料，然后再鋪上一層帶正電的聚合物薄膜，新產(chǎn)生的雙層薄膜的強(qiáng)度可以與珍珠母相媲美。目前，柯多夫已建立了Strala材料公司，并打算將這種材料商業(yè)化，用來制造防彈衣、航空電子設(shè)備及人造骨。
2、新型防腐蝕材料。佛羅里達(dá)州立大學(xué)的施利諾夫，正在利用2種聚合電解質(zhì)（PDDA和PSS）制造防腐蝕涂層。他希望這種涂層可用于保護(hù)水管以及其他接觸水的金屬。此外，他正在開發(fā)另外一種薄膜，可望用于制藥和化學(xué)工業(yè)中的分子篩選。施利諾夫還將對(duì)有相同化學(xué)結(jié)構(gòu)、但互為鏡像的兩種藥物分子進(jìn)行分離。在今年6月出版的《美國化學(xué)學(xué)會(huì)期刊》上，他宣布已經(jīng)研制成一種薄膜，它可讓一些分子以比其鏡像分子更快的速度擴(kuò)散。他建立并自任總裁的NanoStrata公司所開發(fā)的“機(jī)器人多層薄膜施加系統(tǒng)”已銷往世界各地。
3、可使燃料電池在高溫條件下工作的多層薄膜材料。賓夕法尼亞州立大學(xué)的馬魯克認(rèn)為，多層薄膜材料的特性使其能夠在諸如發(fā)光二極管、太陽能電池以及傳感器等高技術(shù)產(chǎn)品中發(fā)揮重要作用。目前，馬魯克正計(jì)劃制造用于燃料電池上的超薄傳導(dǎo)離子的多層薄膜，這種材料可在高溫條件下工作，而燃料電池在低溫條件下工作需要昂貴的鉑催化劑。新薄膜由大約10層帶正電的鋯鋁和帶負(fù)電的鈣鈦礦石薄膜組成。他希望這種新的薄膜可以幫助燃料電池制造廠采用成本低廉的催化劑。馬魯克還在探索由多薄層鈣鈦礦石形成的鐵電體材料。較厚的鐵電體目前用于傳感器和調(diào)速控制器中，但研究人員希望降低這種材料的厚度，以減少器件的體積，并改進(jìn)其性能。
美國哈拉奧維大學(xué)也在采用多層納米半導(dǎo)體顆粒結(jié)構(gòu)，研制光電轉(zhuǎn)換效率更高的新型太陽能電池。
