现阶段MEMS用含能薄膜主要有以下几个种类：金属/金属纳米复合含能薄膜、Al/金属氧化物纳米复合含能薄膜、含能半导体桥、纳米多孔硅/氧化剂薄膜等，下面分别对国内外研究现状进行介绍。

1  金属/金属纳米复合含能薄膜64347

    由不同金属相互复合构成的含能薄膜桥，受到外界电能的激发作用时，会发生电热效应，而在电热效应的作用下，构成桥膜的金属相互反应，或者是金属晶格能发生相应变化，释放出更多的能量，由于这种特性，金属复合含能薄膜桥具有较高的能量输出强度，而紧密接触的复合金属极大的减少了点火反应时间，再加上可以使用微电子制造工艺进行薄膜桥的生产制备，与MEMS制造技术具有良好的兼容性，这些优点使得许多研究者近年来对这种复合含能薄膜进行了较为广泛的研究。

    Al/金属复合含能薄膜中，Al/Ni复合含能薄膜具有良好的燃爆性能，能够发生自恃反应，同时又具有良好的导电、导热性能，所形成的金属件化合物具有高熔点、低密度、抗氧化性强的优点。1990年，麻省理工学院的Thompson等人[1]使用电子束交替蒸发的方法成功制备出多层膜结构的Al/Ni复合含能薄膜，如图1.1（a）所示，该薄膜总厚度约为60 nm～300 nm，当使用电火花进行点火时，会引起自恃爆炸反应，测得反应前沿速率约为4 m·s-1。1996年，一项美国专利[2]系统研究了Al/Ni多层复合含能薄膜的反应速率、反应温度和反应热焓等性能。1999年Gavens[3]使用真空磁控溅射的方法，制备出Al/Ni交替沉积的纳米复合含能薄膜，厚度为200 nm的双分子层燃烧速率为1 m·s-1。Christopher J Morris 等人[4]通过研究Al/Ni纳米复合含能薄膜亚稳态金属反应，发现该材料在高压和强大电流作用下，能够在100 ns内将电能转化为飞片的动能，为其提供2～6 km·s-1的飞行速度，由此认为该类含能薄膜材料能量输出强度较高，可以满足MEMS火工品的需求。

除此之外，学者们也对其他种类的二元金属含能薄膜进行了研究，Shuji Tanaka[5]采用磁控溅射法制备出B/Ti复合含能薄膜,并将其集成到半导体桥上，制成反应式半导体桥点火器，如图1.1（b）所示，当B/Ti薄膜受到等离子体作用时，能够发生自恃反应，放出大量的热，并产生几毫米长的火花，在此过程中会产生10-6 N•s的脉冲能量。此外，还有学者对Al/Co、Ni/Ti复合薄膜进行了研究，结果证明二者均可满足较低的点火能量和较高的输出能量[6,7]。

图1.1 金属/金属纳米复合薄膜：a) Al/Ni复合薄膜的SEM图；b ) B/Ti复合薄膜形貌图

2  Al/金属氧化物纳米复合含能薄膜

    纳米量级时Al与金属氧化物的铝热反应反应速率极高，例如Al/ Fe2O3的反应速率可以达到900 m·s-1，这是因为两种物质能够紧密结合，降低了二者间质量传递能垒，提高了反应活性。国外众多学者对Al/金属氧化物纳米复合含能薄膜的种类和性能进行了探索和研究。Blobaum等人[8]将Al和CuO通过磁控溅射的方法交替沉积于硅基底上，制成多层纳米含能薄膜，图1.2为其电镜照片，由于常温下二者较易发生扩散，难以维持良好的多层结构，因而实验过程中装置始终处于低温状态，作者测得多层薄膜的放热为（3.9±0.9） kJ·mol-1。

 Al/CuO纳米复合薄膜电镜图

而Petrantoni等人[9]使用直流反应性溅射的方法，制备出Al/CuO多层膜，每层的厚度为1 μm，如图1.3所示，他们将所的薄膜与微米级多层膜进行对比，DSC测试结果表明，纳米级多层膜反应温度低于Al的熔化温度，而微米级多层膜有近2/3的能量在温度处于1036~1356 K的区间内才能释放，这说明微粒尺径的改变有效增强了薄膜的反应活性。