铝-金刚石界面电子特性与界面肖特基势垒的杂化密度泛函理论HSE06的研究

宽带隙半导体金刚石具有突出的电学与热学特性,近年来,基于金刚石的高频大功率器件受到广泛关注,对于金属-金刚石肖特基结而言,具有较高的击穿电压和较小的串联电阻,所以金属-金刚石这种金半结具有非常好的发展前景.本文通过第一性原理方法去研究金属铝-金刚石界面电子特性与肖特基势垒的高度.界面附近原子轨道的投影态密度的计算表明:金属诱导带隙态会在金刚石一侧产生,并且具有典型的局域化特征,同时可以发现电子电荷转移使得Fermi能级在金刚石一侧有所提升.电子电荷在界面的重新分布促使界面形成新的化学键,使得金属铝-氢化金刚石形成稳定的金半结.特别地,我们通过计算平均静电势的方法得到金属铝-氢化金刚石界面的势垒高度为1.03 eV,该值与金属诱导带隙态唯像模型计算的结果非常接近,也与实验值符合得很好.本文的研究可为金属-金刚石肖特基结二极管的研究奠定理论基础,也可为金刚石基金半结大功率器件的研究提供理论参考.

热压和放电等离子烧结对硬质合金材料微观组织和性能的影响

本文采用XRD、EBSD等测试手段,对热压(HP)和放电等离子烧结(SPS)获得的硬质合金材料的相成分、微观组织及其性能进行了比较,并对其形成原因进行分析。结果表明,两种烧结方法获得的试样均具有高的致密度及纯净的WC和Co相,试样内晶粒没有择优取向;绕[1010]轴取向角为90°的WC-WC晶界为低能晶界,因此该种晶界大量存在且均匀分布于试样中;两种烧结方法获得试样硬度基本一致;但SPS技术因加热速率快、保温时间短,有效阻止了WC晶粒的长大,特别是高温烧结阶段的晶粒粗化,因此获得的晶粒尺寸小于热压烧结试样,从而具有高的断裂韧性。由此表明快速合成的放电等离子烧结技术有利于超细晶和纳米晶硬质合金材料的制备。

铌酸锂晶体的生长研究

近年来,铌酸锂晶体由于其自身所具有的多种优异性能和巨大的应用前景而受到了人们的广泛关注,但生长出满足不同市场要求的高质量铌酸锂单晶体比较困难。本文从晶体生长技术的角度综述了铌酸锂单晶体不同的生长方法以及各自的特点,并分析了在生长铌酸锂晶体时出现的一些问题。

室温离子注氢CeO_2的微结构及价态研究

利用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及电子能量损失谱(EELS)对室温下注入氢离子的CeO2烧结体的显微组织结构和价态进行了原位观察和分析。结果表明:室温注氢,虽可以使严重损伤区内氧的状态发生明显改变,却不能引起CeO2的相转变及Ce的价态改变;这一结果可能与氢离子因尺寸太小不能占据CeO2的正常格点位置从而无法有效形成氧空位以及室温下CeO2中Ce和O的扩散比较困难等因素有关。

文献挖掘和高通量方法优化碳纳米管垂直阵列生长

具有良好力学性能和高导热性的碳纳米管垂直阵列(VACNT)可用作热管理中的有效热界面材料。为了利用沿碳纳米管轴向的高导热性,需要优化碳纳米管垂直阵列的结晶度和高度。然而,碳纳米管垂直阵列的生长参数空间(如退火时间、催化剂种类、生长温度、载气、碳源等)复杂,结构特征之间相互影响,同时提高碳纳米管垂直阵列的高度和质量仍是一个巨大的挑战。与此同时,缺乏对参数调控方向的指导进一步增加了实验结果的不确定性,并限制了产物结构优化的效率。本研究开发了一种文献挖掘-机器学习-高通量制备策略,有效优化了碳纳米管垂直阵列的高度和质量。为了揭示碳纳米管垂直阵列结构与关键生长参数之间的潜在关系,采用随机森林回归算法对一组已发布的样本数据(864个样本)进行建模,并利用机器学习模型解释包SHAP(SHapley Additive exPlanations)分析获得影响垂直阵列高度和结晶度的主要生长参数。经分析确定,高通量实验旨在调节4个关键参数:生长温度、生长时间、催化剂组分和碳源浓度。结果发现,经筛选的Fe/Gd/Al_(2)O_(3)催化剂能够生长出具有毫米级高度和更高结晶度的碳纳米管垂直阵列。结果表明,文献挖掘、高通量实验和基于数据的机器学习可以有效地处理碳纳米管生长等多参数过程,提高对结构的控制。

铁素体／贝氏体双相钢的变形和断裂特性

对一种低碳硅锰钢进行TMCP实验，获得了不同铁素体形态的铁素体／贝氏体双相钢（FB钢）．研究了FB钢在单轴拉伸下的变形行为及断裂特性，结果表明：在均匀塑性变形阶段，FB钢的瞬时加工硬化指数n＊值与真应变ε的关系曲线可分为n＊值较高、n＊值随ε缓慢下降以及n＊值随ε迅速下降三个阶段．与等轴铁素体／贝氏体双相钢相比，准多边形铁素体／贝氏体双相钢的强度和低应变区的n＊值均比较高．FB钢拉伸试样颈缩区的孔洞或微裂纹产生在F—B相界面附近和铁素体内，有助于减弱裂纹尖端附近的局部应力集中，改善钢材的抗裂纹扩展性能．

高铬铸钢轧辊的热处理工艺及其组织和硬度

通过SEM、EDS、XRD分析及硬度测试,研究了高铬铸钢轧辊热处理奥氏体化温度和保温时间对轧辊组织和硬度的影响规律,并确定了轧辊的热处理工艺。结果表明:随着奥氏体化温度升高和时间延长,轧辊基体中的铬含量增加,硬度先升后降;随温度升高和时间缩短,残余奥氏体增多;1 030℃奥氏体化保温1.5 h空冷淬火,520℃回火保温时间10～30 min热处理后,轧辊的组织均匀、硬化效果好,硬度达到了740～760 HV。

铌酸锂晶体的缺陷及其控制

针对铌酸锂晶体中的缺陷研究,本文总结了国内外学者提出的不同晶体缺陷模型及各自的特点,并介绍了我们提出的铌位依赖、锂位敏感模型。在分析晶体缺陷研究的基础上提出了对铌酸锂晶体进行缺陷控制的意义及理论依据,指出缺陷控制的主要任务是保护锂格位。本文还简要概括了铌酸锂晶体缺陷控制的主要手段,并建议从反映铌酸锂晶体性能的角度来研究缺陷结构。

低碳钢带铸材的微观组织与塑性异向性

对比研究了低碳钢带铸材不同处理状态钢带和薄板铸坯中不同位置切片的组织特征、晶体学织构和15％工程应变条件下的塑性异向性．结果表明,带铸材试样中存在{111}与{114}特征织构,织构强度均较弱；铸坯切片中存在{111}与{001} 特征织构,并且因局部凝固冷速不同存在明显的织构强度差异．两组低碳钢的法向异向性与平均晶粒尺寸的对数之间尽管均存在线性关系,但斜率明显不同．分析表明法向异向性的晶粒尺寸依存性与钢带中织构的强弱有关,由此提出了“有效织构强度比”的概念,从塑性变形理论的角度解释了微观组织对塑性异向性的影响．

高铬铸钢轧辊外层凝固组织研究

详细研究了高铬铸钢轧辊的铸态组织、成分分布,通过Thermo-Calc(TCW2)软件对高铬铸钢的平衡、非平衡凝固过程相图进行了计算,系统分析了高铬铸钢离心铸造条件下的凝固过程;总结了铸态组织在热处理过程中的变化规律,为改进轧辊的成分设计,控制轧辊铸造组织、优化轧辊的热处理工艺提供了参考数据。

含铌低硅TRIP钢的拉伸行为研究

采用定量拉伸、彩色金相、SEM、TEM和XRD对含铌低硅TRIP钢拉伸过程中的相变和应变硬化行为进行了研究。结果表明:在单向拉伸过程中,残余奥氏体的稳步相变使得塑性增加。残余奥氏体的相变速率与真应变的关系可以用ln[(Vγ0-Vγ)/(Vγ0-Vγu)]=lnk-cε来表示,随应变的进行,c值减小,残余奥氏体的稳定性增加。在均匀塑性变形阶段,TRIP钢的瞬时应变硬化指数n*值随真应变ε的变化与残余奥氏体向马氏体相变量有关。

高温超导本征结加工中的氩离子铣技术

最近,用高温超导单晶Bi2Sr2CaCu2O8+x制备本征结器件从而实现太赫兹辐射源的研究有较大突破,而本征结器件的样品制作仍需细致而深入的研究.为此我们首先借助于单晶硅,制作了矩形的高台(mesa)结构,观测了在不同离子加速电压和不同离子束入射角度下,氩离子铣的刻蚀速度和刻蚀形成台阶侧壁的形貌,给出了一种刻蚀速率高、台阶侧壁陡峭、对样品损伤小的刻蚀方案,用此方法加工出的高温超导本征结器件在一定条件下可以得到太赫兹辐射信号.