α-Si/Ni多层膜的制备及光电特性研究

简述用超高真空多靶磁控设备制取α－Ｓｉ／Ｎｉ多层膜，用ＸＰＳ和Ｒａｍａｎ谱对新研制的多层膜进行组份分析，结果表明α－Ｓｉ／Ｎｉ多层膜具有周期性成份调制结构．对其光偏振特性及横向光电特性进行了部分测试，结果表明入射线偏振光经α－Ｓｉ／Ｎｉ多层膜反射后出现旋光现象，按设计的电极进行测试，α－Ｓｉ／Ｎｉ多层膜具有横向光电效应．

喷射电沉积电流密度对Ni/Co多层膜性能影响研究

金属多层膜因具有较高的硬度与良好的耐腐蚀性,有望成为性能更为优越的保护性镀层材料。采用喷射电沉积技术在304不锈钢基体上制备了不同电流密度下的Ni/Co多层膜,分别对其微观结构、显微硬度和耐腐蚀性能等方面展开了研究。结果表明:在较高电流密度下的喷射电沉积中,多层膜内主要存在面心立方结构和密排六方结构的晶体,且随着电流密度升高,Ni/Co多层膜表面微观形貌逐渐均匀完整,晶粒逐渐细化。当电沉积电流密度为80 A/dm2时,Ni/Co多层膜的自腐蚀电流密度为5.428×10-7 A/cm2,显微硬度为525.4HV,显示出优异的机械性能与抗腐蚀性能。

脉冲电沉积制备Cu/Ni多层膜及其力学性能

研究脉冲电沉积制备Cu/Ni多层膜的结构和力学特性与其制备方法、条件的关系。基于单槽法和双槽法,利用脉冲电沉积技术,通过不同沉积电位、沉积浓度和沉积温度等条件对Cu/Ni多层膜性能的影响进行探索和优化;使用X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等表征方法分析Cu/Ni多层膜的单层膜铜镍原子比、表面形貌、截面形貌和晶相组成;用附着力性能测试和纳米压痕仪考察了两种Cu/Ni多层膜的附着力性能和力学性能。结果表明,膜层致密平整,结构清晰,硬度和弹性模量均随压入深度先增大后下降,最终硬度稳定在6.5 GPa,弹性模量稳定在100~125 GPa之间,说明脉冲电沉积技术可以实现具有良好附着力性能和力学性能的Cu/Ni多层膜的可控制备。

Cu/Ni多层膜在多冲与压压载荷下的失效行为

采用磁控溅射技术在TC4钛合金表面制备Cu/Ni多层膜,利用多冲和动态循环压压试验装置对膜层的力学性能进行了评价,探讨了冲击条件、多层膜调制周期及结构等对多层膜失效行为的影响,比较了多层膜和单层Cu、Ni膜在多冲条件下的失效行为,以及多冲与循环压压载荷对多层膜失效行为的影响。结果表明:多冲法能够较好地表征Cu/Ni多层膜的结合强度、韧性、内聚强度。压压载荷作用下多层膜的失效主要表现为单一的开裂现象,因而压压法更适合评价膜层的韧性。采用合适的过渡层、离子辅助和基材加热方法可以获得高的多层膜强度和韧性;调制周期小于600nm的Cu/Ni多层膜的内聚强度、韧性及多冲承载能力高于Cu、Ni单层膜;调制周期小于200nm的多层膜呈现出明显的超硬度现象,且具有良好的强韧性能。

Al/Ni多层膜中反应波传播速度的理论研究

为了研究Al/Ni反应多层膜在微纳米点火器件中的应用,采用扩展Mann模型,计算了反应多层膜中反应波的传播速度。定义单层厚度比为δ(2b-1)δ,将现有模型扩展至可计算任意多层膜中反应波的传播速度;计算了Al/Ni多层膜中反应波的传播速度,与试验结果吻合较好,验证了扩展模型。计算结果表明存在一个临界厚度δcr。当对层厚度δbi<δcr时,速度与δbi成正比;当δbi>δcr时,速度与δbi成反比。

Cu／Ni多层膜强化机理的分子动力学模拟

运用分子动力学方法模拟了Cu/Ni薄膜结构在纳米压入和微摩擦过程位错的运动规律,探讨了薄膜结构中位错与界面的相互作用规律.结果表明:Cu/Ni多层膜结构中的层间界面会阻碍位错继续向材料内部扩展,阻碍作用主要来自于两个方面:界面失配位错网对位错运动的排斥阻力使其难以到达或穿过界面;由弹性模量差而产生的界面镜像力使位错被限制在Cu单层膜内运动.这种阻碍作用有利于提高Cu/Ni多层薄膜的力学性能.

电刷镀Cu／Ni纳米多层膜的微动磨损性能

用球-盘磨损装置研究了电刷镀Cu／Ni纳米多层膜的摩擦磨损性能,采用SEM观察了其表面和截面形貌,并比较了该复合膜层与纯镍镀层的摩擦系数随时间的变化趋势、磨损量以及磨痕形貌。结果表明,该纳米多层膜具有较好的抗微动磨损性能,且晶粒细小,组织致密,界面清晰,各子层厚度均匀;该镀层与纯镍镀层的摩擦系数在达到稳定值后无明显变化;该多层膜的微动磨损方式为粘着疲劳磨损。

不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性

为研究不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性,采用电子束蒸发镀膜技术在Si(100)基片上沉积不同周期(Λ为4,12,20 nm)的Cu/Ni多层膜,在真空条件下对试样进行温度为200℃和400℃,时间为4 h的退火处理,分析了沉积态(未退火态)与退火态Cu/Ni多层膜纳米压痕硬度、弹性模量与微结构的演变,讨论了不同调制周期Cu/Ni多层膜的热稳定性。结果表明:200℃下4 h退火后,Λ为4,12和20 nm的Cu/Ni多层膜均保持了硬度与弹性模量的热稳定性。而在400℃下4 h退火后,Λ为12 nm的Cu/Ni多层膜出现了硬度和弹性模量的软化现象,硬度由6.21 GPa降低至5.83 GPa,弹性模量由190 GPa降低至182 GPa。这是由于共格界面被破坏,界面共格应力对Cu/Ni多层膜力学性能贡献作用削弱导致的。

磁性多层膜CoFeB/Ni的垂直磁各向异性研究

应用磁控溅射法在玻璃基片上制备了以Pt为底层的CoFeB/Ni多层膜结构样品,通过测试样品的反常霍尔效应研究多层膜的垂直磁各向异性(perpendicular magnetic anisotropy,PMA),对影响多层膜垂直磁各向异性的各因素进行了调制.实验结果表明,多层膜的底层厚度、周期层中各层的厚度及周期数对样品的反常霍尔效应和磁性有重要影响.通过对样品各参数的逐步调制,最终获得了具有良好PMA的CoFeB/Ni多层膜最佳样品Pt(4)/[CoFeB(0.4)/Ni(0.3)]_3/Pt(1.0).经测试计算,该样品的各向异性常数K_(eff)为2.2×10~6erg/cm^3(1 erg/cm^3=10^(-1)J/m^3),具有良好的PMA性能,样品总厚度为7.1 nm,完全满足制备垂直磁结构材料的厚度要求,可进一步研究其在器件中的集成与应用.

Al/Ni反应多层膜的电爆炸及驱动性能研究

为了研究Al／Ni反应多层膜在爆炸箔起爆系统上应用的可行性，采用磁控溅射法制备了相同厚度的Cu和Al／Ni多层膜桥箔，利用SU-8光刻胶制备一定厚度的加速膛，研究了两类桥箔在相同放电回路中的沉积能量和驱动飞片的平均速度。结果表明：在储能电容电压为1306V的放电回路中，Al／Ni多层膜的沉积能量为0．1205～0．1274J，相比Cu箔提高了近1倍。在电压为1900V时，多层膜沉积能量比Cu箔提升了18％～58％；多层膜驱动的飞片平均速度高于叫占驱动飞片约10％。因此，Al／Ni反应多层膜能降低爆炸箔起爆系统的起爆阈值，提高其冲击起爆的可靠性。

Ni/Cu复合多层膜电爆炸等离子体发射光谱特性及飞片推动性能

为探索复合多层膜爆炸箔电爆炸的作用机理,开展了Ni/Cu复合多层膜爆炸箔性能研究。采用电化学沉积方法制备了相同厚度的Ni/Cu复合多层膜(调制周期分别为200nm/300nm和300nm/400nm)及纯Cu、Ni金属膜,通过等离子体发射光谱特性测试分析,计算获得了不同放电电流条件下不同结构的Ni/Cu复合多层膜、纯Cu、Ni金属膜电爆炸等离子体电子温度。通过匹配加速膛、飞片进行了爆炸箔推动飞片的PDV速度测试和分析,获得了不同放电电流条件下Ni/Cu复合多层膜、纯Cu、Ni金属膜爆炸箔推动飞片性能。研究结果表明:在电流为2.5kA时,(Ni200Cu300)8和(Ni300Cu400)5Ni300电爆炸等离子体发射光谱强度以及等离子体电子温度均高于纯Cu和纯Ni,说明Ni/Cu复合材料在相同条件下电爆炸储能密度更高;在电流为2.5kA时,Ni/Cu复合材料中的Ni开始对等离子体推动飞片起促进作用,(Ni200Cu300)8和(Ni300Cu400)5Ni300爆炸箔推动飞片的加速时间更长,最终速度均高于纯Cu爆炸箔。

界面结构对Cu/Ni多层膜纳米压痕特性影响的分子动力学模拟

金属多层膜调制周期下降到纳米级时,其力学性质会发生显著改变. Cu-Ni晶格失配度约为2.7%,可以形成共格界面和半共格界面,实验中实现沿[111]方向生长的调制周期为几纳米且具有异孪晶界面结构的Cu/Ni多层膜,其力学性质发生显著改变.本文采用分子动力学方法对共格界面、共格孪晶界面、半共格界面、半共格孪晶界面等四种不同界面结构的Cu/Ni多层膜进行纳米压痕模拟,研究压痕过程中不同界面结构类型的形变演化规律以及位错与界面的相互作用,获取Cu/Ni多层膜不同界面结构对其力学性能的影响特征.计算结果表明,不同界面结构的样品在不同压痕深度时表现出的强化或软化作用机理不同,软化机制主要是由于形成了平行于界面的分位错以及孪晶界面的迁移,强化机制主要是由于界面对位错的限定作用以及失配位错网状结构与孪晶界面迁移时所形成的弓形位错之间的相互作用.

DLC多层膜对1Cr18Ni9Ti钢微动磨损性能的影响

用非平衡磁控溅射与等离子体源离子注入 (PSII)的混合技术 ,研究了类金刚石碳 (DLC)多层膜对 1Cr18Ni9Ti钢微动磨损性能的影响。结果表明 :注入N后 ,改性层内形成了CrN和Fe3N等氮化物相 ;PSII技术能够提高 1Cr18Ni9Ti钢基体的微动磨损性能 ;

Ta/Pt双底层Co/Ni多层膜的反常霍尔效应

通过JGP560A型磁控溅射仪制备了一系列以Ta/Pt为底层的Co/Ni多层膜样品,研究了多层膜中Pt缓冲层厚度、周期层中Co与Ni厚度以及多层膜周期数对样品反常霍尔效应和磁性的影响。结果发现:逐渐增厚的Pt层可以使样品的矫顽力增加,但是分流作用会导致样品的霍尔电阻降低,通过比较确定Pt缓冲层的厚度为2nm;磁性层中Co和Ni都处于一定厚度范围内时,多层膜的霍尔回线才能具有良好的矩形度,当厚度超出其特定范围时,多层膜的矩形度会变差,经过分析确定磁性层中Co和Ni的厚度为均0.4nm;磁性层的周期数对样品的性能也有着显著的影响,最终通过对周期数优化获得的最佳样品结构为Ta(2nm)Pt(2nm)Co(0.4nm)Ni(0.4nm)Co(0.4nm)Pt(1nm),该样品的霍尔回线矩形度非常好,霍尔信号明显,该样品总厚度在7nm以内,可进一步研究其在垂直磁纳米结构中的应用。

Ni/Al纳米多层膜的界面扩散与电阻率

采用FS-MS模型研究了Ni/Al纳米多层膜的薄膜电阻率ρ及镜面反射系数P随周期数n、Ni/Al调制比R和调制波长L的演变规律,从而表征了多层膜界面扩散行为的尺度依赖性.结果表明:随着n减小,ρ基本恒定,多层膜界面扩散行为对调制周期数不敏感;而随着薄膜特征尺度R和L的减小,出现ρ异常增加和P明显减小的变化过程.P对薄膜特征尺度的依赖关系反映了多层膜界面扩散行为的尺寸效应,即多层膜界面非对称的互扩散行为只在低调制比与低调制波长尺度下加剧,此时界面互促效应凸现;在高于临界调制波长和调制比的情况下,互促效应弱化,薄膜界面扩散行为不明显.

等离子体沉积非晶SiO_x:H纳米膜层改性医用NiTi合金研究

采用等离子体沉积技术在医用NiTi合金表面制备非晶SiOx：H纳米膜层，并对改性后材料表面化学及膜层晶体结构等进行表征。结果表明，通过控制TMS和Ox两种单体流速比和沉积时间，可控制材料表面亲疏水性和SiOx：H纳米膜层厚度。反应沉积的SiOx：H具有非晶的结构。其最优化条件为：卢（TMS）：μ（O2）-1：4，系统压力3．33Pa，D．C5W，沉积时间4min。所制备的膜层厚度约为45nm，表面去离子水接触角为30～40°。SiOx：H纳米膜层改性NiTi合金表面可提高材料的抗腐蚀性能。

电沉积Zn-Ni多层膜的Ni含量及显微硬度

通过单槽法成功制备出了Zn-Ni多层膜,利用扫描电镜SEM观察Zn-Ni多层膜的截面微观形貌,同时通过随机配带的X射线成分分析仪对镀层的镍含量做了分析;研究了平均电流、占空比、调制波长对多层膜硬度的影响。结果表明:峰值电流对多层膜中Ni的含量影响很大,峰值电流高时,Ni含量高;多层膜硬度也随峰值电流的增大而增大。

利用遗传算法定量分析Ni/Cr多层膜俄歇深度谱

在MRI模型框架下,将遗传算法与卷积及TV-Tikhonov正则化反卷积方法结合,对Ni/Cr多层膜样品在旋转和非旋转条件下测量的俄歇(AES)深度谱进行了定量分析,确定了膜层间的界面粗糙度,重构的原始膜层结构与高分辨透射电镜测量的结果非常好的吻合。

Ni_(80)Fe_(20)复合结构多层膜的巨磁阻抗效应研究

用磁控溅射法在载玻片上制备了(Ni_(80)Fe_(20)/SiO_2)_n/Cu/(SiO_2/Ni_(80)Fe_(20))_n复合结构多层膜,并对其巨磁阻抗效应进行了研究．研究结果表明,采用多组双层结构(n＞1)后,样品的巨磁阻抗效应明显增大;当n=3时,观测到最大的纵向巨磁阻抗(LMI)效应为10．81%,最大的横向巨磁阻抗(TMI)效应为17．08%．当n=4,5时,巨磁阻抗效应比n=3时略有减小．由XRD谱和磁滞回线等,研究了双层结构(Ni_(80)Fe_(20)/SiO_2)循环次数n引起的样品材料晶体结构和磁性能等变化,以及对样品巨磁阻抗效应的影响．

Ni/Ti多层膜界面状态优化分析

目的减小Ni/Ti多层膜表面粗糙度,提高Ni/Ti多层膜对中子束的反射率。方法采用离子束辅助沉积设备沉积Ni/Ti周期性多层膜,通过不同抛光时间和不同离子能量轰击对多层膜界面进行清洗抛光;采用反应溅射法,在镀Ti层时使用氢气和氩气混合气为工作气体,将H原子掺入Ti层以改变晶粒结构而影响多层膜界面状态。结果随着辅助离子源功率的增加,Ni/Ti多层膜的表面粗糙度增加;在合适的离子能量下,随着抛光时间的不断增加,Ni/Ti多层膜的表面粗糙度逐渐减小。Ti层中掺H的Ni/Ti多层膜比未掺H的多层膜表面粗糙度小,界面更加清晰。结论低能量的离子轰击条件下,适当的抛光时间能对多层膜实现较好的抛光效果。Ti层中掺入H原子,抑制了Ni原子与Ti原子的扩散,减小了Ti膜层晶粒大小,从而抑制了表面粗糙度的增加。