铝基复合材料表面多层复合厚膜的研究

对含50%AlN颗粒的铝基复合材料进行预处理后,在其表面依次采用浸锌化学镀镍工艺制备Ni-P过渡层,采用脉冲偏压磁过滤多弧离子镀工艺沉积硬质Ti/TiN调制周期膜,采用脉冲等离子体化学气相沉积工艺制备含氢类金刚石(DLC)膜等工艺最后形成了多层复合薄膜体系。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、光谱仪、原子力显微镜、微载荷显微硬度仪、摩擦磨损试验机等设备分析了复合薄膜的组织结构、膜层形貌、截面形貌、显微硬度和摩擦系数等性能特点。测试表明:铝基复合材料/Ni-P层/Ti/TiN调制周期膜/含氢DLC膜这一梯度膜系具有结构交替变化,相邻界面形成混合层,性能梯度分布,硬度逐渐增加,摩擦系数小的特点。该复合工艺能够有效地解决铝基复合材料上制备硬质厚膜的热适配和晶格错配度大的难题,制备薄膜具有良好的膜基结合性能。

碳素钢强流脉冲电子束处理后的表面火山口状凹坑研究

利用强流脉冲电子束 (HCPEB)技术对碳素钢进行了表面改性处理。利用扫描电镜 (SEM)和X射线衍射 (XRD)对改性试样的表面性质进行了分析 ,结果表明 :样品表面出现了“火山坑”状的凹坑 ,淬火态T8凹坑数量比 4 5 # 钢少 ,凹坑深度比4 5 # 钢深。凹坑的密度与输入的能量密度成正比关系 ;此外 ,凹坑的分布密度先随轰击次数 (n =1～ 5 )的增加而增加 ,随后 (n=6～ 10 )略有降低 ;分析表明凹坑的形成及分布与位错密度密切相关。

Cu掺杂ZnO薄膜的光学性质

采用射频反应磁控溅射方法,在Si(100)和石英基片上使用双靶溅射的方法制备了Cu掺杂ZnO薄膜。利用X射线衍射、透射光谱和光致发光光谱分析了薄膜的晶体结构及光学性质,并与密度泛函理论计算的结果进行了对比。研究结果显示:Cu掺杂ZnO薄膜均具有高的c轴择优取向,无Cu及其氧化物相关相析出,掺杂对晶格参数的影响较小,与理论计算结果一致。Cu掺杂显著改变了ZnO薄膜在近紫外及可见光波段的吸收特性,其光学带隙随着Cu掺杂量的增加有所减小,带隙宽度的变化趋势与理论结果有着很好的一致性。Cu掺杂显著降低了ZnO薄膜的发光效率,具有明显的发光猝灭作用,但并不影响光致发光的发光峰位。说明Cu掺杂导致的吸收特性的改变可能与杂质能级有关,这与能带结构计算发现的Cu-3d电子态位于价带顶附近的禁带中是一致的。

偏压对磁控溅射ZnO薄膜的成核机制及表面形貌演化动力学的影响

利用反应射频磁控溅射技术,通过对基体施加负偏压溅射ZnO薄膜,探讨了固定偏压下ZnO薄膜的表面形貌随沉积时间的演化以及不同偏压对ZnO薄膜表面形貌的影响.研究结果表明,在-100V的偏压下,随着沉积时间的增加,ZnO薄膜的表面岛尺寸不断减小,密度逐渐变大.ZnO在基片表面成核过程中的本征缺陷成核阶段和轰击缺陷成核阶段的生长指数分别为(0.45±0.03)和(0.22±0.04),低速率成核过程基本消失;随着偏压增大,表面岛的尺寸变大,表面起伏增加.偏压不但可以改变ZnO薄膜的成核和生长过程,而且影响薄膜的晶体取向.

沉积温度对N掺杂Cu_2O薄膜生长及光学特性的影响

利用反应射频磁控溅射技术,首次利用氧化铜作为溅射靶,在氮气和氩气的混合气氛下,制备出N掺杂的Cu2O薄膜。通过改变沉积温度,研究了氮掺杂Cu2O薄膜的结构特征和生长模式以及光学特性。研究结果表明低温沉积时,薄膜表现为比较强的(100)织构;随着沉积温度增加到500℃,薄膜逐渐转变为(111)织构,沉积温度增加导致的临界成核自由能的增加是决定薄膜织构特征的重要因素;原子力显微镜分析发现不同沉积温度的薄膜表面形貌的空间标度指数α>1,属于表面扩散支配的薄膜生长机制;薄膜表面形貌的空间标度指数和关联长度随沉积温度的变化与薄膜织构度之间存在明显的关联;不同温度沉积的氮掺杂Cu2O薄膜的禁带宽度为(2.52±0.03)eV。

氧化硅包覆铁“壳/核”型纳米复合粒子的制备及其吸波特性研究

采用非平衡物理气相蒸发法在氢气-氩气混合气氛下制备了氧化硅包覆铁“壳/核”型纳米复合粒子.通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和能谱分析（EDS）等方法表征了纳米复合粒子的相组分、结构以及颗粒形貌.结果表明,制备的氧化硅包覆铁纳米复合粒子的尺寸在50nm左右,在铁纳米粒子的表面还出现了非晶态的氧化硅纳米棒,长度为150-200nm.利用电磁参数模拟微波吸收特性得出,涂层厚度为1.79mm时,在15.4GHz频率处达到最小反射损耗值为-14.5dB,反射损耗在8-18GHz的频段低于-10dB,且损耗机制为自然共振.

SKD11模具钢的强流脉冲电子束辐照改性

本文介绍强流脉冲电子束(HCPEB)材料表面改性原理,采用模具钢SKD11进行辐照处理实验。对处理样品表面进行形貌观察,发现熔坑面密度及粗糙度随脉冲处理次数的增加而减小。X射线衍射分析证实,多脉冲处理条件下表面改性层中碳化物发生溶解,形成高奥氏体含量的重熔组织,而过多的能量注入会使奥氏体发生再度分解。磨损性能测试表明,在低电压(19.8kV)处理情况下,耐磨损性能得到改善,脉冲次数为8次时处理样品的耐磨性达到最佳,这与表面改性层中碳化物及奥氏体的相对含量变化密切相关。

强流脉冲电子束表面合金化的涂层厚度优化模拟

通过建立三维温度场模型,利用数值模拟方法,模拟316L钢表面进行Ti和Al合金化的温度场分布,分析Ti、Al涂层厚度以及电子束能量密度对合金化的影响。结果表明,在能量密度为6 J/cm2电子束的一次脉冲处理下,316L钢表面合金化Ti的优化涂层厚度为1.1μm,表面合金化Al的优化涂层厚度为2μm。

基于ECR-PEMOCVD生长的稀磁半导体(Ga,Mn)N的特性

利用电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCVD)技术,在蓝宝石(α-Al2O3)衬底上生长出Mn含量约为3%的(Ga,Mn)稀磁半导体薄膜。利用反射高能衍射(RHEED)、原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)表征(Ga,Mn)N薄膜的表面形貌和结构特征。(Ga,Mn)N薄膜具有良好的(0002)择优取向和纤锌矿结构,表面形貌是由许多亚微米量级的晶粒按一致的取向规则堆砌而成。光致发光(PL)测量发现3.27eV附近出现施主-受主对(DAP)发光峰。超导量子干涉仪(SQUID)测量表明薄膜在室温下具有铁磁性,没有发现超顺磁性和自旋玻璃态,居里温度可达400K。

PuO_2 Σ5对称晶界附近氧的自扩散行为

本文采用分子动力学研究了PuO2∑5对称晶界附近氧的自扩散行为。结果表明:晶界能在较大程度和范围内影响氧原子的自扩散能力,晶界的存在加速了氧原子在其附近的扩散;随着氧原子与晶界界面距离的增加,其扩散能力逐渐降低;氧原子在晶界附近的扩散呈各向异性,其在垂直于晶界界面上的扩散能力大于平行于晶界界面上的扩散能力。

TMGa流量对玻璃衬底上低温沉积GaN的影响

采用电子回旋共振-等离子体辅助增强金属有机物化学气相沉积两步生长法在玻璃衬底上低温沉积GaN薄膜。利用原位反射高能电子衍射、X射线衍射、室温透射光谱和原子力显微镜,研究了不同TMGa流量条件下沉积的GaN薄膜的结晶性、光学性质和表面形貌。结果表明,TMGa流量对GaN薄膜质量影响很大,TMGa流量约为1.4cm3/min(标准状态)条件下沉积的GaN薄膜结晶性较好,呈高度c-轴择优取向,420～1110nm波长光区内透过率超过90%,薄膜表面由大小均匀的亚微米量级表面岛按一致取向堆砌而成。

离子注入对三角叶滨藜种子萌发及愈伤组织的影响

利用Ｎ＋、Ａｒ＋、Ｚｎ２＋离子分不同辐射能量，对三角叶滨藜（Ａｔｒｉｐｌｅｘ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒｉｓ）种子 进行离子注入，研究低能量状态下激发诱变的生物学效应。结果表明 Ｎ＋、Ａｒ＋、Ｚｎ２＋离子注 入处理后，三角叶滨藜种子萌发率均有下降。其中Ａｒ＋处理组种子萌发率高于对照组。由无 菌苗诱导产生愈伤组织及其生理活性也存在差异。通过对愈伤组织ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ活性进 行测定，发现这３种离子注入种子处理后愈伤组织的ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ活性一般都低于未处 理的对照组。其中Ｚｎ２＋注入处理后ＳＯＤ活性高于对照组。

变价稀土元素Eu掺杂BiCuSeO热电性能的研究

作为一种适于中温下使用的极具发展前景的新型热电材料,BiCuSeO由于本征热导率低且Seebeck系数较高而广受关注。本研究探索了变价稀土元素Eu替换Bi位对BiCuSeO热电材料微观组织和热电性能的影响。实验结果显示,样品中同时存在Eu^2+和Eu^3+两种价态的离子,掺杂Eu元素不仅可以增加样品的载流子浓度,还可以调整样品的能带结构,进而改善样品的电输运性能,Bi0.85Eu0.15CuSeO电导率显著提升,在823 K时达到了98 S·cm^–1,相比于未掺杂样品提升了将近6倍。在温度为823 K时,Bi0.975Eu0.025CuSeO的功率因子可达0.32 mW·m^–1·K^–2,ZT值为0.49。本研究表明,掺杂变价稀土元素可以有效改善BiCuSeO热电材料的性能。

在镀铝玻璃衬底上低温沉积GaN薄膜的结晶特性

采用电子回旋共振等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCVD)方法,在镀铝玻璃衬底上沉积了GaN薄膜。RHEED和XRD分析显示,适当增加TMGa流量,薄膜呈现高度c轴择优取向特征;SEM表明,随着TMGa流量增加,薄膜表面逐渐平整致密;对Raman光谱中A1(TO)、E1(TO)两个禁戒模式及281.1cm-1附近宽峰出现的原因进行了探讨,并对E2(high)、A1(LO)模的低频移动进行了分析,分析认为E2(high)模低频移动是薄膜内应力和晶粒尺寸效应共同作用的结果,同时晶粒尺寸效应还导致了A1(LO)模的低频移动。

衬底氮化时间对玻璃衬底上低温沉积GaN薄膜结晶性的影响

采用电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCVD)方法,在康宁7101型普通玻璃衬底上低温沉积氮化镓(GaN)薄膜。利用反射高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和霍尔测量系统检测样品,研究了衬底氮化时间对GaN薄膜质量的影响。结果表明,氮化时间为5min时,得到的GaN薄膜呈高度c轴择优取向,结晶性较好,薄膜表面是由许多亚微米量级的表面岛按一致的取向规则堆砌而成的,薄膜表面较为平整且呈n型导电;氮化时间增加,薄膜结晶性反而变差。

ZnO∶Al衬底上低温生长GaN薄膜

利用射频磁控溅射在普通玻璃上制备了(0002)择优取向的ZnO∶Al薄膜。采用电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCVD)技术,在ZnO∶Al薄膜衬底上沉积了厚度为320 nm的GaN薄膜。利用高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和光透射谱等表征方法,研究了沉积温度对GaN薄膜的结晶性、表面形貌和透射率的影响。

强流脉冲电子束辐照下单晶铝中的堆垛层错四面体

利用强流脉冲电子束技术对单晶铝进行了辐照,并利用透射电镜对强流脉冲电子束诱发的空位簇缺陷进行分析.实验结果表明,强流脉冲电子束能够诱发位错圈、孔洞甚至堆垛层错四面体这种通常在高层错能金属中不能形成的空位簇缺陷,并且三种不同类型的空位簇缺陷的形核过程并不同时发生,三种空位簇缺陷存在着密切的关系.根据实验结果提出了堆垛层错四面体形成与生长机理.

激光功率对Al-Cu合金熔覆层组织和性能的影响

采用宽带激光熔覆技术在AZ91HP镁合金表面制备Al-Cu合金涂层。研究结果表明,在不同激光功率下由于基体镁合金对熔覆材料Al-Cu合金的稀释作用,所制备的涂层主要由Mg、Al、Cu三种元素所形成的晶体相组成。当激光功率为2.5kW时,涂层主要由Mg_(17)Al_(12)、AlMg、AlCu_4组成。但随功率的增加,基体镁元素对涂层的稀释率增大,涂层中的Mg金属间化合物比例逐渐增大,当功率达到3.5kW时,涂层全部由Mg金属间化合物构成。在其他参数固定情况下,随激光功率增加,涂层的硬度、耐磨蚀性有所不同,其中激光功率为2.5kW所制备的涂层具有最佳的硬度和耐磨蚀性。

高功率离子束辐照膜基双层靶温度场的数值研究

采用TRIM程序模拟高功率离子束与铝基钛膜双层靶的相互作用.计算了束流在靶材内的能量沉积及分布情况,并以此沉积能量为热源项,采用有限差分方法求解非线性热传导方程,得到了温度场的分布规律,分析了不同离子流密度对界面物质状态的影响.结果表明,离子束电流密度在100—200A/cm2之间取值时,脉冲结束后界面处两种物质均达到熔融状态.