納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1-100nm）或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10~100個(gè)原子緊密排列在一起的尺度。隨著科技的進(jìn)步，納米材料在人們的日常生活中出現(xiàn)的概率越來越大，納米材料的性能也是越來越，越來越能滿足不同方面的要求。
近年來，納米多層膜材料以其*的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能受到人們的*關(guān)注。這種材料由兩種或兩種以上不同材料相互交替形成，每相鄰兩層形成一個(gè)調(diào)制周期，周期在納米尺度，故被稱為納米多層膜。納米多層膜通常表現(xiàn)出許多異于單層膜的新奇性能，例如兩種強(qiáng)度只有幾十mpa的金屬，復(fù)合形成納米多層膜后，金屬多層膜的強(qiáng)度值z(mì)ui大可能達(dá)到幾個(gè)gpa，是其理論強(qiáng)度的二分之一或者三分之一。在許多金屬納米多層膜體系中，都觀察到了硬度增強(qiáng)效應(yīng)或超模量效應(yīng)。此外，金屬納米多層膜還具有光學(xué)、磁學(xué)和電學(xué)上的新奇性能。這使得多層膜在硬質(zhì)耐磨鍍層、x射線光學(xué)、薄膜磁記錄、微機(jī)電系統(tǒng)和高強(qiáng)度金屬箔等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。
多層膜的結(jié)構(gòu)取決于組元的原子結(jié)構(gòu)差異。當(dāng)組元表面能差異較小時(shí)，多層膜能形成密排面相互平行的織構(gòu)；在此基礎(chǔ)上，如果組元原子半徑比滿足一定條件，多層膜能在界面處外延生長，則能形成超晶格結(jié)構(gòu)。比如，cu與ni具有相同的晶體結(jié)構(gòu)、晶格常數(shù)接近，在周期小于某一臨界值時(shí)，多層膜能形成*共格界面；而當(dāng)周期大于臨界值時(shí)，多層膜不能保持*共格的界面結(jié)構(gòu)，而形成半共格界面。
大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一定周期尺度范圍內(nèi)，多層膜的強(qiáng)度（或硬度）不僅高于多層膜的強(qiáng)度平均值，而且隨周期的減小而增大，表現(xiàn)出明顯的強(qiáng)化效應(yīng).另一方面，當(dāng)多層膜的周期降低到約為幾個(gè)納米的臨界值時(shí)，多層膜的強(qiáng)度不再隨周期的減小而增大，而是達(dá)到飽和。此時(shí)界面結(jié)構(gòu)是決定多層膜塑性變形行為的主導(dǎo)因素。對(duì)于fec/fcc結(jié)構(gòu)的共格界面多層膜，由于滑移系在界面處連續(xù)，位錯(cuò)穿越此類界面所受阻力主要來自于共格應(yīng)力；對(duì)于fcc/bcc結(jié)構(gòu)的多層膜來說，由于滑移系在界面上不連續(xù)，界面本身成為位錯(cuò)滑移的主要阻礙。但是也有例外，ag/w多層膜的硬度不僅沒有隨周期減小而增大，反而在周期小于100nm后明顯降低，表現(xiàn)出軟化現(xiàn)象?？梢姡{米多層膜材料的強(qiáng)化機(jī)理還需進(jìn)一步的研究。
納米多層膜材料的另一個(gè)引人注目的性能是：一些組元熔點(diǎn)相差大的多層膜都出現(xiàn)了彈性模量異常增大的現(xiàn)象，如cu/w和cu/nb，其中cu/w多層膜的彈性模量隨周期減小持續(xù)增大，在實(shí)驗(yàn)研究的周期范圍內(nèi)增幅高達(dá)65%，表現(xiàn)出超模量效應(yīng)。cu/nb多層膜的彈性模量雖然沒有隨周期減小明顯增大，但多層膜的彈性模量值比單層cu膜或nb膜的彈性模量都大，表現(xiàn)出異常的彈性模量增大。
另外，實(shí)驗(yàn)還表明，形成共格界面的cu/ni和cu/co多層膜，其蠕變深度隨周期的減小而降低，說明多層膜的蠕變抗力隨周期減小而增大；相反，具有非共格界面的cu/nb和ag/fe多層膜，其蠕變深度隨周期的減小而增大，說明多層膜的蠕變抗力隨周期減小而降低。