高压烧结镀Cr、Ti膜金刚石/铜复合材料热导率研究

 采用磁控溅射方法,在金刚石表面镀覆活性金属Cr膜和Ti膜,在高温高压下合成了镀活性金属膜金刚石/铜复合材料。实验发现,活性金属的加入增强了金刚石与铜界面间的结合强度,减少了界面热阻,提高了复合材料的热导率。复合材料热导率随着金刚石体积分数的增加而降低,随着金刚石的粒度增大而提高。这主要是由界面热阻引起的,可以通过增大金刚石粒度和改善界面状态来提高复合材料热导率。     

金刚石(111)/Al界面形成及性能的第一性原理研究

针对金刚石/Al界面的形成和性能,采用第一性原理计算方法,研究了Al原子在H终止金刚石表面的吸附及其迁移行为,以及金刚石/Al界面的结构与黏附功.结果表明:Al原子吸附对金刚石原子表面结构不敏感,且表面迁移激活能非常小,其原因是Al与H原子间没有形成化学键,仅有少量电荷转移,为物理吸附;由吸附位置生长而形成的金刚石/Al界面为亚稳结构,不具有能量稳定性.本文结果为理解金属纳米掩膜的形成机理提供重要的理论参考.     

Ti原子与氮掺杂金刚石(001) 界面结合强度的第一性原理研究

摘 要：金属钛原子在金刚石表面的结合强度直接影响金刚石真空介电窗口的使用性能和寿命. 本文通过基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Ti原子与不同氮掺杂位置的金刚石（001）界面的结合能、电荷分布和稳态几何结构. 结果表明：Ti原子与N原子取代掺杂在第二层C原子处金刚石表面的结合能比未掺杂和掺杂在第三层的结合能都高,达到-7.293 eV,使得金刚石表面形成的界面结构更加稳定,结合强度更好;通过电荷分布分析,N原子掺杂在第二层金刚石表面的Ti原子上的电荷转移最明显,对金刚石表面碳原子吸附最强,也具有更好的结合强度. 与未掺杂金刚石表面形成的Ti-C键键长相比,N掺杂在第二层和第三层C原子处金刚石表面形成的Ti-C键键长比前者分别长0.051 Å和0.042 Å,略有增加.     

金属与金刚石的粘结技术及其应用

金属合金与金刚石的粘结（焊接）问题是金刚石工具及制品制造技术的关键．本文介绍了作者从金刚石与金属合金界面反应出发，探索二者之浸润与粘结的机理，解决了加入强碳化物形成元素于铜合金中，通过外延生长于金刚石表面的碳化物层而实现合金与金刚石的粘结．本文并介绍了该技术在金刚石焊接及金刚石工具制造中的应用．     

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.     

拉丝成品模用生长型多晶金刚石

天然多晶金刚石极其稀少,而人造大颗粒单晶金刚石的制备又很困难.这样,研制人造多晶金刚石就成为人们研制大颗粒人造金刚石的重要途径.与制备人造大颗粒单晶金刚石比较,人造多晶金刚石的制作工艺简单,易于成型,成本低.目前,在超高压、高温下研制人造多晶金刚石有两种方法:一种是由石墨加金属触媒合成出金刚石微粉,再由金刚石微粉加金属粘结剂烧结成多晶金刚石块.这种方法称为烧结法;另一种是石墨在触媒金属的作用下,一次快速生长成多晶金刚石,这种方法称为生长法.从表面上看生长法不需要经过两次高温、高压过程.但由于需要完成由石墨到金刚…     

金刚石/铝复合材料界面性质第一性原理计算及界面反应

采用第一性原理计算和实验相结合的方法,研究了金刚石/铝复合材料的界面性质及界面反应.计算结果表明:金刚石(100)/铝(111)界面粘附功更大,相比金刚石(111)/铝(111)的界面粘附功4.14 J/m~2提高了41%.同时,金刚石(100)/铝(111)界面处形成Al—C键合的趋势更强. Al—C键的引入能够促进金刚石(100)/铝(111)界面处C—C键的形成,提高界面粘附功.利用真空气压浸渗法制备金刚石/铝复合材料,并对金刚石/铝复合材料的界面结构进行多尺度表征.在金刚石{100}面观察到界面产物Al_4C_3,且界面脱粘多发生在金刚石{111}面,实验现象与计算结果相一致.湿热实验研究了界面反应对金刚石/铝复合材料的影响,进一步表明抑制Al_4C_3生成、改善界面选择性结合对于提高金刚石/铝复合材料性能及稳定性具有重要意义.本文的研究为第一性原理计算金刚石/金属的界面性质提供了新的思路,也对金刚石/金属复合材料的设计具有重要的指导意义.     

富勒烯作为过渡层生长金刚石薄膜研究

采用微波等离子体化学气相淀积法，以Ｃ６０膜过渡层，在光滑的单晶Ｓｉ衬底（１００）表面的研磨的石英衬底表面等光学衬底上，首次在无衬底负偏压条件下生长出多晶金刚石薄膜，通过扫描电镜观察到生长膜晶粒呈莱花状，生长表面为金刚石（１００）界面。     

基于不同衬底的五氧化二钒薄膜光电特性

利用射频磁控溅射方法,在红外石英、蓝宝石和光学单晶金刚石上制备了氧化钒薄膜,然后对其结构与厚度、表面形貌、电学及光学性能进行了表征。实验结果表明,制备出的薄膜均为单一组分的V_2O_5薄膜,在(001)面有明显的择优取向,单晶金刚石衬底的薄膜结晶度和表面形貌最好;电学性能方面,金刚石衬底的薄膜相变温度最低经历的温度范围也最小,电学突变性能最为优异;光学性能方面,蓝宝石和金刚石衬底的薄膜光关闭时间均非常短,低于2.5 ms,回复时间在30 ms左右;单晶金刚石衬底的薄膜相变前后透射率比值为10.3,表现出了非常显著的光学突变性能。     

温度对Ib型和IIa型金刚石大单晶(100)表面特征的影响

本文在5.6 GPa, 1250–1340 ℃的条件下, 利用温度梯度法, 以FeNiMnCo 合金为触媒, 沿籽晶的(100)晶面成功合成了不同晶形的优质Ib型和IIa型金刚石大单晶. 利用激光拉曼附件显微镜, 分别对上述不同温度下合成的两类金刚石样品上表面(100)面的中心区域及棱角区域进行观察分析. 研究发现, Ib型和IIa型金刚石大单晶(100)晶面上从中心到棱角处黑色纹路的分布逐渐变黑变密集; 另外, 随着金刚石合成温度的升高, Ib型金刚石大单晶(100)面上黑色纹路由稀疏逐渐变稠密, 而IIa型金刚石大单晶的黑色纹路较为稀疏; Ib型金刚石大单晶的形貌特征表现为从低温晶体的不规则分布过渡到中温、高温晶体的典型树枝状分布. IIa型金刚石大单晶(100)面特征随温度变化规律与Ib型的类似. 这两类金刚石大单晶表面特征的差异可能是由于IIa 型金刚石具有比Ib型更小的生长速度和更少的氮含量. 最后, 对两类塔状金刚石大单晶进行拉曼光谱测试分析, 结果表明IIa型金刚石大单晶的品质较Ib型金刚石大单晶好.     

液态Au和Ag冷却过程的分子动力学模拟

采用反映原子多体相互作用的FS势模型,通过分子动力学方法研究了贵金属Au、Ag在温度2000~300 K之间的冷却过程,考察其结构变化特点,给出了冷却过程微观结构转变的重要信息.     

Liquid Flow in a Porous Channel with Electrokinetic Effects

In this paper, a fully developed laminar flow in a porous channel between two paralleled flat plates in the presence of a double layer electric field is analyzed. The linear Poisson-Boltzmann equation is suggested to model the double layer electric field near the solid-liquid interface. The equation of motion is extended by including the electrical body force generating from the double layer field and then solved analytically. Different from previous models, our proposed one is continuous in the whole flow field and matches commonly-accepted models in the field of fluid mechanics. Besides, the effects of various physical parameters such as the zeta potential, the electrokinetic separation distance, and the ratio of the streaming current to conduction current on the velocity, the pressure, the apparent viscosity of the fluid, as well as the streaming potential are discussed. Physical explanations on the changing trends of those physical quantities with various parameters are given.     

Liquid Flow in a Porous Channel with Electrokinetic Effects

In this paper, a fully developed laminar flow in a porous channel between two paralleled flat plates in the presence of a double layer electric field is analyzed. The linear Poisson-Boltzmann equation is suggested to model the double layer electric field near the solid-liquid interface. The equation of motion is extended by including the electrical body force generating from the double layer field and then solved analytically. Different from previous models, our proposed one is continuous in the whole flow field and matches commonly-accepted models in the field of fluid mechanics.Besides, the effects of various physical parameters such as the zeta potential, the electrokinetic separation distance, and the ratio of the streaming current to conduction current on the velocity, the pressure, the apparent viscosity of the fluid,as well as the streaming potential are discussed. Physical explanations on the changing trends of those physical quantities with various parameters are given.     

高温高密度条件下氢分子间三体与四体相互作用

 为描述高温高密度条件下氢分子间复杂的多体相互作用，以Ree和Bender对两个氢分子间平均作用势的CI计算结果为基础，提出一种可以描述旋转氢分子外域电子云分布的等效氦原子模型。采用该模型所计算的氢分子三体势与CI计算结果符合较好。还对氢分子间四体势进行了计算。     

Hydroelastic dynamic characteristics of a slender axis-symmetric body

The slender axis-symmetric submarine body moving in the vertical plane is the object of our investigation.A coupling model is developed where displacements of a solid body as a Euler beam(consisting of rigid motions and elastic deformations) and fluid pressures are employed as basic independent variables,including the interaction between hydrodynamic forces and structure dynamic forces.Firstly the hydrodynamic forces,depending on and conversely influencing body motions,are taken into account as the governing equations.The expressions of fluid pressure are derived based on the potential theory.The characteristics of fluid pressure,including its components,distribution and effect on structure dynamics,are analyzed.Then the coupling model is solved numerically by means of a finite element method(FEM).This avoids the complicacy,combining CFD(fluid) and FEM(structure),of direct numerical simulation,and allows the body with a non-strict ideal shape so as to be more suitable for practical engineering.An illustrative example is given in which the hydroelastic dynamic characteristics,natural frequencies and modes of a submarine body are analyzed and compared with experimental results.Satisfactory agreement is observed and the model presented in this paper is shown to be valid.     

Zur Bestimmung regulärer äquivalenter Nukleon-Nukleon-Potentiale und induzierter Mehrkörperkräfte in Vielteilchensystemen

The local nucleon-nucleon potential, which contains a hard-core, is transformed into a nonlocal, but regular, equivalent potential. The canonical transformations used are restricted to the group of point transformations with infinitesimal generators which depend linearly on the momentum operators of the particles and which preserve the invariance properties. An especially simple one-parametric class of such isometric transformations is chosen, and the method is then applied to the many body problem. A formal expression is given for the induced many body forces. It is pointed out that in the “linear” and asymptotic” approximation there is only an induced static three body force and its form is given explicitly.     

低Z流体的单次冲击波压缩极限

低Z流体的单次冲击波压缩极限是判断各种研究高压物态方程理论和实验正确与否的重要参数。维里定律和Hugoniot方程表明,单次冲击波压缩率是由各种因素的相对重要度决定的,包括平均势能、平均动能、内部自由度的激发度和逆幂函数型势能曲线的幂指数。如果幂指数大于2,相互作用势能使流体变得比理想气体更难压缩,否则流体就比理想气体更容易压缩。内部自由度的激发总是让流体变得更容易压缩。在各种不同因素起主导作用的压强段,低Z流体的单次冲击波压缩极限不同。用一个简单的单次冲击波压缩极限的表达式解释了低Z流体在离解区域和电离区域的行为。     

微通道内电解质溶液离子分布动电学效应模拟

动电学效应对微通道内流体流动特性影响很大,其对通道内粒子分布特性的影响使得通道近壁面流体流动特性极不稳定。本文采用分子动力学方法模拟了二维矩形微通道内NaCl稀电解质溶液的流动特性,考虑存在于不同粒子间的Lennard-Jones势能、静电力、以及带电离子与水分子间的相互作用,得到了粒子在通道内的分布特征。结果显示在动电学效应主要作用于通道壁面附近,而主流区域影响极小。Na~+离子在无量纲通道高度达到0.08和0.91时其浓度达到最大值,沿远离壁面其浓度逐渐降低,与壁面电性相反的Cl~-离子则在无量纲通道高度达到0.15和0.84附近浓度最高。其结果与基于连续介质解理论的Boltzamnn统计分布一致。水分子的浓度在壁面附近也较通道中心处高。     

KTN薄膜脉冲激光沉积过程的机理研究

根据能量平衡原理,导出了脉冲激光作用靶材的烧蚀率公式,并根据流体动力学理论,得出了脉冲激光产生的等离子体的空间运动特性方程,将靶材烧蚀率公式与等离子体空间动力学方程结合起来,根据实验研究了不同激光功率密度和波长对Kta_0.65Nb_0.35O₃(KTN)薄膜沉积特性的影响,得到了一些有价值的结果,并对结果进行了详细的讨论,理论计算结果与实验大体符合. 关键词： PLD技术 烧蚀率 等离子体 KTN薄膜     

研究两相流中固粒对流体湍动特性影响的新方法

本文提出了计算两相流中固粒对流体湍动特性影响的一种新方法，得到不同情况下固粒对流体端动特性的影响。将该方法用于槽流湍流场的求解，说明该方法是可行的。