大尺寸GaN微波材料范德瓦耳斯外延机理及应力调控研究

本文基于金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,以少层氮化硼(BN)作为插入层在4英寸蓝宝石衬底上开展范德瓦耳斯异质外延GaN微波材料的生长机理及应力调控方面的研究,探讨了AlN成核工艺对GaN缓冲层生长机制的影响,以及与材料晶体质量、应力及电学性能等之间的关联。提出了一种基于AlN/AlGaN复合成核技术的应力调控方案,首次实现了大尺寸范德瓦耳斯(vdW)异质外延材料应力的有效管控,研制的GaN微波材料的弯曲度(Bow)为+20.4μm,(002)/(102)面半峰全宽为471.6/933.5 arcsec,表面均方根粗糙度为0.52 nm,电子迁移率达到2000 cm^(2)/(V·s)。最后,基于机械剥离实现了大尺寸晶圆级GaN微波材料与蓝宝石衬底的分离,为高导热衬底转移提供便利,为大功率射频器件的制作创造条件。

基于应力调控的二维过渡金属硫族化合物光学性质分析

阐述应力对二维过渡金属硫族化合物光学性质的调控效应,分析晶格畸变对其的影响,以及应力引起的晶格畸变和相应的光学性质变化,为设计和制备特定光学性能的二维材料提供指导。

红庆河煤矿深部大采高工作面强矿压显现和应力调控研究

针对深部大采高开采上覆岩层运动导致的来压强烈问题,以内蒙古仲泰能源有限公司红庆河煤矿3^(-1)401工作面胶运顺槽为研究对象,采用理论分析和现场实测方法,对强矿压显现特征和应力调控技术展开研究。结论:深部厚硬顶板工作面出现支架过载后安全阀开启和巷道大变形破坏的强矿压显现,工作面前方可以划分为应力急剧升高区、应力跌落区和应力缓慢降低区,支承压力影响范围55 m,应力集中系数1.62;应力急剧升高区和应力跌落区是控制重点区域,提出水力压裂切顶调压机理和技术措施,现场应用取得了良好围岩控制效果。

千米级斜拉桥施工期应力调控措施研究

为解决千米级别斜拉桥施工期间钢箱梁底板应力过大的问题,基于鄂东长江公路大桥主桥施工全过程应力分析,结合施工现场实际情况,提出3种施工期应力调控措施。通过3种措施的综合对比,得到最优的综合应力调控措施,并将其应用于实际施工控制过程。结果表明,此调控措施起到了良好的效果。

柔性磁致伸缩FeGa薄膜中磁光克尔效应的应力调控

针对柔性磁致伸缩薄膜样品,搭建了应力拉伸机械装置,提出一种通过改变磁致伸缩FeGa薄膜的应力状态调控表面磁光克尔效应的方法。首先,从磁光克尔的基本原理出发,推导出克尔转角的表达式,利用自主设计的机械拉伸装置对柔性磁致伸缩FeGa薄膜施加应力,测量不同应力状态下FeGa薄膜的磁光克尔信号,研究张应力对磁光克尔效应的调控规律。最后根据所得的克尔曲线计算出磁滞回线的矩形比,并得到不同磁化轴方向张应力对磁光克尔信号的调控规律。

应力调控TiS_3单层材料电子性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了应力对TiS_3单层材料电子性质的影响。研究发现,TiS_3单层材料是直接带隙半导体,带隙1.06eV,符合实验值。TiS_3在a方向上更容易产生形变,在不同方向应力作用下,带隙、价带顶和导带底都会随应力变化而不断变化。其中,当b方向压应力增加到6%时,TiS_3由直接带隙转变为间接带隙。分析载流子有效质量得到,在任何方向拉应力作用下,载流子有效质量对应力相应不敏感。在b单轴方向和双轴方向压应力作用下,载流子有效质量表现出强烈的各向异性。这一研究对深入理解应力调控TiS_3的电子结构意义深远。

GaN体单晶的氨热生长及应力调控

采用氨热法在碱性条件下生长了GaN体单晶,SEM照片显示晶体表面有大量裂纹。用拉曼光谱测量GaN晶体的E2(high)声子拉曼峰,结果表明晶体内部应力波动较大。通过减小温度梯度、籽晶优选及降温程序优化后,得到了无裂纹的氮化镓晶体,(002)和(102)的X射线摇摆曲线FWHM分别为48 arcsec和54 arcsec,显微拉曼光谱表明经过工艺优化后的晶体应力显著降低,应力的来源主要为生长过程中杂质的引入。

HgCdTe薄膜的输运特性及其应力调控

窄禁带直接带隙半导体材料碲镉汞(Hg1–xCdxTe)是一种在红外探测与自旋轨道耦合效应基础研究方面都具有重要应用意义的材料.本文对单晶生长的体材料Hg0.851Cd0.149Te进行阳极氧化以形成表面反型层,将样品粘贴在压电陶瓷上减薄后进行磁输运测试,在压电陶瓷未加电压时观察到了明显的SdH振荡效应.对填充因子与磁场倒数进行线性拟合,获得样品反型层二维电子气的载流子浓度为ns=1.25×10^16m^-2.在不同磁场下,利用压电陶瓷对样品进行应力调控,观测到具有不同特征的现象,分析应是样品中存在二维电子气与体材料两个导电通道.零磁场下体材料主导的电阻的变化应来源于应力导致的带隙的改变;而高场下产生类振荡现象的原因应为应力导致的二维电子气能级的分裂.

不同残余应力调控方法对铝合金箱盖加工变形影响的研究

针对铝合金箱体加工后残余应力释放导致的零件变形与尺寸超差等问题,开展不同残余应力调控对加工变形影响的研究。本文分别利用频谱谐波法和高能超声法对零件的关键部位进行多次应力调控,削减加工过程中产生的残余应力,并分别利用盲孔法和超声波法对残余应力进行测量,得到调控后零件的残余应力减少量,最后以加工后零件变形量的多少来对比评价上述两种调控方法对零件变形的影响程度和对应力控制的优劣。

应力调控单层MoSe2的光致发光光谱特性

为了探究二维材料在片上可调有源光学器件领域的应用潜力,通过干法转印将由机械剥离法得到的高品质单层二硒化钼转移到正面涂有150nm厚聚甲基丙烯酸甲酯的双轴压电陶瓷上,制作出可应力调控发光性质的单层二硒化钼光源.对双轴压电陶瓷施加驱动电压,使电信号转化为应力信号,观察低温下(~5K)二硒化钼光致发光光谱中本征激子态、带电激子态信号峰随应力变化的规律.结果表明:在应力由拉伸应力转变为压应力并逐渐增大的过程中,本征激子态、带电激子态信号峰分别出现了~3.8meV、~3.7meV的波长蓝移.增大压应力、拉伸应力都会导致本征激子态、带电激子态信号峰光强线性降低.同时,与泵浦光圆极化相关的圆偏振度也随应力变化表现出规律性改变.此项研究证明了应力调控与单层二硒化钼光学性质之间的紧密关系,为开发各类基于二维材料的片上可调有源光学器件提供支持.

飞机受损件激光喷丸残余应力调控研究

论文基于残余压应力-激光喷丸搭接率的拟合关系式,设计出非均匀搭接率下的激光光斑位置路径;基于ABAQUS软件建立了7075-T6铝合金受损件激光喷丸有限元模型,实现了非均匀搭接率下激光喷丸有限元数值模拟并获得残余应力场的分布情况。结果表明,采用非均匀搭接率的激光喷丸方法可使试样表面在打磨或受到拉伸载荷后仍处于应力均匀分布的状态;通过增加搭接率调控残余应力值的大小,还可实现修复件表面在受到拉伸载荷时处于均匀压应力状态,从而抑制疲劳裂纹的萌生和扩展。试验结果与模拟结果一致,验证了模型的可靠性。

Si衬底GaN外延生长的应力调控

针对Si衬底GaN外延生长中由于张应力引起的表面裂纹问题,采用AlN/Al GaN多缓冲层结构和低温AlN插入层技术,在标准厚度Si(111)衬底上制备了100 mm(4英寸)无裂纹GaN外延材料。试验结果表明,AlN/Al GaN各层厚度的合理搭配和低温AlN插入层可以起到良好的应力调控效果,无裂纹GaN层生长厚度达到1.6μm,晶体质量良好,表面粗糙度低于2 nm;HEMT结构外延片电学性能测试结果表明Si衬底GaN的生长质量满足制备器件的要求。

近直立特厚煤层应力调控防冲方法及机制

近直立特厚煤层的地质与开采条件与一般煤层差异较大,冲击地压防治形势严峻.本文综合采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,研究了近直立特厚煤层动静载力源分布特征,提出了应力调控防冲方法,揭示了其防冲机制,并进行了工程应用.结果表明:近直立特厚煤层主要受水平构造应力作用,水平应力通过工作面两侧的顶底板岩层传递至煤层中,并在巷道上下方形成静载集中区;近直立特厚煤层顶底板岩层难以发生破断,然而顶底板岩层破裂释放能量可形成强动载扰动;动载扰动作用于巷道上下方静载集中区并与集中静载叠加可诱发冲击地压.据此,提出了弱化工作面两侧顶底板岩层和下方煤体的应力调控防冲方法,其防冲机制为:弱化顶底板一方面可弱化岩体传递水平应力的能力进而降低巷道上下方的静载集中,另一方面可降低岩体静载集中进而减弱岩体破裂导致的动载强度;弱化煤体可进一步降低巷道下方静载集中并将静载集中区向深部转移.对近直立特厚煤层现场实施的防冲措施进行了优化设计并确定了关键参数,应用表明,工作面高能级微震事件减少了143~178起、微震事件总能量降幅达90%,未发生冲击显现,工作面冲击危险性显著降低,证实了方法的有效性.研究成果可为近直立特厚煤层冲击地压防治提供支撑.

应力调控下基于Skyrmion的晶体管特性

研究了不同应力、磁各向异性常数对电流驱动Skyrmion的动力学特性影响。随着施加应力增大,能够产生稳定Skyrmion的各向异性常数取值范围的上下限增大,即外加应力影响电流驱动时Skyrmion运行的稳定性。设计了一种宽-窄-宽型Skyrmion基晶体管,通过调控应力和各向异性常数来调控晶体管的开关特性。仿真结果表明,当极化电流密度、各向异性常数变化时,晶体管导通状态对应的应力范围也随之变化。研究结果为设计Skyrmion基晶体管及相关逻辑功能器件提供了新思路。

钢结构梁桥焊缝残余应力技术研究

为探究钢结构梁桥焊缝残余应力检测、判定及调控技术。本文以实际工程为背景,提出钢结构内部残余应力检测方法,评估残余应力影响,提出不同部位焊缝残余应力判定方法并进行应力调控。结果表明,通过与盲孔法数据相比,得出适合钢板梁和钢箱梁焊接应力超声检测技术具有可行性。完成针对钢结构特点的声束激励器设计和制备,声阻抗反馈技术、多路频率跟踪算法和优化激励工艺,模拟不同工况环境对分辨率的影响程度,制作适用于桥梁钢结构的斜入射导波声束激励器。由工程应用研究可知,采用超声临界折射纵波法可有效检测钢结构焊接残余应力或服役应力的大小及分布。

增材制造金属结构件残余应力的研究进展

增材制造技术近年来取得了重大进展,金属增材制造可以三维成型精度高的复杂形状零件,在各行业的应用中具有独特优势。然而,增材制造金属零件成形时由于高温度梯度会引起复杂残余应力。简要分析了增材制造技术的特点,重点总结了激光选区熔化和电弧增材制造的工艺原理。在此基础上,详细综述了增材制造过程中残余应力的产生机制及测量方法,其中,温度梯度机制是解释残余应力产生机制最常用的方法。针对残余应力的测量,分别从无损检测和破坏性检测两方面进行归纳,最常用的破坏性检测残余应力的方法是轮廓法和钻孔法,而无损检测的方法是X射线衍射法。并且总结了残余应力的调控方法,包括工艺参数调控、预热缓冷及重熔调控、结构设计调控、辅助外场调控、后处理调控。最后简要总结增材制造金属结构件残余应力研究中亟待解决的问题,并展望了金属增材制造的发展方向。

核电设备的焊接残余应力研究现状及调控措施

焊接残余应力是焊接的固有产物,是影响焊接质量、焊接结构服役性能的重要因素。以核电结构电弧焊接残余应力为主要对象,分析了焊接残余应力的危害性及其影响因素,介绍了大厚度管对接和板对接结构的内部焊接残余应力分布特征研究成果,以及现有应力调控措施及各自的优缺点,为核电设备焊接结构的设计和应力调控提供参考。

La,Nb共掺杂BiFeO_3薄膜中的光致应变效应及应力调控

本文利用反射式飞秒抽运-探测技术,系统研究了飞秒激光诱导La和Nb共掺杂的铁酸铋(Bi0.8La0.2Fe0.99Nb0.01O3)薄膜中纵向声学声子的动力学过程,声学声子的产生源于光致应变效应.实验发现不同的衬底(ZrO2和PbMg1/3Nb2/3-PbTiO3)可以调制外延生长的Bi0.8La0.2Fe0.99Nb0.01O3薄膜的面外弹性系数C⊥.此外,通过对压电晶体衬底PbMg1/3Nb2/3-PbTiO3外加电压,实现了对薄膜应力的调制.

基于SAP2000分析的预应力胶合木连续梁调控效果

为了充分利用胶合木的抗压强度,常在梁中施加预应力,但受反拱幅度等影响,施加预应力需控制在合理范围内。通过SAP2000有限元程序建立分析模型,与试验结果对比验证其可行性后,对8种调控幅度的梁进行分析,得到荷载-挠度曲线、梁截面应力云图、极限承载力及合理调控范围。结果表明,调控幅度为极限荷载的18%~48%时,极限荷载增大3.65%~58.1%,胶合木连续梁的承载力基本呈线性增加;调控幅度为54%时,梁因破坏形态发生改变承载力开始下降。预应力胶合木连续梁的合理调控范围为极限荷载的24%~42%。

复杂结构焊接残余应力超声冲击处理调控

为降低焊接结构残余应力,提高构件性能和服役安全性,提出超声冲击处理调控焊接残余应力的方法。通过综述国内外学者对超声冲击处理的研究现状,分析超声冲击对复杂焊接结构应力影响的案例。分析结果表明:超声冲击能在冲击区造成2～4 mm压缩应力层;压缩应力峰值达到屈服强度的0. 8～1. 3倍;超声冲击对横向和纵向应力的调控效果一致。