High-Throughput Growth of Hexagonal Boron Nitride Film Using Porous-Structure Isolation Layer

Chemical vapor deposition is considered as the most hopeful method for the synthesis of large-area high-quality hexagonal boron nitride on the substrate of catalytic metal. However, the size the hexagonal boron nitride films are limited to the size of growth chamber, which indicates a lower production efficiency. In this paper, the utilization efficiency of growth chamber is highly improved by alternately stacking multiple pieces of Cu foils and carbon fiber surface felt with porous structure. Uniform and continuous hexagonal boron nitride films are prepared on Cu foils through chemical vapor deposition utilizing ammonia borane as the precursor. This work develops a simple and practicable method for high-throughput preparation of hexagonal boron nitride films, which could contribute to the industrial application of hexagonal boron nitride. .

BN-石墨烯-BN夹层式结构的ABS基复合材料导热绝缘性能

为解决石墨烯/ABS复合材料导热不绝缘,采用夹层式结构制备ABS基导热绝缘材料。通过混炼分别得到石墨烯/ABS、六方氮化硼(hBN)/ABS复合材料,再将hBN/ABS对石墨烯/ABS进行包覆,得到了hBN/ABS—石墨烯/ABS—hBN/ABS夹层式结构的导热绝缘材料。研究了石墨烯含量和夹层厚度对ABS基导热绝缘材料标准试样的热导率、电阻率的影响,发现,包覆了hBN/ABS绝缘层后的夹层式结构试样,石墨烯填料对导热性能的提升作用幅度减小,此时,材料受氮化硼/ABS绝缘层热传导的影响较大,与改性前的ABS相比,复合材料导热性能得到较大的改善,同时,复合材料阻值达1×1010数量级,成为绝缘体。

向后微分公式在六角形几何物理-热工耦合上的应用

针对六角形几何物理-热工耦合求解问题,提出了一种二阶变步长向后微分公式,物理和热工采用相同的步长和时间离散格式,并利用变步长技巧,提高计算效率。物理-热工采用模块化方式耦合,物理模块采用基于六角形几何的节块法,热工采用子通道程序,2个模块之间的数据传递通过共享内存的方式实现,开发了基于向后微分公式的HEXCOB-BDF程序。利用两个VVER堆芯弹棒事故验证该方法在物理-热工耦合上的准确性和计算效率。计算结果表明,HEXCOB-BDF程序与KIKO3D,DYN3D,PARCS计算结果相符,同时计算时间约为隐式Euler法计算时间的1/4。表明本文算法具有较好的准确性和较高的计算效率,可为六角形几何物理-热工耦合求解提供参考。

石墨烯与六方氮化硼导电性差异的理论研究

石墨烯和六方氮化硼(h-BN)属于等电子体。二者具有类似的结构,但导电性能截然不同。石墨烯具有良好的导电性能,但h-BN是电绝缘体。本文基于量子化学计算,通过自然键轨道分析、电子密度拓扑分析、核独立化学位移(NICS)和磁感应电流密度(AICD)等方法对模型分子C24H12及B12N12H12的电子结构进行了分析,对石墨烯和h-BN导电性差异进行了理论解释。研究结果有助于加深学生对等电子体、定域、离域π键等基本概念的理解。

用平面六边形割角的细分曲面生成方法

平面六边形是一种更契合自然并具有独特优点的多边形,找到一种方便实用的平面六边形细分格式是细分曲面研究领域中的基础工作之一。本文提出了一种平面六边形细分方法,对任意初始凸多面体网格,只用平面六边形进行割角细分,可以使得细分曲面光滑、保凸、具有插值性质,且细分过程中新增的面片都是平面六边形.我们将该方法简称为平面蜂窝细分.论文给出了平面蜂窝细分的拟线性四点格式几何规则及其细分矩阵,其几何意义直观,相应的算法简单、可行且数值稳定.论文分析了细分曲面的收敛性和光滑性,给出了C光滑性条件及其证明.为了提高细分曲面的光滑性,传统的方法是使边数不同的多边形面片按等比例收缩,该方法对于平面蜂窝细分没有预期效果并且无法处理三角形特殊面;论文给出了一种新方法,获得的割角参数使得细分曲面更加光滑,且可以统一处理三角形、四边形等特殊面,从而避免特殊点/面带来的局限性.论文还提出了平面蜂窝细分方法的一种推广和一种自然边界处理方法,并讨论了平直边界和退化情形下尖锐特征生成的方式,可用于细分任意可定向初始网格.文中给出了一些细分曲面的例子,并与经典的细分方法进行了比较,验证了新方法的有效性和具有的优点.

血管支架预制件的六角形三维虚拟编织

为解决六角形三维编织血管支架的编织工艺复杂、开发周期长的问题,提出了基于MatLab编程的支架三维虚拟编织方法,以快速完成编织工艺开发。首先,基于六角形编织机底盘的结构特点,对底盘单元进行坐标数值化,从而可将支架编织的工艺和工序转换为不同时刻下携纱器在底盘上的XY平面坐标和运动信息以及纱线在芯棒上的高度坐标z值,并应用数值计算方法进行连接和拟合,建立纱线空间轨迹的数学模型,得到虚拟支架的三维基本形态。然后,将编织支架的三维形态展开为二维形态,分析二维平铺形态下单向支架沿螺旋方向缠绕的特点,应用线性方程组求解纱线的交织点坐标,并通过层内和层间的纱线交织关系判断得到各交织点的交织类型。最后,通过方程修正得到具有六角形编织特征的纱线波动方程,进一步建立了具有纱线立体交织特征的虚拟支架实体化数学模型。经不同编织工艺的支架虚拟仿真实验,将虚拟支架与其实物进行比较发现,虚拟支架均能准确直观地表达实物的几何特征和交织特征。由此验证了虚拟仿真建模的正确性,有利于六角形三维编织工艺的快速开发。

缔合Legendre函数的快速插值计算及其在六边形网格模型重力异常计算中的应用

鉴于局部区域非等纬度分布点的超高阶次球谐综合计算效率较低,本文深入研究了缔合Legendre函数的插值算法,结合模型重力异常求解的展开式,提出了超高阶模型空间重力异常插值快速计算方法,为了验证本文方法在东西狭长分布的点集更具有应用优势,采用球谐旋转变换技术进一步提升了计算效率。试验结果表明,利用2160阶次EGM2008模型计算日本地区同一高度的30303个非等纬度分布的六边形网格点处模型重力异常,插值快速计算方法相比逐点计算,在误差不超±0.005 mGal水平下,计算耗时从3669.41 s缩减到98.05 s,同时经过球谐旋转变换,将南北狭长的日本区域点集旋转为东西狭长分布,使得上述相应计算内容的耗时进一步由98.05 s缩减到19.06 s,计算效率相比最初方法提速比达到近200倍,有效解决了非等纬度分布点的超高阶模型重力异常快速解算的效率难题,且验证了该方法在东西狭长分布的情况下具有更高的提速比。

火灾后正六边形孔蜂窝组合梁受力性能研究

火灾后蜂窝组合梁受力性能研究可为建筑结构受火后的加固修复提供重要依据。文章通过两个火灾后正六边形孔蜂窝组合梁的静力加载试验,分析了不同开孔率的正六边形孔蜂窝组合梁的破坏形态和承载性能。结果表明:火灾后正六边形孔蜂窝组合梁在正弯矩作用下会发生弯曲破坏,临近梁端的第3个孔压缩变形较为严重且两侧钢梁腹板局部屈曲,两加载点之间板顶混凝土破坏严重,钢梁上部板面出现纵向贯通裂缝;开孔率是影响火灾后正六边形孔蜂窝组合梁极限承载力的重要因素,相较于开孔率为70%的蜂窝组合梁,开孔率为60%的蜂窝组合梁的极限承载力和延性分别提高了20%和35%;所提出的正六边形孔蜂窝组合梁受火后剩余承载力计算方法具有较好的精度。

一维六方准晶非周期平面内中心开口裂纹的平面热弹性问题

考虑裂纹内部介质的热传导率,研究了一维六方准晶非周期平面内含中心开口裂纹的平面热弹性问题.利用Fourier积分变换技术,得到了热应力、裂纹尖端处的热应力强度因子和应变能密度因子的封闭解.数值结果讨论了裂纹内部介质的热传导率、外载荷及声子场-相位子场耦合系数对热应力强度因子和应变能密度因子的影响.结果表明,声子场-相位子场耦合系数对裂纹扩展影响较大.当声子场载荷较小或热流密度较大时,裂纹不易扩展,热流密度在裂纹尖端处会出现集中热效应.随着裂纹内部介质热传导率的增大,热流密度逐渐增加而热应力强度因子逐渐减小.该文所得结果为准晶热力学性质的实际应用提供了理论依据,进而可用于优化准晶元器件的设计和制备.

基于六方氮化硼的确定性量子光源研究进展

量子光源是量子信息科学技术的基石,对于推动光量子科技的进步至关重要。高效、稳定且易于获得的单光子源的实现是促进相关技术发展的关键。目前,六方氮化硼中的单光子源因其高亮度和优异的室温光学稳定性而备受关注。本文概述了六方氮化硼中单光子源的研究现状和物理特性,详细介绍了在六方氮化硼中实现精确定位单光子源的各种制备技术;并探讨了基于六方氮化硼的单光子源在不同应用领域的应用,如与光学微腔和波导的耦合以及通过外部电场或应力对它们的调制。最后,总结了六方氮化硼中单光子源所面临的机遇和挑战,并讨论了目前正在探索的研究方向以及未来的新可能性。

基于大厚度六方氮化硼中子探测器的制备

六方氮化硼是一种中子敏感材料。介绍了使用低压气相化学沉积在1673K下以大约20μm/h的生长速率制备了高质量203μm厚的六方氮化硼。在氮化硼的两侧沉积厚度为100nm的金电极,制备了垂直结构的六方氮化硼中子探测器。该器件的电学性质表明制备的六方氮化硼材料的迁移率寿命的乘积(μτ)为2.8×10^(-6)cm^(2)/V,电阻率为1.5×10^(14)Ω·cm。在850V电压下,该探测器对热中子的探测效率为34.5%,电荷收集效率为60%。

六边形micro-LED台面制备及光学特性研究

在蓝宝石为衬底的标准绿光GaN-LED外延片上,成功制备了边长分别为6μm、8μm、10μm且具有不同侧壁晶面(m面,a面)的六边形micro-LED台面。通过光致发光谱研究了各个侧壁晶面的六边形micro-LED台面的发光特性。结果显示,在10.5 kW/cm^(2)的注入功率密度下,边长6μm的m面侧壁的micro-LED台面比a面侧壁的micro-LED台面的发光峰强提高了24.4%。在9.05 kW/cm^(2)的注入功率密度下,随着台面尺寸从10μm缩小到6μm,m面侧壁台面单位面积的发光峰强提升了52.8%。结果表明,micro-LED台面侧壁对发光效率具有重要影响,设计制备符合GaN晶格特性的低密度界面态侧壁六边形micro-LED台面,可大幅提高micro-LED发光效率,是实现高量子效率micro-LED的特定解决方案。

空位缺陷调控策略构筑高能量密度六方孔洞MXene水系超级电容器

利用碳空位缺陷有序化策略构筑了多层六方孔洞MXene电极材料,在软包超级电容器中实现了高比容量和高能量密度水系钾离子存储。该电极材料具有较大比表面积的三维六方孔洞结构,为储钾提供了更多的活性位点。结合六方孔洞内壁新暴露的钛原子的化合价变化引起的赝电容效应,阐明了多层六方孔洞MXene水系钾离子超级电容器比容量提高的内在原因。通过密度泛函理论计算多层六方孔洞MXene对钾离子的吸附能,并结合电化学储钾性能实验及动力学分析,确定了钾离子被吸附的最佳位置,得出了钾离子的吸附规律。通过定量分析多层六方孔洞MXene中电子的能带结构和差分电荷密度等电子传输规律,揭示了其水系钾离子超级电容器具有高电导率和良好倍率性能的内在机理。

一种六边形循环分块的Jacobi计算优化方法

Jacobi计算是一种模板计算,在科学计算领域具有广泛的应用.围绕Jacobi计算的性能优化是一个经典的课题,其中循环分块是一种较有效的优化方法.现有的循环分块主要关注分块对并行通信和程序局部性的影响,缺少对负载均衡和向量化等其他因素的考虑.面向多核计算架构,分析比较不同分块方法,并选择一种先进的六边形分块作为加速Jacobi计算的主要方法.在分块大小选择上,综合考虑分块对程序向量化效率、局部性和计算核负载均衡等多方面的影响,提出一种六边形分块大小选择算法Hexagon_TSS.实验结果表明所提算法相对于原始串行程序计算方法,最好情况可将L1数据缓存失效率降低至其5.46%,最大加速比可达24.48,并且具有良好的可扩展性.

基于磁控溅射法生长hBN薄膜的MSM型真空紫外探测器(特邀)

针对目前大面积高质量六方氮化硼(hBN)薄膜的制备与转移存在均匀性、晶粒控制、无损转移等问题,采用射频磁控溅射技术成功在2英寸硅和蓝宝石介电衬底上沉积了hBN薄膜,拉曼光谱、X射线光电子能谱表征证实了薄膜具有明显的hBN特征。制备了hBN基金属-半导体-金属型光电探测器,并探究了电极材料、薄膜厚度以及叉指电极宽度和间距对探测性能的影响。优选出的Ni电极探测器具有极低的暗电流(<3 pA@100 V),对185 nm波长光具有明显光响应,响应度和比探测率分别为2.769 mA/W和2.969×10^(9)Jones。

碳纤维/六方氮化硼/三元乙丙橡胶复合材料导热性能及其数值模拟

5G通讯、消费电子和新能源汽车领域的快速发展对导热材料的需求日益增长,高性能导热复合材料逐渐成为研究热点。由于导热硅胶垫片存在小分子硅油渗出和高温挥发的缺点,不适合用于高洁净度要求的应用场景。文中采用液体三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,以碳纤维(CF)和六方氮化硼(h-BN)为导热填料,制备了不渗油且无VOC排放的柔性导热复合材料,并采用有限元仿真模拟了不同体积比和体积分数的混合填料填充复合材料的导热行为,预测了复合材料的导热系数,并将导热系数的模拟值与实测值进行对比,二者误差在10%以内,吻合度较高。该研究为混合填料填充柔性导热复合材料的导热性能模拟和预测提供了新途径。

六方氮化硼增强环氧树脂基复合材料的研究进展

环氧树脂作为一种综合性能优异的热固性树脂在众多领域得到广泛应用,但是其固化后脆性大且断裂韧性比较低,六方氮化硼(h-BN)作为一种纳米填料与环氧树脂结合可以显著提高环氧树脂的各项综合性能,同时可以极大增强环氧树脂在实际应用中的潜力。文中首先系统介绍了h-BN的结构与性能特点,以及常用的制备、改性与分散方法。其次,着重阐述了h-BN作为纳米填料添加到环氧树脂中形成复合材料,其对于环氧树脂复合材料的热学、电学、机械以及防腐性能的影响,同时也对h-BN增强环氧树脂各种性能的研究进展进行了阐述。最后展望了h-BN/环氧树脂复合材料的发展与应用前景。

Ag/h-BNNS/CPAN复合纤维膜光催化性能研究

为了更好地利用太阳能将CO_(2)转化为附加值产品,采用水煮法,合成比表面积达1009.5 m^(2)/g的六方氮化硼(h-BNNS),以h-BNNS和聚丙烯腈(PAN)为纺丝液原料,采用静电纺丝法制备h-BNNS/CPAN纤维膜,然后通过真空浸渍银盐得到Ag/h-BNNS/CPAN复合膜,并对复合膜的形貌、元素组成、微观结构及光电特性进行表征。结果表明:引入银纳米粒子(Ag NPs)并没有改变h-BNNS的结构,其均匀分布在h-BNNS/CPAN复合纤维膜上;以对硝基苯酚(4-NP)还原为对氨基苯酚(4-AP)反应测定合成工艺条件对复合材料性能的影响,当焙烧温度为220℃、h-BNNS含量为25%时,Ag NPs的光催化效果最好,催化剂光还原4-NP的表观速率为0.326 s^(-1);在以CO_(2)还原为模型的反应中,Ag/h-BNNS/CPAN复合膜的光催化活性与纳米Ag的含量成正比,当Ag NPs含量为2.0%时,光催化2 h后CO_(2)转化为CO的产率为181.4μmol/g。结合Ag/h-BNNS/CPAN复合纤维膜的光电特性分析其光催化性能,可探索复合膜光催化CO_(2)还原反应的机理,在光催化反应过程中,Ag NPs与h-BNNS/CPAN复合纤维膜间通过协同作用可实现CO_(2)的高转化率,为高分散纳米金属光催化剂载体的设计合成提供了有效途径。

六方氮化硼纳米片的创新制备与应用展望

对近年国内外常见的六方氮化硼纳米片(BNNSs)剥离技术进行了综述和分类,并对比分析了这些方法的技术特点、所制备纳米片的完整性以及实验的经济成本。同时,对BNNSs的发展趋势和潜在应用前景进行了展望,旨在为相关领域的研究者提供有价值的参考,并促进BNNSs在实际应用中的进一步发展。

二维六方氮化硼的制备及其光电子器件研究进展(特邀)

六方氮化硼是一种具有宽带隙和二维层状结构的代表性材料,拥有优异的物理化学稳定性和高热导率等独特特性。其表面原子级平整、无悬挂键和带电杂质,被公认为是作为其它低维材料衬底的理想选择。另一方面,六方氮化硼对深紫外波段的强吸收和中红外波段的双曲特性,使其成为了制备高性能深紫外和中红外探测器的重要材料。本文首先介绍了六方氮化硼的晶体结构和材料特性,然后将材料制备方法分为“自上而下”和“自下而上”两类,系统阐述了六方氮化硼的制备现状,接着从衬底/介质层/钝化层、隧穿层和吸收层三方面重点回顾了六方氮化硼在光电子器件领域的研究进展。最后,基于六方氮化硼的研究现状,分析了其所面临的一些挑战和机遇。