10层Al(100 nm)/CuO(100 nm)复合膜SEM图

    除了平行膜结构，学者们还考虑将纳米铝颗粒沉积到氧化物纳米线上，形成核壳结构的复合含能薄膜，这种材料的优点在于能够增大表面接触面积，并能有效降低点火温度，减少材料中的杂质，此外还可以通过需要对材料的尺寸进行调整并集成在硅基底上从而应用于MEMS技术。Kaili Zhang等人[10]在2007年率先利用热退火的Cu膜，制成了CuO纳米线，接着采用热蒸镀的方法将纳米铝包覆于该纳米线，形成核壳结构的复合薄膜，如图1.4（a）所示，他们通过DTA和DSC对其进行表征，测得在500 ℃左右时薄膜发生反应，总放热量为2950 J·g-1，他们随后将这种结构的薄膜集成于硅基底上，开始尝试将这种材料与MEMS技术结合。接着，他们制备出蜂窝状结构的Al/NiO复合含能薄膜，如图1.4（b）所示，DSC测得，当温度达到400 ℃时二者就开始反应，通过DTA数据测得放热约为2200 J·g-1[11]。该课题组在2012年使用水热法，使Co3O4纳米棒生长于硅基底上，然后通过热蒸镀将Al包覆在纳米棒外层，形成核壳结构，如图1.4（c），他们通过改变Al层的厚度，研究Al层厚度对放热量的影响，所得到的最高放热量高达3635 J·g-1[12]。Menon等人[13]采用模板法，制备具有“嵌入式”纳米结构的Al/ Fe2O3复合含能薄膜，他们将多孔氧化铝作为模板，然后使Fe纳米线沉积到模板表面，出去模板的同时将Fe氧化为Fe2O3，得到直径约50 nm的Fe2O3纳米棒，最后使用热蒸镀将Al包覆在Fe2O3表面，形成纳米复合薄膜，如图1.4（d），点火试验表明，其点火温度较低，而通过黑体发射光谱测得其燃烧温度达4000 ℃左右，该法制得的纳米棒直径和高度均可调节，而且材料密度较大，适用于制备大接触面积的嵌入式纳米复合含能薄膜。

 l/金属氧化物核壳结构含能薄膜SEM图：a)CuO/Al薄膜；b)NiO/Al薄膜；c)Co3O4/Al薄膜；d)Fe2O3/Al薄膜论文网

    南京理工大学在Al/CuO薄膜方面也进行了探索和研究。胡艳等人[14]通过研究发现，在Al/CuO薄膜中，Al膜和CuO膜是由均匀的纳米晶粒组成的，薄膜桥通电后，激发Al与CuO发生氧化还原反应，与单独的Al相比，复合结构能够增加电流脉冲的持续时间。朱朋等人[15]对Al/CuO复合薄膜的电爆过程进行了测试研究后，认为Al/CuO复合薄膜在一定条件下可以发生氧化还原反应，其生成热接近于标准状态下的生成热（-1203.8 kJ·mol-1），并从理论上推导出Al/CuO的化学反应是分两步进行的。

    综上所述，国内外对金属/金属氧化物复合含能薄膜在制备工艺、性能测试方面进行了广泛的研究。由于该种薄膜采用的制备工艺与MEMS器件的制备工艺之间具有良好的兼容性，因此使得其可以集成于MEMS器件中，形成MEMS含能点火器件。目前该类薄膜主要有两种结构：一种是金属和金属氧化物交替形成的多层结构，这种结构能使反应物结合紧密，各组分接触面积较大，其缺点在于只能使反应物在一维平面上实现纳米尺径的结合，在界面处能量释放需要经历相互扩散的过程，而且这种制造方法造价昂贵，耗时，不宜大规模生产；另一种是使用Al包覆金属氧化物纳米线，形成核壳结构的Al/金属氧化物纳米复合含能薄膜，这种薄膜优点是组分间接触紧密，材料中杂质较少，而且其制备工艺易于与微机电系统结合，能够很好的兼容MEMS技术，然而目前只能将少数几种金属氧化物制成纳米线的结构，如CuO、NiO、Co3O4。因此还需要科技工作者进一步研究，改进制备工艺或者改换思路，解决上述问题。

3  含能半导体桥

半导体桥（Semicronductor Bridge，SCB）火工品[16]，是一种使用半导体膜（或金属-半导体复合膜）作为发火原件，进而发展为利用微电子集成技术，使得火工品具有逻辑功能的火工品。可以作为含能薄膜的半导体桥只有其中的反应式半导体桥，由于这种半导体桥增加了可以参与反应的含能物质，大大提高了能量输出，增强了点火可靠性，而且半导体桥中使用的Si恰好是半导体行业使用最广泛的原材料，可以通过微电子元件生产技术实现制造、封装等工序的自动化[17]，从而大批量生产。基于这些优点，含能半导体桥可以作为MEMS用含能薄膜的一种理想选择。