Al掺杂对β-Ga_(2)O_(3)薄膜光学性质的影响研究

近年来,半导体器件向着高散热性、高击穿场强和低能耗的方向发展,因此超宽禁带半导体材料β-Ga_(2)O_(3)具有广阔的应用前景,而有效掺杂是实现β-Ga_(2)O_(3)器件的基础。实验采用磁控溅射法制备Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)复合结构,经高温退火使Al原子热扩散进入薄膜中,形成Al掺杂的β-Ga_(2)O_(3)薄膜。采用激光区熔法使薄膜区域熔化再结晶,进一步提升掺杂质量。对Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体性质、杂质含量及光学性质进行了测试表征。结果表明:Al掺杂不改变β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体结构;随着Al层溅射时间延长,掺杂含量逐渐增加;当Al溅射时间为5和10 s时,薄膜紫外吸收率分别为40%和50%;随着Al溅射时间的增加,Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜紫外区域光吸收率逐渐增强,Al溅射时间为300 s时,β-Ga_(2)O_(3)薄膜的光吸收率接近90%;低浓度的Al掺杂会导致β-Ga_(2)O_(3)薄膜的禁带宽度变窄。

基于Al/MoO_x纳米复合薄膜的含能半导体桥研究

使用微细加工和磁控溅射技术将Al/MoO x纳米复合薄膜集成于半导体桥(SCB),制成含能半导体桥SCB-Al/MoO x以提高SCB的点火能力。薄膜的SEM、DCS和XPS结果表明,复合薄膜成膜质量好,层状结构清晰,放热量可达3200 J/g,达到理论值的68%(理论放热量为4703 J/g),MoO x薄膜含有32%的MoO3、37%的Mo2O5以及31%的MoO2。电容激励发火实验表明:相同激发条件下,SCB-Al/MoO x反应终止时间较SCB显著缩短,能量输出效率高于SCB,发火时溅射出的火花量明显增多,持续时间显著延长,使用原子发射双谱线测温法得到的等离子体温度亦高于SCB。

Al/MoO_3薄膜厚度对含能半导体桥发火特性的影响

使用微细加工技术在半导体桥上分别集成3μm和6μm厚度的Al/MoO_3纳米含能复合薄膜,制备成含能半导体桥,并使用电容放电的激发方式,研究薄膜厚度对含能半导体桥发火特性的影响。研究发现,随着薄膜厚度的增加,含能半导体桥的临界发火时间和临界发火能量无显著性变化,电容放电的作用总时间、作用总能量和能量利用效率降低,能量输出效率显著增加。

不同调制比的Al/MoO_3含能半导体桥电爆特性研究

调制比是薄膜制备中体现材料化学计量比的重要参数,直接影响含能复合薄膜的反应性能。为了研究Al/MoO_3含能复合薄膜在半导体桥上复合的最佳调制比,采用磁控溅射工艺分别制备了3种调制比的Al/MoO_3含能复合薄膜和Al/MoO_3含能半导体桥。研究了薄膜的形貌、热反应性能与Al/MoO_3含能半导体桥在不同充电电压下的电爆过程。结果表明适当调整调制比可以减小临界激发能量,缩短临界激发时间,提高含能半导体桥的燃烧时间。

纳米阵列式MoO_3/Al复合含能膜的制备与性能研究

采用水热法在Ti片上成功地制备出MoO_3纳米阵列膜,并利用其作为氧化剂和基底,将纳米Al粒子电泳沉积到其表面制备出纳米阵列式MoO_3/Al复合含能膜。通过X射线衍射法(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、全自动比表面积及孔隙分析仪(BET)和差示扫描量热仪(DSC)对样品进行表征,考察了纳米Al粒子电泳沉积时间对复合含能膜放热性能的影响。结果表明,MoO_3纳米阵列膜主要由热力学稳定的正交相MoO_3纳米线阵列构成,此结构显著增大了MoO_3的比表面积,更有利于Al和MoO_3有效接触,提高二者的反应活性。当沉积时间为2min时纳米阵列式MoO_3/Al复合含能膜放热量最大为1589.0 J/g。

多晶硅与Al/CuO复合薄膜集成的含能点火器件的点火性能

为研究多晶硅桥型与尺寸对Al/Cu O含能点火器件点火性能的影响规律,用多晶硅和Al/Cu O复合薄膜集成制备了6种不同形状和尺寸的含能点火器件,采用尼亚D-最优感度试验法测试了四种尺寸、两种桥形共6种类型(S、M、Lr、Lv、Hr、Hv)点火器件的点火感度。探索了临界爆发电压,得到了点火时间随激励电压的变化规律。采用感度实验和点火实验对比研究了多晶硅点火器件和含能点火器件的点火性能。结果表明,含能点火器件的感度与点火时间随桥膜体积的增大而减小。V形桥膜有助于降低作用时间与作用所需能量。Lv型含能点火器件感度为8.19 V,标准偏差0.14,均低于Lv型多晶硅点火器件(8.70 V、0.53)。Lv型含能点火器件14 V时的点火时间(52.85μs)比多晶硅点火器件点火时间(109.12μs)短,且该差值随激励能量升高而降低。

TiO_2/Al_2O_3复合薄膜的亲水性能研究

采用溶胶 凝胶法制备了TiO2/Al2O3复合薄膜,通过XRD、XPS、UV透射光谱的分析及薄膜表面接触角的测量,研究了Al2O3与TiO2配比、热处理温度、膜厚度等因素对复合膜的亲水性、透光率的影响。结果表明:Al2O3的加入和膜厚度的增加均有利于TiO2薄膜亲水性的改善;热处理温度对TiO2/Al2O3复合膜的亲水性有较大影响,其中经450℃热处理的薄膜亲水性最好;Al2O3的加入未降低复合膜的可见光透光率,其平均透光率大于80%。

溶胶-凝胶法制备Al_2O_3-ZrO_2-SiO_2复合薄膜

本文采用溶胶-凝胶法以异丙醇铝、正硅酸乙酯和氧氯化锆为原料,HNO3为催化剂,PVA为成膜助剂,在多孔陶瓷管上制得了Al2O3-ZrO2-SiO2复合薄膜。研究了组分配比对溶胶性质的影响,结果表明Al2O3∶ZrO2∶SiO2在8∶1∶2～12∶1∶2之间时可得到性能符合要求的溶胶。通过扫描电镜可观察到膜的孔径为2～5μm,且膜与基底结合良好。

多孔Fe_2O_3/Al复合含能材料的制备与表征

用溶胶-凝胶法结合超临界干燥法,制备了Fe2O3/Al复合含能材料。用SEM、XRD、BET等方法对Fe2O3/Al复合含能材料的结构进行了表征。结果表明,超临界法制备的Fe2O3/Al复合含能材料呈明显的纤维网络状结构;其中Al的平均粒径为40nm;比表面积为147.9m2/g,相比空白Fe2O3气凝胶明显下降,平均孔径为8nm,孔径分布比较均匀。

聚酰亚胺/纳米Al_2O_3三层复合薄膜的制备

将掺杂纳米Al2O3的聚酰胺酸与未掺杂聚酰胺酸在玻璃板上逐层涂膜,热亚胺化制备了3层聚酰亚胺/纳米Al2O3复合薄膜。采用扫描电镜(SEM)对该薄膜的微观形貌进行了表征,测试了薄膜的热稳定性、力学性能及电击穿场强。结果表明,复合薄膜的热性能及电击穿场强均高于掺杂薄膜及未掺杂膜,当热失重达到10%时,复合薄膜的热分解温度达到了629.1℃;与掺杂薄膜相比,复合薄膜的力学性能得到明显提高,拉伸强度和断裂伸长率分别为117.4 MPa和18.5%。

Au/Al_2O_3纳米复合薄膜的制备和表征

用溶胶-凝胶法制备了Au/Al2O3纳米复合薄膜。利用X-射线衍射、X-射线光电子能谱、原子力显微镜以及紫外-可见光谱对薄膜的微观结构、表面形貌及光学性能进行了表征,研究表明:Au/Al2O3纳米复合薄膜是由纳米微晶组成的颗粒膜,复合薄膜均匀、致密、无裂纹,Au以纳米晶核形式镶嵌于Al2O3基体中,纳米Au晶核的粒径为23～26nm;复合薄膜在可见光区有较强的吸收,吸收峰位置与烧结温度有关,吸收强度随烧结温度和金添加量增大而增大。

脱模剂用量对聚酰亚胺/纳米Al2O3复合薄膜性能的影响

采用均苯型聚酰亚胺做基体树脂、亚磷酸三苯酯(TPP)做脱模剂,用直接流延法制备了聚酰亚胺/纳米Al2O3复合薄膜;探讨了脱模剂用量对复合薄膜性能的影响。结果表明,随TPP用量的增加,复合薄膜的脱模效果逐渐变好,但复合薄膜的拉伸强度、断裂伸长率等力学性能和电气强度均呈下降趋势。

纳米Al/Cr2O3/ETN复合含能材料的制备与表征

采用溶胶-凝胶法,以1,2-环氧丙烷作为Cr(Ⅲ)离子的水解促进剂,温和条件制备了Al/Cr_2O_3/ETN湿凝胶,超临界干燥后得到Al/Cr_2O_3/ETN纳米复合物。讨论了氯化铬初始浓度、溶剂选择、环氧丙烷用量和初始p H值对体系温度和p H的影响,确定了最佳工艺。利用TEM、SEM、BET、EDS、IR、DSC和感度测试对Al/Cr_2O_3/ETN纳米复合物的形貌、结构、热分解性能和机械感度进行了表征。结果表明,纳米Al的表面被粒径约20 nm的纳米ETN和Cr_2O_3的小粒子致密包覆,形成纳米复合物,其比表面积为290.8 m2·g-1,IR图谱中有明显的硝酸酯基炸药的特征峰。DSC分析表明,ETN在63.4℃出现熔化峰,194.3℃出现分解放热峰。感度测试结果表明,复合物的撞击感度和摩擦感度只有53 cm、46%,所以此复合物的感度较低。

Al_2O_3-TiO_2复合薄膜晶相及形貌研究

本文以钛酸正四丁酯为前驱体采用溶胶凝胶法制备了稳定的TiO2溶胶,以可溶性的硝酸铝作为掺杂剂制备了Al2O3-TiO2复合薄膜。采用XRD分析了薄膜的晶相组成,AFM表征了薄膜表面粗糙度随着Al2O3添加量的增加而变化的趋势。XRD测试结果表明,随着Al2O3添加量的增加,薄膜中TiO2晶粒的平均尺寸逐渐减小;而AFM测试结果表明,薄膜表面粗糙度呈现减小的趋势,但是当Ti/Al比例增加到1∶0.12时,颗粒尺寸比1∶0.06时有所增大,这主要是由于包覆在TiO2晶粒表面的Al2O3非晶相增多导致颗粒聚集生长严重所致。

纳米Al/CuO含能复合薄膜的反应性研究进展

亚稳态分子间复合物(Metastable Intermolecular Composites,MICs)具有超高的反应速率、高体积能量密度、微米级的临界反应传播尺寸等优点,在微型含能器件和火箭推进剂等领域展现出广阔的应用前景。纳米Al/CuO含能复合薄膜是当前亚稳态分子间复合物领域的研究热点之一,其利用气相沉积方法进行制备,与含能微机电系统(Microelectromechanical Systems,MEMS)的微细加工工艺兼容,在集成化含能器件方面具有极大的应用前景。本文综述了纳米Al/CuO含能复合薄膜的制备、热性能、燃烧性能、反应动力学以及过渡层对其反应性的影响、含能器件(点火器)及其应用技术方面的研究,并对纳米Al/CuO含能复合薄膜的发展方向进行了展望。

微量SiO_2对PI/Al_2O_3复合薄膜性能的影响

通过固定纳米氧化铝(Al2O3)的含量,改变纳米氧化硅(SiO2)的含量,制备一系列纳米SiO2含量不同的聚酰亚胺(PI)/Al2O3/SiO2复合薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)对复合薄膜的微观形貌和分子结构进行表征,结果表明纳米颗粒在PI基体中均匀分散,而且纳米颗粒的加入既不影响PI的分子结构又对聚酰胺酸的热亚胺化无影响。同时测试了薄膜的力学性能、击穿场强和耐电晕时间。结果表明,当纳米SiO2质量分数为0.5%时,复合薄膜的击穿场强和耐电晕时间分别为211.15 kV/mm、378 min,均优于纳米SiO2质量分数分别为0,0.1%,0.3%和0.7%的薄膜,并且其力学性能也较优异。

调制周期对Al/MoO3反应薄膜热性能和发火性能的影响

为了考察调制周期对反应薄膜性能的影响,采用磁控溅射技术制备了厚度为3μm,调制周期为50,150 nm和300 nm的Al/MoO3反应薄膜,采用差示扫描量热仪(DSC)探索了调制周期对Al/MoO3反应薄膜放热过程和反应活化能的影响;使用高速摄影和激光点火技术研究了三种调制周期反应薄膜的燃烧速率,通过与半导体桥和桥丝融合形成含能点火器件,考察了调制周期对电流和电压发火感度的影响。结果显示调制周期由50 nm增加到300 nm时,Al/MoO3反应薄膜燃烧速率由5.35 m·s^-1降低到1.75 m·s^-1。三种调制周期(50,150,300 nm)Al/MoO3反应薄膜半导体桥点火器件的50%电流发火电流分别为1.44,1.74 A和1.87 A;Al/MoO3反应薄膜桥丝点火器件的50%发火电流分别为0.08,0.65 A和1.02 A;将Al/MoO3反应薄膜与半导体桥和桥丝换能元结合形成点火器件,在点火间隙为1 mm的情况下,能够点燃钝感点火药硼-硝酸钾(B-KNO3)药片,提升点火系统的点火能力和可靠性。

硅基Cu(N3)2@CNTs复合含能薄膜的制备与表征

针对叠氮化铜(Cu(N3)2)静电感度高、难以实际应用的问题,设计了一种基于硅基底的内嵌叠氮化铜碳纳米管复合含能薄膜材料。首先,采用改进的两步阳极氧化法在硅基底上制备多孔氧化铝薄膜,然后将其作为模板,先后通过化学气相沉积法和电化学沉积法在氧化铝孔道中制备内嵌铜纳米颗粒的定向碳纳米管(CNTs)阵列,最后利用气固相叠氮化反应制备得到可与微机电系统(MEMS,Micro-electro Mechanical Systems)加工工艺相兼容的硅基Cu(N3)2@CNTs复合含能薄膜。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等手段对材料的微观形貌、晶体结构和组成成分进行了表征,利用差示扫描量热法(DSC)对复合含能薄膜进行了热分解动力学研究,采用升降法测试了复合含能薄膜的静电感度。研究结果表明:硅基Cu(N3)2@CNTs复合含能薄膜的活化能约为230.00 kJ·mol^-1,热爆炸临界温度约为193.18℃;复合薄膜的静电感度明显得到改善,50%的发火能量约为4.0 mJ。

Cu/Al_2O_3复合薄膜的制备及其抗氧化性能

本文在纺织纤维基材表面采用二次溅射沉积法制备了Cu/Al_2O_3复合薄膜,利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDX)和矢量网络分析仪对室温环境下存放3600h的复合薄膜的表面形貌、元素含量以及屏蔽效能进行了测试,并与相同工艺条件下制备的纯Cu薄膜进行了对比分析。结果表明:与纯Cu薄膜结构的不稳定性相比,由于复合薄膜表层Al_2O_3薄膜的结构稳定性和致密性,Cu/Al_2O_3复合薄膜在保证高屏蔽性能的前提下,具有整体结构的稳定性,表现出了良好的抗氧化性能。

Al/MoO_3体系含能材料反应力场关键参数的研究

运用单参数连续优化方法拟合了亚稳态分子间复合物Al/MoO_3体系反应力场(Reax FF)的Mo-O和Al-Mo-O参数部分。采用拟合后的Reax FF计算了Al/MoO_3体系Mo-O和Al-Mo-O结构的多种物理性能,并与相对应的第一性原理(DFT)计算值进行对比。结果表明,拟合后的Reax FF可以准确地描述Al/MoO_3体系中Mo-O和Al-Mo-O结构的能量变化、晶体结构和力学稳定性,但对这些结构的弹性常数描述存在偏差。