双向拉伸聚丙烯薄膜shish-kebab结构的辐照劣化模型研究

高能射线辐照会导致电容器储能介质发生交联和降解等化学变化,进而影响到电容器的宏观电气性能和应用性能。该文以双向拉伸聚丙烯(biaxially oriented polypropylene,BOPP)薄膜典型的串晶结构(shish-kebab)为对象,研究了γ辐照积累剂量D对分子链结构和结晶特性的影响,建立了辐照劣化模型。研究结果表明,当D<10 kGy时,辐照交联和降解反应同时发生且程度相当,结晶度和大分子含量均无明显变化;当D≥10 kGy时,辐照降解反应占主导,shish晶逐渐被破坏,结晶度和大分子含量逐渐下降;当D=1000 kGy时,shish-kebab结构几乎完全破坏,薄膜内主要为片晶和无定形结构。该模型描述了γ辐照下shish-kebab结构的劣化过程,为聚合物晶体结构的辐照老化机理研究提供参考。

高浓度掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜的态密度模型研究

针对背沟道刻蚀(Back Channel Etch,BCE)技术的非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFTs),建立了一种高浓度掺杂态密度模型(High Concentration Doping Density Of States model,HCD-DOS model),并通过数值模拟研究态密度关键参数对器件性能的影响,以此揭示a-IGZO TFTs中制备工艺对导电沟道修复的物理机理.首先,采用结合强度较高的钼/铜双层结构作为栅/源/漏电极,引入BCE方法制备了底栅顶接触(BottomGate Top-Contact,BG-TC)TFTs.其次,建立了适用于BCE技术的a-IGZO TFTs的HCD-DOS模型.随后,基于TCAD(Technology Computer Aided Design)仿真器对态密度关键参数进行数值研究,结果表明,不同态密度参数对a-IGZO TFTs器件转移特性曲线、电学特性以及沟道内部电子浓度分布的影响有所差异.最后,基于HCD-DOS模型探索SiO_(x)钝化层沉积和N_(2)O等离子体处理对器件内部机理的影响.研究发现,N2O等离子体处理对态密度分布和沟道载流子浓度有显著影响,进而导致阈值电压正向漂移.

基于ARCS模型的产教研融合模式的课程改革与实践——以“薄膜光学与技术”课程为例

针对当前薄膜光学与技术课程教学中存在的学生学习积极性不高、实践能力培养不充分、人才培养与社会需求关联不紧密等问题,结合专业特色和人才培养目标,基于新时代发展对创新人才的需求,提出基于ARCS动机模型的产教研融合模式对课程进行改革与实践,充分调动学生学习主动性,提高学生的实践能力和创新能力。探索基于ARCS模型的产教研融合的教学模式在薄膜光学与技术课程中的应用,优化知识体系,重构教学设计,将教学内容和课程思政深度融合,致力于培养具有创新意识和解决复杂问题能力的高质量人才。

不同温度下聚酰亚胺薄膜的蠕变性能

为研究聚酰亚胺薄膜的蠕变黏弹性本构关系模型,选用厚度25μm的聚酰亚胺膜材料,初始应力选取极限抗拉强度的50%,在23、 50、 80、 110、 140、 170℃下进行单轴蠕变拉伸实验,分析不同温度下膜材料蠕变的变化规律.用经典Kelvin、经典Maxwell、 Burgers、三参数广义Kelvin、五参数广义Kelvin蠕变本构模型对数据进行拟合,分析拟合效果.结果表明,聚酰亚胺膜材料具有明显的黏弹性,初始应力对聚酰亚胺膜材料的蠕变性能影响显著,初始应力越大,黏弹性越明显.五参数广义Kelvin模型能够较好地预测聚酰亚胺膜材料的蠕变性能,可决系数均超过0.98,Burgers模型次之,其余3种模型的拟合可决系数为0.708~0.958,拟合结果满足实际工程需要.

不同初始应力的Kapton薄膜的蠕变性能研究

聚酰亚胺薄膜(Kapton薄膜)作为一种航天膜材,其蠕变效应对结构的影响至关重要。为研究其蠕变力学性能,首先选用厚度为25μm的Kapton薄膜,在极限抗拉强度的35%、50%、65%、80%4组应力水平下,进行单轴蠕变拉伸试验。其次根据得到的蠕变力学曲线分析不同初始应力下薄膜蠕变的变化规律,结合蠕变伸长率描述薄膜随初始应力的蠕变特性并探讨其内在机理。最后采用经典Kelvin、经典Maxwell、四元件Burgers、三参数广义Kelvin、五参数广义Kelvin 5种蠕变本构模型对试验数据进行拟合,并对比分析各模型的拟合效果。结果表明:Kapton膜材具有明显的粘弹性性能,在设计中应予以考虑;初始应力对Kapton膜材的蠕变性能影响显著,初始应力越大,蠕变初期应变越大,稳态蠕变阶段应变保持值越高,粘弹性越明显;不同方向上的拉伸断裂应力水平导致蠕变性能的差异性,各应力状态下总应变TD(机器展开方向)大于MD(垂直方向);随着初始应力的增大,薄膜的蠕变伸长率先增大后减小,这是因为初始应力对薄膜内部的应力状态和位错运动的影响是复杂的,并且存在一个平衡点。本研究采用的五参数广义Kelvin模型能够较好地预测Kapton膜材的蠕变性能,拟合结果的可决系数均超过0.99,Burgers模型次之;经典Kelvin、三参数广义Kelvin以及经典Maxwell模型拟合可决系数在0.71~0.86之间,其拟合结果满足实际工程的需要。

并联模型研究双层热电薄膜热电性能

目前,热电双层膜的电输运性能测量及预测一般采用并联模型理论,然而并联模型使用条件缺乏理论和实验的支持和验证.本文借助于COMSOL Multiphysics软件采用有限元理论模拟得到了Cu/Si,Ag/Si双层膜在施加温度差下的塞贝克系数,并与并联模型进行比较.研究双层膜两端是否镀金属Pt层、双层膜之间插入高阻/低阻/绝缘界面对双层膜的塞贝克系数测量结果的影响.研究发现,当冷热端无Pt时,高阻和电绝缘界面时Si和Cu两侧电势分别沿温度梯度方向均匀分布,测得其塞贝克系数分别与材料本身的值相同,低阻界面时Cu侧热电势随着探针间距L均匀变化,Si侧呈现非均匀变化.有Pt时,Cu和Si侧的热电势沿着温度梯度的方向分布均匀,无论在绝缘/高阻/低阻界面中,Si和Cu两侧测量值均与Cu塞贝克系数相同.实验研究了Si/Ag和Bi/Ag双层膜,无Pt时,Si/Ag双层膜Si侧的塞贝克系数的绝对值随着温度的降低而降低,但是Ag侧塞贝克系数的绝对值随着温度的降低而升高.有Pt时,Bi/Ag双层膜两侧的塞贝克系数相同.

空间薄膜结构粘接缝模型的建立与验证

针对Hart-Smith板壳粘接缝模型不适用于空间薄膜结构粘接缝的问题及空间薄膜结构高精度设计中粘接缝二维模型缺失的问题,开展了空间薄膜结构粘接缝模型的建立与验证工作。首先基于Kirchhoff板理论建立了空间薄膜结构粘接缝的三维模型,计算了粘接缝内部剪应力和剥离应力分布;其次,将三维模型映射到二维,建立了薄膜粘接缝二维等效模型,给出了二维等效模型的杨氏模量和强度的计算方法;最后,对薄膜粘接缝二维等效模型进行了仿真校验,仿真结果表明,根据二维等效模型求得的杨氏模量误差为4.5%~11.8%,且该误差与粘接缝宽度正相关。仿真校验证实了粘接缝的主要失效模式为剪切,且粘接缝的等效强度不受粘接缝宽度影响。当粘接缝宽度为5 mm时,二维等效模型比Hart-Smith模型求得的等效强度误差减小了29.2%。薄膜粘接缝二维等效模型为空间薄膜结构高精度设计提供了参考。

基于主成分分析的牛油火锅底料挥发性风味物质评价模型的构建

采用薄膜固相微萃取与气质联用技术对市场占有率较高的4种牛油火锅底料品牌的B端和C端产品的挥发性风味物质进行了比较分析,并构建主成分评分模型对其风味进行了差异性评价。结果表明,B端产品共检测有154种风味物质,C端产品则有158种,而8个样品检测出25种相同的风味物质,相同品牌的风味物质中,C端产品的烃类物质占比明显较低。利用主成分分析对火锅底料中的风味物质组成进行分析,结果表明,7个主成分因子累积方差贡献率达到100%,能有效表征火锅底料的风味物质信息。最后构建主成分分析模型,计算综合评价指数,对其风味进行评价排序,Pearson相关性分析发现主成分综合得分与感官评价结果相关性为极显著(P<0.01),相关系数为0.908,说明所构建的模型能够有效地对火锅底料进行风味评价。

气动薄膜执行机构模型优化及参数辨识

在气动调节阀中,针对智能电气阀门定位器控制算法的开发通常需以气动薄膜执行机构模型为基础;本研究对应用于气动薄膜执行机构的传统Karnopp摩擦模型进行了优化,对动静摩擦判断条件DV(临界速度)进行修改,修改后的模型解决了DV如何选取这一问题;同时对传统气动薄膜执行机构模型的参数辨识方法进行改进,将多元线性回归和最小二乘法应用于估算气动薄膜执行机构中移动部件质量,弹簧刚度系数,预紧力,库伦摩擦和粘滞摩擦系数,通过实际气室压力和估计气室压力的标准误差σ、相关系数R^(2)与参数向量α中每个参数对应的p-value三个指标来决定参数的选取结果;将摩擦模型整合进气动薄膜执行机构动力学模型中,通过仿真和实验验证了参数辨识方法有效性;在开环不同幅值的阶跃信号和随机信号激励下进行仿真和实验对比,结果表明,整合后的摩擦模型能准确模拟气动薄膜执行机构的动态过程,该模型和参数辨识方法同样适用于其它机械装备。

滚动接触状态下固体润滑薄膜界面损伤失效行为分析

以内聚力模型(CZM)为基础建立薄膜-基体承载系统的有限元分析模型,采用双线性本构关系描述薄膜-基体结合界面的承载及损伤失效行为,通过分析法向和切向载荷作用下界面的承载状态,研究了摩擦因数、薄膜弹性模量、膜厚对薄膜-基体承载系统的界面应力、分离位移、能量释放率的影响,结果表明:摩擦因数增大会导致接触前沿界面承载状态恶化,从而增加界面损伤和脱附失效的风险;薄膜弹性模量增大可以减小接触前沿界面损伤区域和损伤程度,当薄膜弹性模量小于基体弹性模量时界面承载性能急剧恶化;随膜厚增大,界面切向损伤区域和损伤程度先减小后增大,膜厚为0.2倍接触半宽时有利于提升薄膜-基体结合界面的承载性能。

百里香精油在果胶甲酯酶响应型抗菌薄膜中的扩散性能及其迁移行为

抗菌薄膜因其优异的保鲜性能在果蔬保鲜中应用广泛。然而果蔬储藏过程中内源果胶甲酯酶活性的升高及外源微生物的侵染会干扰抗菌薄膜中抗菌剂的迁移扩散,但抗菌剂在薄膜中的传质迁移决定了抗菌薄膜是否能够发挥预期作用。因此,该文对百里香精油在纳米复合抗菌薄膜中的酶响应迁移行为进行研究,建立释放动力学模型。纳米复合抗菌薄膜溶胀率和扫描电镜结果表明,抗菌薄膜在果胶甲酯酶活为0~2.5 U/mL的食品模拟液中均具有明显的溶胀行为,随着酶活的增强,薄膜横截面微观结构由致密逐渐变为疏松,甚至出现孔洞或缝隙;百里香精油释放动力学结果显示,当释放初期扩散比率Mt/M∞<2/3时,精油释放曲线趋于线性,利用短时释放模型和幂律模型对其进行模拟分析,发现随着酶活的升高,百里香精油的释放机制呈现出由不规则扩散向Fick定律转变的趋势;百里香精油扩散释放的全过程属于扩散⁃溶胀叠加机制,符合自拟的负指数生长回归模型(R2>0.95)。

星载薄膜反射阵天线机电耦合模型及其应用

薄膜反射阵天线面密度低、收纳比高、电设计自由度高,在实现星载天线“高增益”、“轻巧化”的要求上有巨大的优势。但目前还没有在轨使用的大口径薄膜反射阵天线,主要是因为薄膜在空间热环境、光场、电磁波辐射、粒子辐照、重力梯度等多物理场中容易产生大变形与振动,严重影响天线的电性能。为验证大口径薄膜反射阵天线在空间大规模运用的可行性,建立了薄膜反射阵天线的机电耦合模型,研究了反射阵单元误差和馈源误差对天线电性能的影响,分析了薄膜反射阵天线形变与振动对增益和副瓣电平的影响,为薄膜反射阵天线的在轨误差分析提供参考。

薄膜压力传感器在液压振动沉桩试验中的应用

薄膜压力传感器因厚度薄、测试单元面积小和灵敏度高等优点在土木工程领域逐渐得到应用。为探究薄膜压力传感器在液压振动沉桩中监测桩侧法向应力的适用性,在砂土中开展液压振动沉桩大比尺模型试验。试验结果表明:液压振动沉桩的桩侧残余法向应力显著小于振动时的法向应力;在合适的保护措施下,薄膜压力传感器能有效监测沉桩过程中的桩侧法向应力。

纳米硅薄膜分形凝聚模型

从分析纳米硅（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ）薄膜生长过程的特点出发，提出与扩散限制凝聚（ＤＬＡ）模型不同的ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ薄膜分形凝聚模型：扩散与反应限制凝聚（ＤＲＬＡ）模型．获得的结果与实验结果符合得很好．ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ薄膜是利用等离子体增强气相淀积方法制备的．文中讨论了ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ薄膜的结构特点与分形凝聚之间的关系．

金属氧化物薄膜光学常数计算物理模型应用研究

采用离子束溅射(IBS)方法制备了HfO2和Ta2O5两种金属氧化物薄膜,通过测量薄膜的椭偏参数,使用非线性最小二乘法反演计算获得薄膜的光学常数。在拟合过程中,采用L8(27)正交表设计了8组反演计算实验,在初始选定Cauchy模型后,对HfO2薄膜拟合影响最大的为表面层模型,对Ta2O5薄膜拟合影响最大的为折射率梯度模型。确定了不同物理模型对拟合函数MSE的影响权重和拟合过程中模型选择的次序,按照确定的模型选择次序拟合,最后加入弱吸收模型反演计算两种薄膜的光学常数,反演计算的MSE相对初始MSE可下降79%和39%,表明拟合过程模型选择物理意义明确,具有广泛的应用价值。在500nm处,Ta2O5薄膜的折射率梯度大于HfO2薄膜,而HfO2薄膜消光系数大于Ta2O5薄膜。表明Hf金属与Ta金属相比容易氧化形成稳定的氧化物,HfO2薄膜的吸收要高于Ta2O5薄膜。

吸氧多层薄膜内脱氧树脂层的传质与反应模型

制备了多种配方的脱氧树脂薄膜, 测定了铁粉含量、铁粉粒度、卤化物、偶联剂、填充剂及调湿时间等因素对脱氧树脂薄膜吸氧性能的影响, 建立了脱氧树脂薄膜吸氧过程的传质与反应模型. 该模型表明, 当M>3时, 吸氧过程为快速反应, 吸氧速率与膜厚无关. 当M<0 3 时, 吸氧过程为慢速反应, 吸氧速率与De 无关, 膜内氧气浓度均匀, 且等于气固界面浓度. 采用多种配方脱氧树脂薄膜的吸氧实验表明, 该模型与实验结果吻合良好.

MEMS薄膜纵向断裂强度的静电测试结构模型与模拟

根据 Bore提出的一种 MEMS薄膜断裂强度静电测试结构 ,给出了一种改进的数学模型 ,根据此数学模型可以很简单地测出 MEMS薄膜的断裂强度 .对各种不同尺寸的结构用 Coventor软件对所给模型进行了验证 。

双曲两步模型下金属薄膜的热行为

从双曲两步热传导模型出发,运用数值差分法求解了微尺度条件下热传递问题。利用特征值法对耦合的能量方程解耦,得到一组控制薄膜中的热波传播的特征方程,对特征方程组运用Godunov格式进行离散得到特征方程组的解。通过特征方程和原控制方程之间的关系,得到薄膜的温度响应并运用这种方法求解了薄膜的激光加热问题,揭示了在短脉冲激光加热条件下薄膜中热传递的波特性以及金属薄膜中电子气和晶格温度的非平衡态特征。

用brick-wall方法计算黑洞熵的再讨论

在薄层模型brick wall方法的基础上 ,进一步研究了黑洞熵的计算 ,发现黑洞熵来源于其视界面上每一个面元的贡献 .熵与视界面积成正比 ,不但适用于整个黑洞 ,也适用于黑洞视界的局部 .这一思想不但可以用于计算表面各点温度不同的动态黑洞的熵 ,而且使得人们对黑洞熵与视界面积关系的认识更加深入了一步 .

薄膜润滑时分层粘度模型的速度场分析

流体的流动将直接影响其润滑特性,特别是润滑剂粘度的分布。速度变化除产生温升外,还将可能使润滑剂产生剪切稀化。在薄膜润滑中,润滑剂间的相对运动速度大,其特性变化将更为突出。本文以分层粘度模型来研究在此时润滑剂的速度特性,为研究流体温度场和剪切稀化问题提供数据,对揭示薄膜润滑状态下轴承的性能和变化规律具有重要的意义。