原子台阶调控二维单晶材料生长

自2004年成功实现石墨烯的机械剥离制备以来,二维材料凭借其独特的结构和物理化学性质,在电子、光电和能源等领域引起了广泛的研究和发展.在合成方法方面,科研人员在传统的机械剥离、液相剥离、气相沉积、湿化学合成以及纳米材料相工程等基础上,进一步推进了原子台阶方法,用于制备高质量、大尺寸二维单晶材料(2DSCM).本文详细介绍了近几年关于原子台阶调控2DSCM生长的代表性工作.首先,对研究背景进行了简要介绍;然后,讨论了2DSCM的主要合成方法,并分析了外延制备非中心对称材料的困难及原因;之后,介绍了通过原子台阶辅助制备2DSCM的生长机制和最新进展,分析了原子台阶调控2DSCM成核的理论基础及通用性,并对未来实现大尺寸、方向可控的2DSCM的挑战和发展方向进行了预测;最后,系统展望了台阶方法制备大尺寸2DSCM在未来规模化芯片器件方向的潜在应用.

微量熔盐法辅助改性超高镍单晶材料

超高镍LiNi_(0.92)Co_(0.04)Mn_(0.04)O_(2)单晶(SC)被视为一种非常有前途的高能量密度正极材料,但其单晶材料存在首圈库伦效率低、充放电比容量较低以及锂离子扩散速度慢等一系列问题。稀土离子La^(3+)掺杂可以改善单晶材料循环性能,然而单晶颗粒的生长往往受到抑制,需要提高烧结温度。本文通过LiOH–La(NO_(3))_(3)–LiF形成微量熔盐体系,提高局部反应温度来促进La^(3+)和F-掺杂与晶粒生长,研究了La(NO_(3))_(3)、LiF用量对SC层状结构、晶体形貌和电化学性能的影响。实验结果表明,LiOH–La(NO_(3))_(3)–LiF微量熔盐法掺杂改性对SC的内部结构、颗粒形貌、首次充放电容量、倍率特性、循环性能具有明显的改善作用;适量的La^(3+)和F^(–)掺杂能够增强单晶材料的晶体结构,降低Li^(+)脱嵌过程中的迁移能垒,也提高了Li^(+)的脱嵌速度;同时缓解了单晶材料在循环过程中内部应力累积,提高了单晶材料的锂离子扩散速率与长循环稳定性。该种局部熔盐辅助掺杂的方法为开发高性能超高单晶正极材料提供了良好的借鉴。

HILL屈服准则与晶体塑性模型对FCC单晶材料塑性各向异性描述能力的比较

采用宏观 HILL 模型和晶体塑性模型对面心立方单晶 ( FCC)材料的非均匀变形进行了数值模拟 ,意在比较两种不同尺度的模型对塑性各向异性的描述能力的差异。为了使两种模型具有可比性 ,对于 FCC单晶材料 ,本文提出一种用晶体塑性模型来确定 HILL模型中各向异性参数的标定方法。数值分析表明 ,两类模型对单晶体塑性各向异性的描述能力存在着差异。对 FCC单晶材料 ,HILL模型对各向异性的预测能力没有晶体塑性模型细致 ,晶体塑性模型更能追踪塑性各向异性的变化。但两种模型对应力应变响应预测的趋势是一致的。对两种模型描述的差异 。

面心立方晶体单晶材料弹塑性本构模型

基于正交各向异性材料在偏轴受载时存在拉、剪应力耦合效应的影响,通过增加一项由应力偏张量分量的二次乘积项构成的应力不变量,对Hill屈服模型进行修正,并根据面心立方晶体单晶材料的屈服特点提出了新的屈服准则。用新屈服准则对国产DD3单晶合金的屈服应力进行预测,预测结果与试验结果相吻合;新屈服准则与Hill屈服准则相比,在760℃时的预测精度显著提高。在此基础上,重新定义适合新屈服准则的等效应力和等效应变,并由联合流动法则,以屈服函数作为塑性势函数,建立面心立方晶体单晶材料的弹塑性本构模型,推导出相应的弹塑性矩阵。对于各向同性材料,新屈服准及其等效应力和等效应变退化为VonMises屈服准则和其相应的等效应力与等效应变。

面心立方晶体单晶材料多轴低周疲劳寿命的估算方法

用立方晶体单晶材料的等效应变和等效应力作为参量,考虑正交各向异性材料偏轴受载时存在正应力和切应力的耦合效应,引入k参量描述非对称循环载荷对疲劳寿命的影响,建立工程上实用的幂函数形式的面心立方晶体单晶材料多轴低周疲劳寿命预测模型。将立方晶体单晶材料屈服准则及其弹塑性本构模型集成到ANSYS软件中,对DD3单晶合金在680℃温度下的低周疲劳缺口试样进行非对称载荷循环应力应变分析。对不同的模型参量进行多元回归相关分析,发现用立方晶体单晶材料等效应变和等效应力作为模型参量拟合的回归曲线的相关系数最大,k参量与循环次数之间呈幂函数关系。利用CMSX-2镍基单晶合金薄壁圆筒试样的拉—扭循环载荷低周疲劳试验数据和DD3镍基单晶合金缺口试样的低周疲劳试验数据对模型进行验证,试验所得数据分别落在2.5倍和2.0倍偏差分布带内。

单晶材料X射线应力测定原理与方法

结合单晶X射线应力测定基本原理,通过必要的理论分析,对现有单晶应力测定方法进行必要的改进和优化。基于工程实际应用需要,精简了单晶应力测定步骤并拓宽其应用范围,即不需要事先精确已知2θ0,只需改变空间方位角ψ和φ,再通过多元线形回归分析方法即可计算出各应力分量。最后给出了单晶应力测定的典型实例,即对同一部位重复测定应力,证实测量误差不超过±20MPa,说明该方法具有较高的测量精度和可靠性。

单晶材料的新发展及其对生长技术的挑战

近年来,宽带隙半导体 GaN、SiC、ZnO,弛豫铁电体PZNT,热电半导体β-FeSi_2,超导体MgB_2等功能晶体材料引起了人们的广泛关注。这些材料大多具有非常优异的性能和巨大的应用前景,但生长工业应用的体单晶非常困难。本文从晶体生长技术角度综述了这些晶体的研究进展,结合其物理化学特性探讨了单晶生长中遇到的一些关键问题。通观这些热点单晶材料的研究现状,一方面我们可以把晶体膜的制备技术看作是传统晶体生长技术的延伸,另一方面,膜技术的发展和单晶生长中存在的问题,也是对传统生长工艺的挑战。

硅单晶材料发展动态

概述了现代特大规模集成电路对硅单晶片的质量要求、直拉硅单晶生长工艺及晶片加工技术研究进展和硅单晶材料市场现状及发展趋势。

InP单晶材料现状与展望

介绍了制备InP单晶材料的主要方法,包括传统液封直拉技术(LEC)、改进的LEC技术、气压控制直拉技术(VCZ0PC-LEC)0垂直梯度凝固技术(VGF)0垂直布里奇曼技术(VB)等。对这些方法进行了分析和对比,指出各种方法的优势和发展方向。还讨论了大直径InP单晶生长技术的发展和关键因素。

InP单晶材料性能及制备方法

介绍了InP单晶材料的特性、应用方向及制备的主要方法,主要包括液封直拉技术(LEC)、气压控制直拉技术(VCZ/PC-LEC)、垂直梯度凝固技术(VGF)、垂直布里奇曼技术(VB)等。通过对各种生长方法进行对比,指出了各种方法的优势和不足,最后探讨了各类生长方法的应用领域和今后发展方向。

喷丸强化对DD5单晶材料疲劳性能的影响

采用铸钢丸和陶瓷丸对D D5单晶高温合金喷丸强化,进行了旋转弯曲疲劳性能试验、表面粗糙度分析、显微硬度沿层分布分析及疲劳试棒端口分析。结果表明铸钢丸和陶瓷丸喷丸均能提高DD5疲劳寿命。

氧化物系单晶材料的发展

一、前言 稀有金属氧化物系单晶材料主要有铌酸锂、钽酸锂、锗酸铋、钆镓石榴石和钇铝石榴石等。这些材料具有压电、光电、光学等一系列优良性能。随着电子工业和激光等先进技术的发展,近年来应用范围越来越广,使用量越来越多。

利用生物技术得到金刚石单晶材料的可能性分析

随着社会发展,钻探中对超硬材料金刚石的需求日趋增加。目前人造金刚石都需在高温高压下合成。联想到蚕吐丝,蚌壳生珍珠,故笔者考虑是否能用生物或者生物技术,制取金刚石。本文从利用生物技术制取金刚石的角度出发,分析考虑了几种用生物技术制取金刚石的方法,为日后生物制取金刚石提供方法和思路,具有一定价值。

单晶材料纳米加工的分子动力学模拟研究进展

分子动力学模拟技术是纳米加工研究的重要方法之一。本文概述了经典分子动力学模拟的基本原理和方法,并结合分子动力学模拟的发展历程,从单晶材料纳米加工的物相转变、结构及热力学特性、介质的影响以及加工后亚表面变形层特性这5个方面,综述了分子动力学模拟在单晶材料纳米加工研究中的应用,最后分析了单晶材料分子动力学模拟中存在的一些问题及需要关注的方向。

碳化硅单晶材料残余应力检测技术研究进展

SiC单晶材料被称为第三代宽带隙半导体材料,凭借强度高、化学性质稳定、抗干扰能力强等优势被广泛应用于军工、核能和电子等领域。然而SiC单晶在制备、加工和使用过程中,往往会存在残余应力,这严重影响着单晶材料的质量和使用寿命。为准确评估晶体质量、服役过程中的可靠性和材料寿命,有必要对单晶材料的残余应力及分布规律进行深入研究。本文分析了SiC单晶中残余应力的来源,归纳总结了单晶材料应力检测技术的研究现状,并对SiC单晶材料应力检测方面的未来发展趋势进行了展望。

立方晶系单晶材料晶体取向对纵波声速的影响

单晶材料声速各向异性的特点使传统超声测量在对其厚度测量时存在一定误差。从理论上推导立方晶系单晶材料{100}晶面内的声速模型,设计加工立方晶系单晶材料的声速测量试块,测量超声入射角与晶体不同取向下纵波声速大小,求得该材料的实际声速模型。从模型中发现该材料不同晶体取向下纵波声速在5300～6130m/s内变化,变化幅度约15.6%。该模型为立方晶系单晶叶片的壁厚误差修正提供了可靠的数据支持。

定向结晶及相应单晶材料弹性常数间的关系

使用解析法和有限元数值方法,对定向结晶镍基高温合金以及相应镍基单晶材料工程弹性常数值进行了研究。结果表明二者之间存在相当紧密的联系,其中的3项常数在理想状态下可以认为是对应相等的,并且,在已知其数值的情况下,可以通过解析法和有限元法计算出定向结晶材料的其余常数。根据计算结果,总结出2类材料弹性常数值的规律,提出了相应的建议。

脆性单晶材料的各向异性对金刚石切削表面质量影响的研究

从晶体结构的各向异性特性出发 ,对各个滑移系、解理系优先产生解理或滑移给出合理的判据 ,揭示单晶材料已加工表面粗糙度呈扇形分布的原因 ,研究能够消除这种扇形分布的加工方法 ;在此基础上 ,首次应用原子力显微镜对脆性单晶材料的金刚石切削表面明暗区域的微观形貌进行观察 ,很好地验证了该判据的正确性。

单晶材料断口结晶学小面的取向测定方法

本文论述了用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对单晶材料断口结晶学小面的取向进行测定的方法,即图象测量标定法。

钙钛矿及类钙钛矿热致变色单晶材料的研究进展

随着人们对智能光伏玻璃、智能温度传感器等智能光电器件的需求增加,卤化物钙钛矿热致变色材料逐渐走进大众视野,由于钙钛矿材料的颜色可随温度发生快速响应,且该循环可逆,其在智能变色半导体器件中的应用相关研究已获得了广泛的关注。本文从钙钛矿单晶材料出发,首先介绍了钙钛矿及类钙钛矿单晶材料的几种常用液相制备方法。随后分别重点介绍了三维卤化物钙钛矿、低维类钙钛矿等几类单晶材料的热致变色现象,包括不同类型的材料因结构不同,而表现出两种不同的热变色机理:以低维类钙钛矿材料为代表的结构相变和以双钙钛矿材料为代表的晶格膨胀。对比了不同单晶材料热致变色性能的优劣,如是否具有可逆性等,同时介绍了其在多功能应用领域的发展潜力。最后对钙钛矿热致变色材料目前面临的挑战和未来的发展进行了展望。