1、项目的前沿行业技术背景

电热材料将电能转化为热能，以辐射或对流的方式传递出来，可作为电热转换元件应用于各种加热设备。传统的电热材料包括电炉、电暖气等硬质电热材料和金属薄膜加热片、石墨烯电热膜等柔性电热材料。但这些传统电热器件存在加热速度慢、功耗高、耐久性差、成本高、抗氧化性能差等不足。

非晶合金由于长程无序的原子排列结构，使其具有一些不同于晶体材料的性能，非晶合金材料具有高强度、高耐磨性、强耐蚀性、良好的热稳定性、较小的热惯性和远红外辐射的优点。将非晶合金制备成薄膜，用于加热器件，可以使器件具有高的加热效率、均匀的热分布、温度快速响应、功耗低的特点；并且，非晶薄膜加热器件由于薄膜的柔韧性，可应用的范围更广，如用于曲面结构。鉴于非晶合金薄膜具有一系列的优异性能，可以将其作为新一代的理想电热器件材料

非晶合金复合薄膜加热器件有着极大的应用前景，尤其适合于高端领域。在新能源汽车领域，电池管理系统的精确加热和温控功能是一项必要而又复杂的技术，将非晶薄膜加热器用于新能源汽车的低温预热和工作温度管理，可以满足汽车的快速响应和高效率的要求。此外，汽车的座椅加热、方向盘加热等需求，非晶加热器可提供高性价比的方案。在医疗领域，将非晶薄膜加热器件用于高端医疗设备，比如需要精准控温的医疗仪器、恒温环境的孵育器等，可以满足医疗设备中对均匀加热、高稳定性和快速升温的需求。将非晶加热薄膜用于航空航天领域的加热元件，如飞机玻璃防霜、航天器温控系统，可以发挥非晶薄膜重量轻、能耗低、对极端环境的实用性和耐久性的优势。此外，非晶合金还有很多有潜力的应用场景，比如高端电子产品（OLED屏幕、VR/AR眼镜等）的防雾、高端工业设备（半导体设备、光刻机等）的温控加热模块、智能家居（电热玻璃、保暖服饰）的保温需求等。

本项目拟采用物理气相沉积（PVD）工艺在不同基材上制备非晶合金薄膜。PVD技术是一种在真空条件下，采用物理方法将材料源表面气化成气态原子或分子，或部分电离成离子，并通过低压气体过程，在基体表面沉积具有特殊功能的薄膜的技术。PVD工艺是一种环保的技术，可在基材表面制备高纯度薄膜，并可通过调控工艺，实现耐磨、耐蚀、高电阻率等性能需求，是一种很有发展前景的表面改性技术，目前已广泛用于硬质涂层、光学涂层、装饰涂层等领域。

非晶合金薄膜在柔性传感器、人体皮肤等科技领域已取得了部分进展，但在加热器件领域还未见公开报道。本课题首次将非晶合金薄膜用于加热器件，是行业内的首次创新。该项目主要研究加热器件领域非晶薄膜的开发、非晶薄膜与基材的界面结合、薄膜均匀性的工艺调控以及加热器件的设计及综合性能评价，致力于开发出综合性能突出的非晶合金薄膜加热器件，弥补加热器件领域的不足。

2、项目的研究内容：

（1）      非晶合金体系的开发：所开发非晶合金体系需具有高的电阻率、高强度、良好的韧性和耐蚀性；

（2）      非晶薄膜与基材的界面结合：研究非晶薄膜与不同基材的界面结合情况，包括非晶合金薄膜在金属、玻璃、柔性材料（PI、PET高分子材料）等基材上的界面结构与结合力等问题。

（3）      非晶薄膜的均匀性问题：优化工艺和方法，使非晶薄膜具有均匀的成分、组织结构和厚度。

（4）      非晶薄膜加热器件的结构设计及性能评价：对器件的机械结构与电气功能进行合理设计，并对器件在应用环境下进行性能和寿命的综合评价。

3、为学生提供的实验条件：

本项目依托河海大学材料科学与工程学院和长三角物理研究中心先进金属材料器件公共技术平台（下文称“金属平台”）的科研平台完成。

依托河海大学材料科学与工程学院“先进材料与应用研究所”的师资和学院实验中心实验室保障，能够满足学生开展实验的场所需求和所涉及理论知识提升的需求。除学校给与的经费外，指导教师依托相关科研项目可保证该项目的顺利进行。

长三角物理研究中心金属平台致力于先进非晶合金的开发和研究工作，目前已在非晶合金加热带、商用大块非晶合金、软磁非晶合金、非晶钎料、非晶丝材等方面开展了相关工作，取得多项研究成果。其中，Fe基非晶合金加热带产品实现推广落地，已应用于室内供暖、畜牧业养殖供暖、室外溶雪化冰、设备/管道伴热等多种场景，并成功孵化企业。

目前，金属平台实验室占地面积2000多㎡，总设备投资2000余万元，研发人员40多人。金属平台检测中心配备了材料成分分析、微观形貌分析、显微组织分析、机械性能、物理化学性能测试、寿命测试等多种科学仪器，并配置了切割、研磨、真空热处理等预处理设备。在薄膜制备方面，金属平台配置了高通量磁控溅射薄膜沉积设备、等离子辅助沉积设备、等离子增强化学气相沉积设备，包括了溅射镀、离子镀、CVD等多个技术领域，为薄膜开发与制备提供了实验条件；在薄膜组织结构表征方面，配置有光学显微镜、扫描电子显微镜、XRD、DSC、白光干涉仪等设备；在物理化学性能表征方面，配置有维氏硬度仪、电阻测试仪、电化学工作站等设备。这些科研设备能够保证该课题的顺利开展。

4、招募学生要求：

（1）材料科学与工程专业二年级或三年级本科生；

（2）完成一定的专业课程学习，对金属材料（新材料）的开发具有浓厚兴趣；

（3）能够熟练使用办公软件和数据处理软件等。