类金刚石磁盘保护膜的性能、应用与制备

类金刚石膜在磁盘和读写磁头之上形成一层关键的保护膜。磁存储密度的飞速发展可以使存储密度上限达到 1万亿字节 /英寸2 。这要求读写磁头距离磁盘更近 ,即需要一层仅 1nm～ 2nm厚的类金刚石薄膜。四面体结构的非晶碳膜能够满足磁存储技术的要求 ,即形成原子尺度平滑、连续、致密 ,只有几个原子层厚的碳膜。磁过滤阴极弧方法、等离子体增强化学气相沉积方法可用来制备符合要求的超薄碳膜。

内燃机活塞表面瞬态温度传感器的研制

针对内燃机活塞表面温度变化迅速的特点,研制了一种瞬态温度传感器用于测量活塞表面温度。采用直流脉冲磁控溅射的方法将NiCr薄膜直接溅射沉积在高温烧结后嵌有NiCr、NiSi丝的陶瓷元件端面,NiCr薄膜外侧溅射Si3N4保护膜。传感器外壁选用带螺纹的304不锈钢作为铠装套筒。采用自行研制的薄膜热电偶静动态标定系统对所研制的瞬态温度传感器进行标定,结果表明：所研制的传感器在50-400℃范围内具有良好的线性和热稳定性,其塞贝克系数在39-41μV/K之间,非线性误差小于0.34%,重复性好;热接点薄膜厚度为355nm时,传感器的响应时间为41.7μs,且响应时间随着薄膜厚度的增大而增加;该瞬态温度传感器可以满足曲轴转速为1800r/min的内燃机活塞表面瞬态温度测试的需求。

NiCr高温薄膜电阻应变计制备及耐高温性能研究

针对高温环境下应力应变测试的技术难题,提出了一种以NiCr薄膜为敏感材料的高温薄膜应变计的制备方法,并对薄膜应变计敏感层的耐高温性能进行研究。研究发现,NiCr薄膜在高温下微观结构、成分发生明显转变,电学性能急剧下降。对添加SiN_xO_y和ITO薄膜后的NiCr薄膜分别进行高温测试发现,NiCr薄膜结构、性能没有明显改变,表明SiN_xO_y和ITO薄膜保护下的NiCr薄膜高温下性能稳定。所制的高温薄膜应变计在50~350℃内电阻温度系数为（80~787）×10-6/K,常温下应变灵敏系数为1.19,机械滞后为5.02,高温下的应变测试性能有待进一步研究。

瞬态切削用智能测温刀具的研究

针对传统切削温度测量手段无法实时测量刀尖切削区域瞬态温度的技术难题,研制一种基于Ni Cr-Ni Si薄膜热电偶的瞬态切削用智能测温刀具,采用直流脉冲磁控溅射技术制备了致密性和绝缘效果良好的Si O_2绝缘薄膜及热电偶电极薄膜;利用自行研制的薄膜热电偶自动标定系统对研制的测温刀片的静、动态技术特性进行测试和分析,结果表明所研制的测温刀片在30~300℃范围内具有良好的线性,其塞贝克系数为40.5μV/K,最大线性误差不超过0.92%,且响应速度快,时间常数为0.083 ms;可嵌入刀杆的温度测试单元实现了在切削加工过程中对瞬态切削温度数据的实时采集、数据存储与无线传输功能;现场试验结果显示,所研制的智能测温刀具可以快速准确监测0.1 s内刀具刀尖处瞬态切削温度的变化,为瞬态切削温度测试提供了新的方法,为智能测温刀具的研究与开发提供了新的技术途径。

薄膜热电偶测温螺钉传感器的研制

针对正常工况下的内燃机活塞表面温度变化迅速的情况,研制了一种便于安装的薄膜热电偶测温螺钉传感器。采用直流脉冲磁控溅射的方法将NiCr/NiSi热电偶薄膜直接溅射沉积在与内燃机活塞同种材料的测温螺钉的端部,热电偶薄膜和测温螺钉之间采用相同的磁控溅射方法制备Al2O3绝缘薄膜,采用自行研制的薄膜热电偶静、动态标定系统对所研制的测温螺钉进行标定,结果表明所研制的测温螺钉传感器在50～400℃范围内具有良好的线性和热稳定性,其塞贝克系数为41.9μV/K,最大线性误差不超过0.9%。热接点厚度仅为2μm,其响应时间为47.5μs。可以满足曲轴转速为1 800 r/min的内燃机活塞表面瞬态温度测试的需求,为内燃机结构的优化改进,新产品的开发提供了有力的保障,为新型传感器技术的进步做出了有益的尝试。

等离子体技术沉积SiCN薄膜中杂质O的来源、化合状态及其对薄膜结构和性能的影响

利用微波ECR等离子体增强非平衡磁控溅射法制备了硅碳氮(SiCN)薄膜,并利用X射线光电子能谱、扫描电镜、椭偏光谱仪等对薄膜成分、结构、性能等进行表征。结果表明薄膜中O杂质含量及其结合态对薄膜的化学结构和机械性能都产生了很大影响。Si靶溅射功率最低时(100W),薄膜中O杂质含量高达10.63%,以Si-O键结构为主,此时薄膜的疏松结构导致大气环境下O的化学吸附是O杂质的主要来源;在高Si靶溅射功率情况下(>250W),薄膜中O杂质含量低于4%,且以C-O键结构为主,薄膜致密,硬度最高达29.1GPa、折射率可达2.43。

微波ECR等离子体特性及其对DLC膜性能的影响

为了解并优化在微波ECR等离子体增强化学气相沉积制备类金刚石膜工艺研究中的等离子体特性,利用朗缪尔探针法系统地测量了等离子体密度(Ne)、电子温度(Te)随工作气压(p)变化的关系。DLC膜的结构和性能依赖于沉积条件,提高等离子体密度有利于DLC膜的生长。本文示出了不同的CH4流量时,DLC膜的拉曼光谱和表面均方根粗糙度Rrms变化曲线,阐述了等离子体密度Ne、电子温度Te对DLC膜结构和性能的影响。

柔性有机电致发光器件衬底阻透性能的测试方法

FOLED被认为是最具发展前景的下一代显示技术之一,但由于H2O、O2等有害气体的侵蚀,FOLED器件很难达到商用显示器件的最低使用寿命标准(1×104h)。虽然在柔性衬底上制备保护层是延长器件使用寿命的有效方法,但目前为止,还没有商用测试仪器可以评价保护层对H2O、O2等有害气体的阻隔性能。介绍了几种测试H2O、O2渗透率的方法,及它们在评价FOLED衬底保护层阻隔性能方面的应用。

直流脉冲磁控溅射制备ITO薄膜及其光电性能

利用直流脉冲磁控溅射法在室温下制备ITO薄膜.通过台阶仪、紫外-可见分光光度计、四探针仪等表征技术,研究了沉积气压、溅射功率,以及Ar/O2流量比等对ITO薄膜沉积速率、光学性能,以及电学性能的影响.研究结果表明,薄膜沉积速率随沉积气压的增大而减小,随功率的增大而增大;方块电阻随气压的增大而增大,随功率的增大而减小;可见光平均透过率主要受O2流量的影响.在沉积气压为0.5 Pa,Ar/O2流量比为20∶0,溅射功率为250 W,膜厚为200 nm时,薄膜的方块电阻为27Ω/□,可见光平均透过率为84.1%.

沉积参数对碳氮化硅薄膜化学结构及光学性能的影响

利用微波电子回旋共振（MW-ECR）等离子体增强非平衡磁控溅射法制备了碳氮化硅（SiCN）薄膜。研究结果表明：硅靶溅射功率和氮气流量对薄膜化学结构、光学、力学等性能有很大影响。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）表征显示,随着硅靶溅射功率由150W增加到 350 W,薄膜中C-Si-N键含量由14.3%增加到43.6%;氮气流量的增大（2～15 sccm）易于形成更多的sp2C=N键和sp1C≡N键.在改变硅靶溅射功率和氮气流量的条件下,薄膜光学带隙最大值分别达到2.1 eV和2.8 eV。

碳含量对碳氮化硅薄膜化学结构和力学性能的影响

利用微波电子回旋共振(MW-ECR)等离子体增强非平衡磁控溅射法制备了碳氮化硅(SiCN)薄膜。研究结果表明,碳含量对薄膜化学结构、力学性能有很大影响。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)表征显示,随着碳靶溅射偏压由-450 V提高到-650 V,薄膜中碳含量由19.0%增加到27.1%,sp3C-N键含量增多,薄膜生长速率由3.83 nm/min提高到5.83 nm/min,硬度在-600 V时达到最大值25.36 GPa。上述结果表明,提高碳靶溅射偏压,可以提高薄膜含碳量,得到性能较好的SiCN薄膜。

薄膜热电偶瞬态温度传感器Al_2O_3绝缘膜制备工艺及性能表征

制备绝缘性能良好的Al2O3薄膜是研制薄膜热电偶瞬态温度传感器的关键技术之一。针对直流脉冲磁控溅射制备的Al2O3绝缘薄膜总是存在针孔等缺陷,提出了利用直流脉冲磁控溅射加射频偏压技术成功制备了薄膜热电偶瞬态温度测试传感器的Al2O3绝缘薄膜。通过台阶仪、高阻计、扫描电子显微镜和划痕试验仪对Al2O3绝缘膜的成膜厚度、绝缘性、表面形貌及膜基结合力进行了观测,结果表明,制备的Al2O3绝缘膜厚度可达2.4μm;其绝缘性可达2.6×109Ω;薄膜表面光滑,成膜均匀;Al∶O原子比近似为2∶3;与金属基体的结合力可达12N。提供了一种制备高致密、高绝缘性能Al2O3薄膜的简单有效的方法,为制备瞬态温度传感器提供了技术保障。

Ar气压强对直流脉冲磁控溅射制备Mo薄膜性能的影响

利用直流脉冲磁控溅射方法在玻璃衬底上制备太阳电池背接触Mo薄膜。通过台阶仪、四探针电阻仪、X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计等研究了Ar气压强对薄膜结构及光电性能的影响,结果表明,在低的Ar气压强下制备的Mo薄膜晶粒尺寸较大,薄膜结晶质量好,薄膜具有优良的光电性能,Ar气压强的增加将导致薄膜的晶粒尺寸减小,薄膜结晶质量差,结构疏松,从而降低薄膜的光电性能。Ar气压强为0.4 Pa时制备薄膜的晶粒尺寸为21.02 nm,电阻率最低,为14μΩ.cm,波长190 nm^850 nm范围内的平均反射率可达到66.94%。

超薄磁盘保护膜的制备技术

类金刚石薄膜和氮化硅薄膜都是性能很好的绝缘材料,可以用于对磁盘进行保护,在本文中主要讨论了它们各自的制备方法。随着巨磁阻读写磁头(g ian tm agneto-res istive heads)技术的引入,磁盘的存储密度以每年100%的速度在增加,这就要求磁盘保护膜的厚度要尽量的小,所以对制备方法有一定的要求。对类金刚石磁盘保护膜,可以使用等离子体磁控溅射沉积、磁过滤阴极弧沉积、等离子体化学气相沉积来制备;对氮化硅磁盘保护膜,可以使用射频反应溅射沉积来制备。

O_2/Ar比例对直流脉冲磁控溅射制备TiO_2薄膜光催化性能的影响

利用直流脉冲磁控溅射方法在不同O2/Ar比例条件下制备具有不同结构、性能的TiO2薄膜,利用台阶仪、X射线衍射仪及紫外-可见分光光度计等仪器,对薄膜的结构、透光性能、光催化性能等进行表征。研究结果表明:TiO2薄膜的结构、光催化性能等强烈依赖于沉积过程中的O2/Ar比例。在低O2/Ar比例条件下制备的TiO2薄膜,薄膜处于O控制生长阶段,相应薄膜处于高速生长状态,薄膜经退火处理后形成锐钛矿(101)相择优取向结构,同时薄膜对甲基橙溶液降解率较低。随着O2/Ar比例的增加,薄膜生长速率逐渐降低,薄膜逐渐呈现多相混合生长,经退火处理后薄膜呈现锐钛矿(101)相与(004)相的混合相结构,相应薄膜对甲基橙溶液降解率增加,在O2/Ar比为6/14时,其对甲基橙溶液降解率达到最大值,为86.45%。继续增加O2/Ar比例,在高O2/Ar比例条件下,薄膜沉积速率较低,沉积离子有充足的驰豫时间释放自身能量以寻找低能位置,因此在薄膜沉积过程中主要形成能量最低的锐钛矿(101)相结构,经退火处理后薄膜呈现锐钛矿(101)相择优取向结构,在O2/Ar比为20/0时,薄膜对甲基橙溶液降解率下降至52.15%。

SnO_2纳米粒子制备及其应用研究进展

SnO_2纳米粒子作为一种新型宽禁带n型半导体材料,兼具纳米粒子和SnO_2半导体的双重优点,得到广泛应用,但仍有许多因素制约着它的进一步发展。其中,如何制备性能优异的SnO_2纳米粒子成为目前材料研究中的活跃课题之一,具有重要的科学意义。本文介绍了SnO_2纳米粒子的结构和特点,系统综述了SnO_2纳米粒子的物理和化学制备方法;同时总结了SnO_2纳米粒子应用研究进展以及在制备中遇到的团聚问题,并简述了本课题组在SnO_2纳米粒子制备应用中所做的工作。

氧化物玻璃中的类分子结构单元

本文引入团簇加连接原子模型来解析硅酸盐玻璃相关氧化物的结构,并给出了这些氧化物的最小结构单元——类分子结构单元.参与网络形成体的氧化物主要以三角形或者四面体的配位体形式存在,构建玻璃的三维网络状骨架.如基础的网络形成体SiO2,其类分子结构单元团簇式是为[Si-O4]Si,含有的价电子数为32,形成四面体网络.中间体以同时形成八面体和四面体为特征,网络外体则以立方体和八面体为主.经证实,这些类分子结构单元无一例外,均满足八电子规则(即每个结构单元所含的价电子总数为8的整数倍),具有分子的属性.玻璃中氧化物类分子结构单元概念的提出,将为后续的玻璃成分设计工作打下基础.

介孔磷酸锆固体酸催化剂的制备及其催化性能

采用水热法制备了介孔磷酸锆固体酸催化剂,通过X射线衍射、傅里叶红外光谱、氮气吸附法、氨气程序升温等表征方法对该催化剂进行了表征,结果表明该催化剂具有介孔结构、较高的比表面积及较多的Br?nsted酸性位,将该催化剂应用于纤维素水解制葡萄糖反应体系中,较适宜的反应条件为反应温度160℃、反应时间4h、催化剂用量与微晶纤维素原料比1∶3,单次反应纤维素转化率和葡萄糖选择性可达到50%,5次循环反应后纤维素累积转化率达到80%,在整个过程中催化剂并未发生明显失活,这表明该催化剂的纯单一磷酸锆(Zr PO)结构有利于提高其热稳定性,介孔磷酸锆固体酸催化剂在纤维素水解实验中表现出很大的潜力,可作为非均相固体酸催化剂用于葡萄糖生产以减少无机酸的应用。

氧离子束工作压强对PET表面化学键结构及润湿性能的影响

利用直流离子源产生氧离子束并在室温条件下与PET表面进行相互作用。通过X光电子能谱仪、接触角测试仪等表征技术,分析氧离子束工作压强对PET表面化学组分、化学键结构,以及对极性H2O分子液体的静态接触角等性能的影响。研究结果表明,当氧离子束与PET表面相互作用时,PET表面的C-O、C-H键首先被破坏,氧离子与C-垂悬键结合形成C-O或C=O极性键。随着氧离子束工作压强的增加,更多的氧离子与PET表面相互作用,导致处理后的PET表面含氧量增加,C=O/C-O比例增加,对极性H2O分子液体侵润性增强。当氧离子束工作压强增加至0.9 Pa时,处理后的PET表面氧元素相对百分比含量由纯PET的28%增加至37%(原子比),C=O/C-O键比例由纯PET的1.13∶1增加至2.85∶1,而极性H2O分子液体的静态接触角由纯PET的55.3°减低至7.0°,接近于完全润湿。上述结果表明,氧离子束是一种有效调节PET表面化学组分、化学键结构、及表面性质的简单而有效的方法。

高信噪比Langmuir探针系统

介绍了一套以积分网络为基础的新型Langmuir探针系统。该系统使用积分网络进行数据采集,在数据采集过程中同步完成模/数转换,有效地抑制了噪音干扰。以数据采集卡为接口与计算机系统进行数据通信,提出了一种在等离子体诊断中有效抵制噪音干扰的方法,大幅度提高了探针的信噪比。探针系统已成功地应用于ECR等离子体源中。实验表明:该探针系统具有良好的抗干扰效果,得到的I-V特性曲线平滑,无明显的背景干扰信号,获得高出普通Langmuir探针10.9dB的探针信噪比。