基于分子动力学研究纳米孔洞对多晶FeO/Fe中FeO断裂的影响

孔洞缺陷是影响表面氧化皮断裂失效的重要因素.本文结合分子动力学软件Lammps和Atomsk软件建立了半径相同位置不同(模型1)和孔洞位置相同半径不同(模型2)两种模型,为了探究两者对FeO/Fe多晶模型拉伸失效的影响,文章从抗拉强度、断裂韧性、中心对称参数(CSP)三方面进行了分析,模拟结果表明:1.当孔洞位于晶界和三叉点时,模型1和2的抗拉强度随着孔洞半径的增大而减小,断裂韧性在抗拉强度降低的同时增强.2.孔洞位于晶内时,模型2的抗拉强度呈现“先下降-后上升-再下降”的变化趋势,断裂韧性整体降低;模型1既增强了模型的抗拉强度,又降低了断裂韧性.3.裂纹扩展受孔洞半径影响较大,半径达到1 nm以上时,模型2的裂纹扩展速度加快,模型1的裂纹扩展速度减慢.本研究为进一步认识氧化皮的断裂过程提供了帮助.

高品质磷化铟多晶的HGF法合成研究

用高压水平温度梯度定向结晶技术合成了磷化铟(InP)多晶。分析了不同温度梯度对多晶配比度的影响,结果表明当温度梯度低于4℃/cm时,多晶呈明显富铟状态,配比度在97%以下;当温度梯度在5℃/cm以上时多晶致密、无铟夹杂,达到近化学配比状态,配比度达到99%以上。对多晶样品进行了霍尔测试和辉光放电质谱(GDMS)测试,合成的高配比度磷化铟多晶载流子浓度在8×10^(15)cm^(-3)以下,迁移率在3900 cm~2·V^(-1)·s^(-1)以上,纯度达到99.99999%以上。多晶中的杂质主要有Si,S,Fe,Cu,Zn,As等,分析了杂质的来源及其对材料性能的影响。

多晶钙钛矿材料的制备及其性能表征

金属卤化物钙钛矿由于具有较多的优点而有望成为下一代直接X射线探测器的候选材料。目前报道的钙钛矿基射线探测器大多以单晶材料为主,单晶材料往往生长条件严苛、生长过程不可控,并且制备大面积高质量钙钛矿单晶材料仍面临巨大挑战。多晶钙钛矿材料制备工艺简单、周期短,且被广泛应用于光电领域。但在宏观尺度上制备大面积高质量的钙钛矿多晶材料也面临着诸多问题。在此,分别通过机械热压制和浆料刮涂的方法制备尺寸可控的(CH_(3)NH_(3))3Bi_(2)I_(9)多晶片和CH_(3)NH_(3)PbI_(3)多晶厚膜,分别对它们的微观形貌、晶体结构和电学性质等进行了表征。结果表明,通过热压法和浆料刮涂法制备的(CH_(3)NH_(3))3Bi_(2)I_(9)多晶片和CH_(3)NH_(3)PbI_(3)多晶厚膜具有较高的晶体质量、致密性和较好的电学性质。

SiC基GaN上多晶金刚石散热膜生长及其影响

通过微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,在SiC基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)异质结构材料上生长多晶金刚石散热膜,采用光学显微镜(OM)、拉曼光谱、非接触霍尔测试系统、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对生长样品进行表征,研究了生长温度、多晶金刚石散热膜厚度对GaN HEMT异质结构材料性能的影响。测试结果表明,当多晶金刚石生长温度为625℃,散热膜厚度为20μm时,GaN材料载流子迁移率降低9.8%,载流子浓度上升5.3%,(002)衍射峰半高宽增加40%。生长温度越高,金刚石散热膜的生长速率越快。当金刚石散热膜厚度相差不大时,生长温度越高,GaN所受拉应力越大,材料电特性衰退越明显。多晶金刚石高温生长过程中,金刚石引入的应力未对GaN结构产生破坏作用,GaN材料中没有出现孔洞等缺陷。

MPCVD法生长曲面多晶金刚石薄膜研究

金刚石振膜具有高保真、声传播速率快、弹性模量高、声阻尼特性好、优异的高频响应特性,是高保真扬声器高音单元喇叭膜的理想材料。目前微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法生长单晶金刚石以及平面多晶金刚石薄膜技术都较为成熟,实现了规模化生产,但是对于曲面多晶金刚石薄膜的研究鲜有报道。利用现有MPCVD设备生长曲面金刚石薄膜,由于等离子体火球在曲面周围分布不均匀,存在曲面膜厚度不均、内应力大、脱模困难等问题。文章根据曲面膜生长的要求,设计谐振腔尺寸及结构并利用有限元设计分析软件进行仿真分析,使等离子体火球均匀分布在曲面基底表面。并制作了相应的MPCVD设备进行曲面多晶金刚石薄膜的生长。最终获得厚度40μm、直径25.7mm、球面半径为25mm的多晶金刚石曲面膜。拉曼测试结果显示,薄膜为质量较好的多晶金刚石。

多晶材料散射模型及识别实验研究

超声波识别在国防、军事、航空航天、核设施等高科技领域具有重要的应用价值.利用超声波可以实现对个体金属材料的识别,但现有研究侧重于识别材料超声信号差异的算法,缺乏识别机理.本文以2A12铝合金为例,利用6个晶粒在尺寸、形状、排布方向以及排列顺序不同时,建立了10个2A12铝合金微结构的初级模型,以此类比多晶金属材料的复杂微观结构.利用Comsol有限元软件仿真计算了金属材料不同微观结构中的超声波时域信号,并将回波信号中的的背向散射信号提取为超声指纹.定义了特征差异Q,量化了具有不同微结构的散射模型间的超声指纹的差异.结果表明,微观结构的细微变化也会导致超声信号出现差异,其中晶粒尺寸的变化对信号的影响更为显著.随后提出了超声识别算法,并对4块形状完全一致的2A12铝合金样品进行了识别实验.识别结果表明,利用超声指纹可以准确识别出目标样品,且各样品间的超声指纹有显著区别.最后对样品进行了扫描电子显微镜实验,所得电子显微镜图片显示了各样品真实微观结构的形貌与差异,证实了所建立的超声散射模型的有效性.

新型红外非线性硒镓钡多晶的合成与提纯研究

硒镓钡晶体(BaGa_(4)Se_(7),BGSe)是目前广受关注的一种新型红外非线性晶体。本文分别采用双温区法和高压辅助法合成硒镓钡多晶原料,并设计大温度梯度快速提纯方法对合成后的多晶料进行提纯。通过粉末X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)和X射线能谱仪(EDS)对提纯前后的BGSe多晶的物相组成和杂质浓度进行了表征。X射线衍射谱与理论模拟图谱结果一致,无杂峰;ICP-MS等测试结果表明,提纯后晶锭中的Fe、Al等金属杂质以及O杂质含量均得到明显降低。本工作可为高品质单晶生长提供原料基础。

基于Cr-O-C钝化层改变多晶Cu表面能和表层位错的脱模力与脱模精度

Cr-O-C钝化层可以提高精密电铸脱模精度,但Cr-O-C钝化层对基底表面的钝化规律和对表层的影响尚未清楚。利用分子动力学方法,在多晶Cu表面沉积离散的Cr、O和C原子,获得不同比例和数量的Cr-O-C钝化层。计算结果表明,不同比例的Cr、O和C原子均可以大幅降低多晶Cu的表面能;随着原子数量的增加,多晶Cu的表面能呈下降趋势;Cr-O-C钝化层增加了多晶Cu表层的位错密度;新增加的位错以Shockley位错为主;在一定沉积原子数量内,位错密度有极值。在多晶Cu表面电沉积不同密度的Cr、O和C原子,通过接触角测试验证了Cr-O-C钝化层降低多晶Cu表面能的结论。电沉积脱模强度和脱模表面粗糙度结果显示,随着沉积原子数的增加,脱模强度和脱模表面粗糙度均降低。研究结果可为利用离散Cr-O-C界面辅助精密电铸脱模提供一种解释。

无压烧结SiC-金刚石多晶材料致密化及物理性能研究

以AlN-Y_(2)O_(3)-Sc2O3为液相烧结助剂,添加不同质量分数金刚石,经无压烧结制备SiC-金刚石多晶材料。采用扫描电镜观察多晶材料显微结构,利用激光闪射法测量其热扩散系数和热导率。研究了金刚石质量分数(1.0%、2.5%、5.0%)和粒度(0.25μm、1.00μm)对SiC陶瓷材料致密化行为和力学性能的影响。结果表明,金刚石质量分数低于5.0%,烧结后的材料相对密度均超过94%;金刚石含量为5.0%的样品相对密度远远低于其他样品。SiC多晶材料的相对密度随金刚石添加量的增加而降低,原料中添加过量的金刚石会降低材料的相对密度。在实验条件下,多晶材料晶粒尺寸没有发生异常长大,硬度为16~18 GPa,断裂韧性为3.8~4.4 MPa·m^(1/2),抗弯强度为239~540 MPa。材料的热导率和热扩散系数随着温度的升高而降低,气孔是影响复合材料热导率的主要因素。

基于三剪统一强度理论的多晶冰软化本构模型研究及应用

随着全球气候变暖情况不断加剧,极地冰川正在加速退缩,冰川发生大规模崩塌、滑塌的频率逐渐增加。冰川冰的主要存在形式为多晶冰,开展多晶冰本构模型研究对于分析冰川稳定性具有重要的意义。本文基于三剪统一强度理论提出了能够反映中主应力影响的屈服函数和塑性势函数,考虑黏聚力随加载过程的变化规律,构建了基于等效塑性应变的硬化函数。采用非相关联流动法则建立能够反映多晶冰力学软化特性的弹塑性本构模型,利用多晶冰常规三轴剪切试验结果对提出的本构模型进行验证,结果表明,提出的弹塑性本构模型能够很好地描述多晶冰的偏差应力-轴向应变及体应变-轴向应变行为。随后,预测了不同中主应力系数条件下的多晶冰真三轴偏差应力-轴向应变及体应变-轴向应变行为。预测结果表明:多晶冰偏差应力-轴向应变曲线均表现出明显的软化,随着中主应力影响系数的增加,残余强度和峰值强度不断增加;体应变随着轴向应变的均表现出先体缩后体胀趋势,并且随着中主应力影响系数的增加,最大体缩量和最大体胀量不断增加。推导出多晶冰弹塑性本构模型的有限差分格式,并写入到数值软件Flac^(3d)中,利用单个单元对写入的本构模型的正确性进行了验证。研究结果旨在为冰川的稳定性评价提供理论及数值模拟基础。

多晶型MnO_(2)-Ru复合催化剂的制备及其电催化水解析氧性能的研究

在二氧化锰(MnO_(2))中引入杂原子是调整电化学水氧化催化活性位点的有效方法。在电催化析氧反应(OER)中,虽然已经研究出了许多MnO_(2)的改性方法,但很少有研究以MnO_(2)为主体,讨论MnO_(2)晶型对催化活性的影响。基于此,本文制备了4种晶型的MnO_(2)(α-MnO_(2)、β-MnO_(2)、γ-MnO_(2)和δ-MnO_(2)),并系统地研究了Ru加入MnO_(2)制备得到的催化剂(x-MnO_(2)-Ru)的OER性能。线性扫描伏安法和计时电位法测试结果表明,β-MnO_(2)在Ru加入后得到的催化剂(β-MnO_(2)-Ru)电化学性能最佳,在电流密度为10 mA·cm^(-2)时拥有300 mV的较低过电位,而且运行24 h后仍保持较好的催化活性。结合表征发现,β-MnO_(2)-Ru具有较多的Mn^(3+)和缺陷氧空位,从而具有优异的电催化性能。

盐酸安非他酮多晶型分子间相互作用分析研究

以多晶型药物盐酸安非他酮为模型药物,探讨晶体结构和分子间相互作用对稳定性影响。对四种晶型从分子构象、分子间氢键等进行了详细比较;利用CrystalExplorer软件中Hirshfeld表面和能量框架模块,从理论上系统地分析了四种晶型中分子间作用方式和作用能的大小。结果显示室温下最稳定的晶型KUMCAX01具有更稳定的分子构象,更高的堆积指数,Cl…H、O…H等较强分子间作用力贡献比例更大,与周围离子总相互作用能更高,为深刻理解多晶型药物晶体构造差异对稳定性的影响提供一定理论依据。

SGGG多晶料合成及晶体生长

掺杂钆镓石榴石(SGGG)晶体是一种性能优越的YIG液相外延片材料,解决SGGG基片内部均一性问题对生长合格的YIG外延片具有重要意义。本文采用固相法合成多晶料技术,考察了碳酸钙、碳酸镁、草酸钆等盐类化合物高温下反应生成SGGG多晶料规律,查明了掺杂元素、长晶温场对SGGG品质的影响。结果表明,使用碳酸钙、碳酸镁、草酸钆等盐类化合物有助于提高SGGG多晶料合成品质,弧顶式长晶温场生长的SGGG晶体内部质量良好,且所得切片晶胞参数满足YIG外延片使用需求。

利格列汀多晶型研究

研究了利格列汀复杂的晶型现象及其晶格中的构象变化.通过培养利格列汀的单晶并进行X射线单晶衍射分析,首次得到了包括晶型A在内的3种晶体结构;结合文献已报道的2种晶体结构,分析了各晶体结构的特点及其晶格中的分子构象.研究结果表明,5种晶体里存在晶型A和晶型F两种晶型,其中晶型F为准多晶型,可以包含多种溶剂,形成通道型溶剂合物,其晶格参数随包含的溶剂略有变化.晶型A的构象与晶型F的构象存在较高能垒,导致2种晶型难以互相转化.晶型F不同溶剂合物之间的分子构象并不完全相同,在粉末X射线衍射(PXRD)谱图上也有显著差异.最后,通过混悬转晶和热分析等方法研究了晶型之间的转化关系.

多晶X射线衍射Rietveld方法在石油炼制与化工催化剂研究中的应用

在石油化工领域,多晶X射线衍射Rietveld方法(简称Rietveld方法)是一种有效且应用广泛地研究催化剂晶体结构的分析方法。简要介绍了Rietveld方法的基本原理、判据及常用的软件,并结合实例重点从催化剂定量相分析和分子筛骨架外阳离子的定位2方面综述了近年来Rietveld方法在石油炼制与化工催化剂研究领域中的应用,总结了利用Rietveld方法进行定量相分析和测定晶体结构的步骤、注意事项及适用范围,最后对Rietveld方法在与电子衍射、计算化学和原位表征相结合以及软硬件技术升级等方面的发展前景进行了展望。

多晶X射线衍射在石油炼制与化工催化剂研究中的应用

在石油化工领域,多晶X射线衍射是一种最有效、应用最广泛的研究催化材料晶体结构的分析方法。简要介绍了X射线衍射技术的基本原理。重点从物相定性/定量分析对催化材料组成确定、相对结晶度的现行标准及其对分子筛水热环境下结构变化的研究、晶胞参数的现行标准及其对催化活性中心的辨识、晶粒大小测定方法及其对反应扩散的影响等多个方面综述了近年来X射线衍射基础方法在石油炼制与化工催化剂研究中的应用,并阐明了这些方法的注意事项及适用范围。此外,介绍了中石化石油化工科学研究院有限公司在该领域取得的研究进展。并对X射线衍射技术在技术升级、机器学习、原位表征及联用技术等4个方面的发展进行了展望。

面向多晶金刚石的等离子体高效抛光技术

作为一种典型的难加工材料,多晶金刚石的抛光存在着材料去除率低、损伤引入较多、难以获得亚纳米级粗糙度等诸多问题。采用一种基于大气电感耦合等离子体的非接触式加工方法,在纯氩等离子体中引入氧气作为反应气,激发产生高活性氧自由基,并在多晶金刚石表面不同位点处发生差异化刻蚀,最终实现多晶金刚石的高效抛光。研究结果表明:随着含氧等离子体辐照的进行,多晶金刚石表面晶粒尖端位点被快速去除,晶粒间的高度差大幅下降,且金刚石表面粗糙度Sa在30 min内从10.10μm降低至93.70 nm,材料去除率可达34.4μm/min,远高于传统的机械或化学机械抛光方法。拉曼光谱与X射线衍射谱分析表明,该抛光方法未引入非晶碳或新应力损伤,不改变多晶金刚石表面晶粒取向。该方法可作为一种多晶金刚石粗抛技术,与化学机械抛光、紫外激发抛光等精抛工艺相结合,显著提升多晶金刚石的综合抛光效率。

多晶材料NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)的合成与性能

在未来储能市场和低速车领域,钠离子电池前景广泛,正极材料的选择很关键。采用共沉淀法并结合高温烧结制备层状氧化物NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)(NFM333),借助XRD、SEM和恒流充放电等方法,分析NFM333材料的结构、形貌和电化学性能。NFM333材料为典型的O3结构,呈现多晶特征,作为钠离子电池正极具有较高的比容量、良好的倍率性能和稳定的循环性能。材料以0.3C在2.0~4.0 V充放电,-20℃、-30℃和-40℃下的放电比容量分别为20℃下的85.55%、72.88%和45.19%。循环伏安(CV)测试发现,较好的电化学性能归因于较高的离子扩散速率和良好的离子迁移动力学。

硅多晶基磷检验中硼和碳的引入分析

硅多晶作为超高纯半导体原材料,需要按照标准对其杂质进行检测,从而判定质量等级决定其最终用途。文章通过分析磷基制样过程中硼和碳杂质的情况,探讨了可能引入杂质的来源,并给出了控制建议以达到提高分析结果准确性的目的。

WSP多晶催化复合膜对重金属废水的电还原强化处理性能

采用氧化石墨烯(GO)、铁粉(Fe-Fe_(3)O_(4))和二氧化铅(PbO_(2))制备合成多晶催化剂,利用水溶性纸(WSP)辅助催化剂负载导电基表面,通过相转化法制备具有高催化活性和高电导性的WSP多晶催化复合膜,并将其用作微生物燃料电池-膜生物反应器耦合系统(MFC-MBR)阴极电极膜,开展含铜/镍重金属废水电还原强化处理性能研究。实验结果表明,相比对照组,WSP多晶催化复合膜具有低还原电位及低欧姆电阻特性(还原电位和内阻仅为0.12 V和1.38Ω);形态学表征证实,膜面负载催化剂均匀,高活性催化界面有利于重金属电还原过程。WSP多晶催化复合膜辅助MFC-MBR系统开展废水处理,Cu(Ⅱ)去除效率高于90%,Ni(Ⅱ)去除率在99%以上;铜镍混合废水中Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)同步去除率分别达到97.63%、93.18%。本研究表明,采用WSP多晶催化复合膜辅助MFC-MBR耦合系统处理重金属废水,可实现重金属电还原强化脱除,具有高效率低运行成本优势,工程应用前景广阔。