微纳SiC_P粒度和浓度对化学镀Ni-P-SiC_(P)复合镀层组织与性能影响

以微纳SiC为第二相微粒,在42CrMo钢表面制备Ni-P-SiC_(P)复合镀层,研究了微纳SiC_(P)的粒度(5μm和0.5μm)和浓度对化学镀Ni-P-SiC_(P)复合镀层沉积速率、表面形貌、成分、显微硬度和耐蚀性的影响,并结合Ni-P-SiC_(P)复合镀层截面形貌和成分分布,探讨了Ni-P-SiC_(P)复合镀层的沉积机理。结果表明:SiC_(P)的添加抑制了化学沉积反应,导致Ni-P-SiC_(P)复合镀层的沉积速率下降,但0.5μm的SiC_(P)对沉积反应的抑制作用较弱,形成的NiP-SiC_(P)-0.5复合镀层表面的胞状物尺寸更均匀、平整、致密,随SiC_(P)浓度的增加,Ni-P-SiC_(P)复合镀层的沉积速率下降,复合镀层表面的Ni∶P增加;当SiC_(P)浓度7 g/L时,复合镀层表面的SiC_(P)发生堆积或团聚。当SiC_(P)浓度为5 g/L时,Ni-P-SiC_(P)-0.5复合镀层的显微硬度最大,约753 HV,耐蚀性也最优,自腐蚀电位为-0.363 V。浸润处理后的SiC微粒表面带负电,吸附大量的Ni~(2+),向基底表面运动,与Ni、P均匀的共沉积到基底表面,共沉积的SiC_(P)在复合镀层中具有弥散强化和惰性物理屏障的作用,使Ni-P-SiC_(P)复合镀层具有更高的硬度和更优的耐蚀性。

河南省降雪中微纳塑料的污染特征、沉降通量及其影响因素

微纳塑料(MNPs)排放量大且具潜在毒性,是一类受到广泛关注的新污染物。包括降雪在内的大气沉降是微纳塑料进入地表环境的重要途径。选取我国人口密度高的河南省,在重点城市采集了25个雪水样品,采用热裂解气相色谱-质谱(Py-GC-MS)联用技术,测定雪样中的11种MNPs,以期查明河南省重点城市降雪中MNPs的污染特征与沉降通量,并综合氢氧同位素、水溶性离子和环境及社会指标,分析降雪中MNPs浓度的影响因素。结果表明:河南省降雪中∑_(11)MNPs浓度为29.9~543.8μg/L(中值为85.2μg/L),以聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为主(共占比85.9%±5.3%),11种MNPs在不同城市的浓度差异较大、组成不同,但无显著城区和郊区差异;结合降雪量数据,估算得到河南省∑_(11)MNPs每场雪的沉降通量为(422.7±402.6)μg/m^(2),沉降量为8.6~273.8 t,属较高水平;河南省降雪中的MNPs主要来源于本地,与人口数量、经济活动、交通运输和塑料制品产量密切相关,生物质燃烧和扬尘可能是MNPs的潜在来源。本研究增进了对MNPs在大气环境中行为的认识,为MNPs污染的区域防治提供了科学依据。

微纳铜材料的制备及其在封装互连中的应用

半导体器件的快速发展对封装互连材料提出了更高的要求。微纳铜材料具有良好的导电、导热和机械性能。与常用的微纳银相比,微纳铜具有更强的抗电迁移能力和更低的成本,在封装互连领域被广泛应用。微纳铜材料的制备方法可分为化学法、物理法、生物法3类,其中化学液相还原法以低成本、高可控、工艺简单等优势占据重要地位。不同的封装互连工艺步骤需要不同形貌的微纳铜颗粒。微纳铜材料在封装互连中主要应用于芯片固晶、Cu-Cu键合、细节距互连等工艺,探讨了微纳铜材料在以上工艺中的应用,并对微纳铜材料在封装互连中的应用进行了展望。

纤维用Cu_(2)O/电气石微纳结构复合材料的制备与表征

为了进一步提升负离子功能纤维的性能,选取Cu、CuO、Cu_(2)O和电气石(TM)为主要原料,采用分步合成和直接添加法制备新型Cu_(2)O/TM微纳结构复合材料,并测试样品的微观形貌(SEM)、物相构成(XRD)、红外光谱(FTIR)、电子自旋共振图谱(ESR)、紫外-可见漫反射光谱和负离子释放量,深入研究负离子发射的效率增强机制。研究结果表明:研磨未对电气石粉体的分子结构造成破坏;分步合成法制备的电气石复合材料性能优于直接添加法;当球磨时间控制在50 h(第1阶段)和20 h(第2阶段)时,分步合成法制备的粉体粒径分布和微观结构较好;当Cu、CuO和电气石粉末的物质的量比为1∶1.25∶2.50时,制备的复合材料负离子发射量为1647个/cm^(3),与未研磨的电气石粉末相比提高了50.1%。

微/纳结构Cr_(3)C_(2)-NiCr陶瓷涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀磨损行为

目的设计并制备微/纳结构Cr_(3)C_(2)-NiCr陶瓷涂层,以改善机械部件的耐腐蚀磨损性能。方法采用行星式球磨机结合喷雾造粒仪制备了微/纳结构Cr_(3)C_(2)粉体,造粒得到的Cr_(3)C_(2)粉体与NiCr粉混合均匀后通过等离子喷涂技术,在316L不锈钢基体上制备了微/纳结构Cr_(3)C_(2)-NiCr复合涂层。利用球-盘式往复摩擦磨损试验机结合电化学工作站,研究了3.5%NaCl水溶液中复合涂层的腐蚀磨损性能。利用扫描电镜观察了复合粉体、复合涂层和复合涂层腐蚀磨损后的微观形貌,利用X射线衍射仪分析了复合粉体和复合涂层的相变。结果复合粉体表面大小颗粒随机分布,表面结构致密。4种复合涂层显微结构致密,未见明显孔隙及裂纹生成。WNC3(纳米Cr_(3)C_(2)含量)复合涂层的孔隙率低至0.7%,显微硬度为853.26HV0.3。WNC3涂层所遭受的腐蚀程度最小。复合涂层动态下的自腐蚀电流密度相较于静态下有所升高,磨损和腐蚀的共同作用导致滑动接触下涂层的腐蚀速率大于静态下的涂层腐蚀速率。WNC3复合涂层的平均摩擦因数(约0.20)和磨损率(约9.7×10^(‒7)mm^(3)/(N·m))均最低。在摩擦过程中,磨损痕迹内部的腐蚀电流密度较高,腐蚀溶液通过涂层的缺陷不断向涂层内部扩散,导致局部剥落面积扩大。结论添加50%纳米Cr_(3)C_(2)晶粒使涂层内部更加致密,涂层孔隙率降低,显微硬度增加,在3.5%NaCl水溶液中表现出优异的耐腐蚀磨损性能。复合涂层在3.5%NaCl水溶液中腐蚀磨损时,腐蚀会降低复合涂层的机械性能,增加复合涂层的磨损;而磨损会导致复合涂层暴露出更多的缺陷,进而增加腐蚀发生的可能。

陶瓷材料中微纳级孔隙检测技术及其对性能的影响

采用压汞法、气体吸附法和X射线计算机断层扫描等多种手段,对陶瓷材料中微纳级孔隙进行系统的表征。实验结果表明,随着烧结温度从1200℃升至1400℃,样品的孔隙率从25.6%降至8.3%,平均孔径从2.5μm减小至0.8μm。通过扫描电镜观察发现,孔隙形貌由不规则形状向球形演变,分布更加均匀。力学性能测试显示,抗弯强度随孔隙率的降低从125 MPa提升至285 MPa,热导率从0.8 W/(m·K)提高至2.3 W/(m·K)。本研究建立了微观结构与宏观性能的定量关系模型。

微纳米气泡强化臭氧氧化降解含酚废水

为了降解毒性强的含酚工业废水,本文将微纳米气泡与臭氧氧化法相结合,探究了处理温度、溶液pH、苯酚初始浓度和臭氧浓度对苯酚降解的影响。结果表明,相较于传统气泡,微纳米气泡破裂可诱导产生更多的·OH,弥补了臭氧传质效率低和氧化性不足等缺点,使反应体系的氧化还原电位明显提高,并在苯酚降解过程中起到主要作用;相比于臭氧氧化法,苯酚降解效果得到显著提升;提升臭氧浓度、溶液pH及降低苯酚初始浓度均可促进反应体系中生成更多的·OH,进而提升除酚率。通过气相色谱-质谱法(GC-MS)检测苯酚降解的中间产物,分析了苯酚降解的可能路径。总体而言,微纳米气泡结合臭氧氧化法是一种有潜力的除酚技术,研究结果对此技术在工业废水降解中的应用和推广具有指导意义。

面向电力装备自供电传感的微纳能源收集技术

数智化电网的建设依赖于海量分布式电力装备状态监测传感器,提升传感器的供电可靠性进而实现自供电感知,对拓展设备状态感知系统的深度和广度具有重要意义。近年来,以纳米发电机为代表的微纳能源收集方法与器件被广泛关注,其能够将多元、分散的机械能、热能、电磁能等转化为电能,搭配微能量存储元件与低功耗微纳传感器实现自供电传感。该文围绕面向电力装备自供电传感的微纳能源收集方法这一主题,首先介绍了电力装备及其运行环境微能量的分布特性;其次,总结了以热电纳米发电机、摩擦纳米发电机、压电纳米发电机、磁场能收集发电机、水伏发电机为代表的微纳能源收集方法原理及特点,分析了其在电力装备场景下的适用性,同时综述了基于微纳能源器件的电力装备微能量收集与自供电传感最新研究进展,并提出了本领域目前发展面临的主要技术难点和潜在解决方案。最后,展望了微纳能源收集方法及器件的发展趋势,有望为电力装备自供电状态监测和数智化发展提供参考与指导。

面向微纳遥感星座构建的阻力差分控制方法

基于整星质量、功耗、体积和成本考虑,一些微纳卫星通常不加装推进系统。为满足这类微纳遥感卫星构建星座的要求,提出采用阻力差分控制(无动力控制)技术实现星座构建的方法。通过调整太阳翼迎风面积,利用星间阻力差增大或减小2颗卫星轨道半长轴之差,在不改变卫星飞行姿态、不影响有效载荷应用的情况下实现微纳遥感星座相位控制。利用20颗微纳遥感卫星构建星座对阻力差分控制方法进行验证,结果表明:将阻力差分控制技术应用于微纳遥感星座相位控制,能顺利完成微纳遥感卫星同一轨道面的等相位部署,并成功实现星座构建。

聚合物微纳层叠挤出过程无机粒子混合效果的仿真分析

基于具有自主知识产权的扭转式微纳层叠方法,利用粒子示踪技术分析了微纳层叠单元对无机粒子的分散调控作用,并在相同流场条件下,将其与双螺杆混合进行对比。结果显示:本文中所使用的微纳层叠单元因其独特的扭转结构,流道内存在强剪切应力,在相同条件下,其平均剪切应力是双螺杆的几十倍;微纳层叠单元出口粒径在小尺寸区域占比更多,且峰值密度达0.09,较双螺杆高出0.07。所以综合各表征结果发现,本文所使用的微纳层叠单元对无机粒子有较强的分散调控能力,能够使粒子在聚合物基体中实现较好的分散混合。本文证实了微纳层叠装置对无机粒子与聚合物熔体的混合作用。

微纳层叠技术对ACM/PP热塑性弹性体性能的影响

采用微纳层叠共挤出技术制备了ACM/PP热塑性硫化胶(TPV),研究了动态硫化温度、橡塑比、相容剂含量、炭黑与增塑剂含量对TPV力学性能与耐油性能的影响。结果表明,当动态硫化温度为190℃时,TPV具有较好的力学性能,拉伸强度、断裂伸长率、硬度、压缩永久变形分别为12.83 MPa、104.67%、86.50%、50.00%;随着TPV橡塑比的增大,材料的拉伸强度、断裂伸长率、硬度、耐油性能明显降低;当相容剂PP-g-MAH(马来酸酐接枝聚丙烯)的含量为15份时,TPV的综合力学性能与耐油性能最佳;TPV的拉伸强度、压缩永久变形、硬度随炭黑含量的增加而升高,随增塑剂DOTP含量的增加而降低,TPV的耐油性随炭黑含量的增加而提高,随DOTP含量的增加而变差,TPV的断裂伸长率随炭黑与DOTP含量的增加而降低。

一种微纳卫星的姿态安全控制方案

针对微纳卫星在低冗余度下实现姿态安全控制的问题进行了研究,提出一种占用资源少的姿态安全控制方案,当诊断信息不完备时尽可能切除所有潜在故障源,仅用磁强计和磁力矩器实现卫星姿态控制系统的重构。所提方案可以在卫星任意初始姿态条件下完成角速度阻尼,并可控制卫星机动至对日定向姿态,确保帆板充电效率,从而延长故障条件下的卫星寿命。数学仿真表明,在陀螺、星敏感器、动量轮和推力器等主要控制部件均不使用的条件下,所提方案仍可完成稳定的单轴对日定向安全姿态控制,姿态确定精度优于2°,对日定向精度优于5°,极大地提高了卫星在轨安全运行的能力。

贺信精神引领下微纳加工技术课课程思政教学改革与实践

微纳加工技术课程的教学内容与我国当前所面临的高端芯片制造“卡脖子”技术密切相连。2020年以来该课程将习近平总书记贺信精神融入课程思政教学设计,通过寓德于教、寓哲于教、寓念于教和寓新于教的“四位一体”方式,引导学生树立坚定理想信念,厚植爱国主义情怀,提升品德修养,激发远大志向。该文列举多个典型案例,经过教学改革基本实现知识传授、价值引领和情怀根植三方面的有机统一,期待该教学设计及经验分享为全国各高校电子封装专业的课程思政教学改革提供借鉴。

微纳层叠聚丙烯介电薄膜的制备与性能研究

为解决聚丙烯薄膜介电常数低、介电场强低等问题,创新提出采用微纳层叠挤出技术制备不同层数(1层、16层、256层)的聚丙烯薄膜,并对不同层数聚丙烯薄膜的介电常数、介电损耗、击穿场强、结晶度、力学性能等进行表征。结果表明,相比于层数为1层的聚丙烯薄膜,16层、256层的聚丙烯薄膜的介电常数分别提升23.2%和37.0%,介电损耗分别降低36.94%和58.56%、击穿场强分别提升11%和23.3%,拉伸强度分别提升5.3%和18.98%。结晶度也随层数的增多而增大,该技术对聚丙烯薄膜的介电性能有明显的提升效果。这项工作对单一材料介电性能的提升提供了全新的思路。

低成本小批量微纳卫星控制系统的研制实践

针对微纳卫星的研制特点,结合控制系统研制过程中的具体实践,从单机产品设计、系统方案设计、测试和环境试验,以及软件开发方面,给出了微纳卫星降低成本、提高可靠性与研制效率的措施和建议.通过采用控制系统内部的冗余备份设计,以及系统级可靠性措施,简化了系统配置,并提高了系统可靠性.通过进行系统级的热循环试验可降低研制成本,并达到可靠性试验筛选的目的.通过开展平台化和通用化设计,完善和改进软件开发流程,提高了研制效率.所述方法和措施在卫星研制中取得了较好的效果.

微纳尺度结构动力学专刊序

围绕微纳尺度结构跨尺度动力学建模、动力学分析、动力学控制、动力学设计与测量方法等研究主题,本专刊介绍了微纳尺度结构动力学与控制领域的一些最新研究成果.

无陀螺偏置动量微纳卫星的姿态控制方案研究

针对低成本微纳卫星的姿态控制问题进行了研究,提出了一种无陀螺条件下的偏置动量姿态控制方案,控制部件仅包含磁强计、磁力矩器和一个动量轮,配置精简。使用磁强计实现了卫星姿态确定,通过磁力矩器与动量轮的组合控制实现了三轴稳定的对地定向姿态控制,并具备了由任意初始姿态条件恢复至三轴稳定对地定向姿态的能力。仿真结果表明:姿态确定精度优于2°,姿态控制精度优于3°,姿态稳定度优于0.003(°)/s。

“微纳加工技术”课程思政案例设计研究

将专业课与思想政治理论课有机结合,实现课程思政教育是对高校专业课教育提出的新要求。文章通过分析“微纳加工技术”课程的授课内容,对课程中蕴含的思政元素及所承载的思想政治教育功能进行了深入挖掘,根据不同的教学单元课程内容特点和内涵,分别融合了科学素养、爱国情怀、工匠精神、创新意识等方面的思政元素,并设计了完整的课程思政案例,以期为其他课程的课程思政案例设计提供参考。

机器学习辅助光谱分析技术在环境微/纳塑料研究中的应用

微/纳塑料在环境中广泛存在,威胁着全球生态系统的平衡和稳定,因此有必要确定和评估微/纳塑料的环境赋存特征、环境行为和效应以及生态毒性效应。然而微/纳塑料具有的低浓度、小尺寸及容易吸附其他物质等特点,为其在复杂环境基质中的分析带来了巨大挑战。大多数分析方法在提供环境样本中微/纳塑料的定性定量信息方面存在成本高、准确性差、时间效率低等问题,而具有无损、高效、操作方便等优点的光谱分析技术可以弥补这些方法的不足。但采集的微/纳塑料光谱信号可能会受到环境样本中复杂成分的背景噪声干扰,亟需采用智能化手段提高分析的准确性和效率。机器学习具有强大的数据处理和自动化分析能力,准确性高、应用性广,适用于复杂光谱数据的分类和解析,将机器学习与光谱分析技术相结合有望成为微/纳塑料分析的可靠方法。首先对常用的机器学习辅助光谱分析技术进行综述,然后系统性地讨论了机器学习辅助光谱分析技术在微/纳塑料的环境赋存特征、环境行为和效应、生态毒理效应等研究中的应用,最后对该技术的发展前景进行了总结和展望。机器学习辅助光谱分析技术有望为环境中微/纳塑料的生态环境健康风险评估和污染防治提供重要数据支持。

仿生鲨鱼皮复合微纳减风阻结构的仿真与制备

仿生学与减阻技术的结合,为减阻开辟了重要的研究方向,在航空航天领域有着潜在的发展与应用前景。为提高降低风阻效果,本文对复合微纳减风阻结构进行了研究,基于仿生学原理,采用CFD仿真及激光微纳制造技术,建立了减阻结构组合模型,并在飞行器的大气传感器半球头体模型表面制造仿生鲨鱼皮复合微纳结构,即在仿生鲨鱼皮鳞片结构的基础上,通过激光干涉扫描二级微沟槽,以进一步提升减阻效果。采用CFD仿真与风洞实验相结合的方式,对减阻机理进行理论分析,完成了复合结构的微纳制造,减阻率最高可达10.3%。