脉冲激光加热薄膜微尺度热传递研究进展

短脉冲激光显微微加工因其具有制作高精度微结构的能力和其在现代微制作技术中的应用,微尺度薄膜热传递的研究受到极大关注,近年来对薄膜结构高频加热的研究迅猛发展。本文对十年来薄膜微尺度热传递的相关研究进展做了简要评述。     

建筑节能镀膜玻璃热传递系数的研究

建筑节能镀膜玻璃的热传递系数ｋ是反映节能薄膜性能的重要指标，本文提出其热传递系数的计算和测量方法，并介绍部分测量结果，研究结果表明节能薄膜确能较大地降建筑物的能耗。     

微结构气体夹层的导热和辐射比较

气体夹层作为散热或绝热机构在微传感器、微驱动器等微器件中是经常出现的。通常认为,气体夹层的导热是微结构表面间热量传递的主要方式,而表面间的热辐射可以忽略不计。本文比较了不同尺度和温度下电介质材料表面间导热和辐射换热的相对强弱,发现当辐射表面间距离只有十几个纳米的时候,辐射换热会大大强于导热。根据不同尺度和温度下导热和辐射相对强弱的不同,对微结构中电介质材料表面间热传递的主要方式进行了划分。     

微尺度薄膜热导率测试技术

随着器件尺寸进入到微 /纳米尺度 ,其热物性与体材料相比有了很大差别。在器件热性能和可靠性研究过程中 ,对热导率的测量成为了关键技术之一。本文概述了SiO2 、SiNx、金刚石等薄膜在微小型器件中的用途及其热导率测试技术的发展 ,并进一步总结了用于薄膜热导率测量的常用方法     

薄膜微区域变形的微标记阵列检测方法研究

本文应用阵列微压痕标记技术完成了薄膜表面微孔洞缺陷邻域变形检测. 检测中通过应用纳米压痕和微区域放电技术, 制作微标记阵列和微孔洞缺陷, 并在数字化显微系统下完成微区域点阵变形检测, 进而实现微区域小变形测量. 研究了微标记点的信息提取与表征方法, 讨论了微标记法在薄膜材料性能检测中的可行性及其检测性能.     

微尺度薄膜热导率测试技术

随着器件尺寸进入到微／纳米尺度，其热物性与体材料相比有了很大差别。在器件热性能和可靠性研究过程中，对热导率的测量成为了关键技术之一。本文概述了SiO2、SiNx、金刚石等薄膜在微小型器件中的用途及其热导率测试技术的发展，并进一步总结了用于薄膜热导率测量的常用方法。     

固态金属中声子热传递的分子动力学模拟研究

固态金属中的热传递是声子和自由电子共同作用的结果。自由电子引起的热导率可以通过电导率,利用Wiedemann-Franz定律得到,声子引起的热导率目前仍然不能进行实验测量,只能借助其他方法来研究。本文采用非平衡分子动力学(NEMD)方法,用镶嵌原子方法(EAM)势能模型,模拟计算了不同厚度(1.760-10.56nm)金属镍薄膜中由于声子-声子作用引起的热导率。然后根据纳米厚度金属薄膜的热导率借助关联式推到宏观尺度下由于声子-声子作用引起的热导率。结果表明,对于纳米厚度金属薄膜,由于声子-声子作用引起的热导率比块体金属镍的热导率小一个数量级;薄膜厚度越小,声子-声子作用引起的热导率越小;对于块体金属镍,由于声子-声子作用引起的热导率约占其总热导率的33.0%左右。     

纳米SiO2材料声子热输运的格子玻尔兹曼法模拟

根据德拜物理模型,采用格子玻尔兹曼方法（LBM）对纳米二氧化硅薄膜内的声子热输运特性进行了模拟分析,得到了薄膜内的温度响应特性;在此基础上,分析了其法向有效导热系数。计算结果表明,当努森数大于0．01时,薄膜边界处出现温度跳跃,呈现出明显的微纳米尺度传热特性;当薄膜厚度小于20nm时,减小厚度可使其有效导热系数迅速降低...     

元胞方法与蒙特卡洛方法相结合的薄膜生长过程模拟

利用仿真方法从原子尺度研究薄膜生长过程是当前薄膜研究领域的热点. 目前, 仿真方法主要在纳米尺度模型实现, 时空需求很大. 针对这一问题, 本文提出元胞和蒙特卡洛相结合的模拟方法, 实现对微米尺度模型薄膜生长过程的模拟. 利用元胞方法来实现模型表示以及演化计算, 从而降低对内存空间的要求, 提高计算效率, 并使用蒙特卡洛方法计算粒子的扩散概率. 通过对氮化硅薄膜生长过程进行具体研究, 将模拟结果与实际实验结果和分子动力学演化结果进行表面形貌和成分的比较, 验证了该方法的有效性.     

飞秒激光加工微悬臂梁薄膜光纤声波传感器

设计并制作了一种光纤微悬臂梁传感器,由于悬臂梁在受迫振动过程中不会产生拉伸变形,与四周固定的圆形密闭薄膜相比,会产生更高的声波灵敏度。采用飞秒激光加工制作微悬臂梁薄膜光纤声波传感器,制备出长宽均为500μm,厚6μm的微悬臂梁结构。通过实验得到其反射光谱对比度为8.8 dB,自由光谱范围为7.72 nm,理论计算得光纤法布里-珀罗腔长为155.6μm。研究结果表明,该光纤声波传感器在2 200 Hz处出现明显的共振峰,对应的声压灵敏度为414 mV/Pa,在300 Hz时有最大的灵敏度675 mV/Pa,与普通硅橡胶薄膜声波传感器相比灵敏度显著提高。理论计算硅橡胶微悬臂梁光纤声波传感器的一阶共振频率为198 Hz,与实验测得的共振频率较为接近。同时悬臂梁传感器的声压灵敏度可达675 mV/Pa,声压响应线性度为0.994。     

纳米单晶铜薄膜中孔洞拉伸变形的分子动力学模拟

固体的断裂过程贯通宏、细、微观多个层次尺度，涉及固体力学、材料科学与物理学等领域。细观破坏过程的4种基本构元(孔洞、微裂纹、界面失效、变形局部化等)的起源和演化描述必须在微(纳)观尺度才能完全阐明。从原子尺度运用分子动力学技术模拟纳米单晶铜薄膜中孔洞在拉伸作用下的力学行为和动态断裂过程。     

退火对ZnO薄膜的结构和光学性质的影响

采用射频磁控溅射法在Si衬底上制备了高c轴择优取向的ZnO薄膜,研究了退火对ZnO薄膜的晶粒尺度和发光光谱的影响。XRD结果显示退火可以改善ZnO薄膜的结构特性,PL谱结果显示退火对ZnO薄膜的发光强度产生很大影响。     

微尺度空泡溃灭驱使微球运动的机理研究

受限空泡的溃灭是气泡动力学的核心问题,研究表明毫米尺度的空泡溃灭可以拉动附近同尺度的悬浮颗粒运动.本文针对受限空泡溃灭在微尺度下的行为开展研究,通过气泡驱动的球形微马达实验,给出了微气泡溃灭形成射流从而显著推动马达前进的现象,但由于溃灭时间很短,Micro PIV系统不能给出足够的流动细节.进而采用基于流体体积的数值手段模拟了这一过程,获得了流场的时空分布,并通过积分估算了微球获得的冲量,给出了微球所能达到的速度.结果表明这一问题与尺度密切相关,微尺度下空泡溃灭足以推动微球显著运动,在气泡尺寸固定的情况下,微球半径越小,微球与气泡间距离越近,推动的效果越明显.冲量定理则定性地解释了宏观尺度与微尺度下存在差异的原因.这一特殊的微流动问题不但扩展了空化研究的尺度范围,揭示了微尺度下空泡与颗粒作用的特性,而且对提高微马达的驱动效率也具有重要意义.     

微晶硅n-i-p太阳电池中n型掺杂层对本征层结构特性的影响

采用高压射频等离子体增强化学气相沉积方法在非晶和微晶两种n型硅薄膜衬底上沉积了一系列不同厚度的本征微晶硅薄膜,研究了不同n型硅薄膜对本征微晶硅薄膜的表面形貌、晶化率和结晶取向等结构特性的影响.结果表明,本征微晶硅薄膜结构对n型掺杂层具有强烈的依赖作用,微晶n型掺杂层能够有效减少n/i界面非晶孵化层的厚度,改善本征微晶硅薄膜的纵向均匀性,进而提高微晶硅n-i-p太阳电池性能. 关键词： 孵化层 微晶硅薄膜 纵向均匀性 n-i-p太阳电池     

尖角排列形式对微通道中颗粒富集的影响

当引入尖角结构后,微通道中会形成强烈的流线弯曲。颗粒运动经过尖角结构时,会产生动量改变,受到动量改变引发的惯性力作用而偏离原来的运动轨迹,最终实现高效的颗粒被动式富集。本文设计并制作了双边带有对称尖角结构和不对称尖角结构的两种微通道,并对微尺度颗粒在不同尖角排列形式微通道中的富集行为进行了实验研究,发现当尖角结构分布在微通道的单边或双边对称位置时,可实现颗粒的单一位置富集,而当尖角结构分布在微通道的双边不对称位置时,无法实现颗粒的单一位置富集。本文的研究工作对于微尺度颗粒的快速富集提取着重要的意义,同时还可用于指导颗粒高效富集微通道的设计。     

YMnO_3薄膜的铁电行为及其纳米尺度铁电畴的研究

六方YMnO_3是一种特殊的多铁性材料,因其具有介电常数低、单一极化轴、无挥发性元素等特点,在磁电领域具有独特的优势,但目前关于YMnO_3薄膜的铁电性特别是畴结构的研究相对较少.本文采用溶胶-凝胶法在Si(100)基片上制备了多铁性YMnO_3薄膜,利用掠入射X-射线衍射、原子力显微镜对薄膜的结构及表面形貌进行了分析,用压力显微镜(PFM)技术研究了纳米尺度畴结构及微区电滞行为,并通过I-V,P-E曲线进一步研究了薄膜的漏电流和宏观电滞行为.结果表明,该薄膜为六方钙钛矿结构,YMnO_3晶粒大小均匀并且结晶性较好,薄膜表面粗糙度为7.209 nm.PFM图显示出清晰的电畴结构,结合典型的微区振幅蝴蝶曲线和相位电滞回线,证实该YMnO_3薄膜具有较好的铁电性.由于受内建电场的作用,振幅曲线和相位曲线都向正向偏移,表现出非对称特征.该薄膜的漏电流密度低于10~(-6)A·cm~(-2),因而其电滞回线基本能够达到饱和.     

晶格振动和晶粒尺度对磁记录膜矫顽力的竞争影响研究)

对晶格自旋相互作用的交换积分进行了晶格振动的修正,依此修正,导出了振动对磁记录膜矫顽力的影响关系;分析了磁晶量子尺度效应对磁记录膜矫顽力的影响机制;讨论了振动效应和量子尺度效应相互影响,共同竞争的物理内涵.结果显示:①振动的存在将减小薄膜的矫顽力;②磁晶微粒的量子尺度效应将使薄膜的矫顽力增加;③振动效应和量子尺度效应相互影响,共同竞争,为薄膜提供矫顽力;④要提高薄膜完备系的矫顽力,可将磁记录膜制成纳米级薄膜.     

亚微米尺度金属玻璃的拉伸塑性

文章介绍了在透射电镜中原位拉伸亚微米尺度单相锆基金属玻璃的实验设计和研究进展.研究表明,金属玻璃呈现明显的样品尺寸效应,微观尺度样品不仅表现出稳定可控的形变行为,而且具有良好的拉伸塑性.小尺寸金属玻璃具有良好拉伸塑性的发现,不仅有助于深入理解金属玻璃室温形变的本质,也揭示了金属玻璃在薄膜和微器件中的潜在应用价值.     

多孔PMP聚合物薄膜微结构控制

将二氧化硅(SiO2)微球为模板材料分散在聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)溶液中,通过对流自组装方法将其涂覆于基片上,经过热致相分离(TIPS)过程形成含SiO2微球模板的PMP薄膜,然后通过氢氟酸(HF)溶液腐蚀除去SiO2微球,获得了具有规则多孔结构的PMP聚合物薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)对含SiO2微球的PMP薄膜以及除去SiO2微球后的PMP多孔薄膜的微结构进行了表征。研究结果表明:SiO2微球在聚合物中呈有序排列,腐蚀除去SiO2微球后PMP薄膜有效复制了SiO2微球形成的有序结构,形成了有序多孔PMP薄膜。     

微尺度流动研究中的几个问题

本文综述了当前微尺度流动研究的进展,对由于尺度微小化所带来的有别于宏观尺度流动的一些问题进行了讨论．分析了在微尺度流动问题中必须注意的一些因素,例如,尺度划分与连续介质假设的适用范围,表面效应,稀薄性与压缩性的作用,以及流动通道壁面的影响．最后对今后的研究进行了展望．