ZrO2陶瓷显微结构对绿光飞秒激光加工过程的协同效应

氧化锆(ZrO₂)陶瓷因其性能优异,常被应用于医学与工业等领域.通过表面微纳加工可进一步发挥其性能优势,扩大应用范围.实验采用绿光飞秒激光对具有不同显微结构的ZrO₂陶瓷基体进行微孔加工,结合显微结构差异对材料物理性能的影响,系统研究了激光加工功率与加工时间等工艺参数对微孔形貌、直径及深度等不同维度下形貌学特征的作用效果.结果表明,同一加工参数下,晶粒更小、显微结构更均匀、热导率更低的ZrO₂具有更高的加工效率;通过对比微孔直径与深度随激光加工工艺参数的变化,发现材料显微结构的差异对微孔轴向的影响比径向更加显著.     

石墨烯锁模激光研究取得重要进展

超快锁模激光具有优秀的时域和频域特征,在基础科学研究、超快激光光谱、量子相干控制、微加工、光通讯和等离子成像与诊断等许多新的领域有非常重要的应用。当前常用的被动锁模器件具有带宽窄和高成本的缺点,限制了超快激光的发展。因此探索和应用新型的被动锁模材料和锁模技术是超快激光研究领域的热点和重点之一。     

无序激光晶体及其超快激光研究进展

激光是受激辐射的光放大,所辐射的波长取决于增益介质中关键电子的能级结构,特别是其最外层电子的状态决定了可能实现的激光特性。激光发展60年来,激光晶体作为激光的重要激活材料,推动了激光技术的进步和普及,是一个研究历史长而又异常活跃的研究领域。当前,超短超强脉冲激光在加工、医疗、国防等关系国计民生的领域有重要需求,适合超短超强激光的激光晶体成为了本领域的研究热点,其关键是揭示最外层电子的影响因素及设计和生长具有宽波段发射性能的激光晶体。本论文从探讨影响激活离子光谱性能的关键因素出发,综述了以本课题组十余年研究的10余种无序激光晶体为主要部分的研究结果和进展,涉及晶体生长、晶体物理、激光器件设计及应用等工作,包含了高级、中级和低级对称性晶体及其获得的最短脉冲激光结果,希望能为本领域的后续研究提供一定的参考和借鉴。     

选择性激光烧结技术的应用及其烧结件后处理研究进展

选择性激光烧结技术(SLS)是目前发展最快且已经商业化的快速成型方法之一,具有工艺简单、操作便捷、适应性广、可直接烧结零件等优点,广泛应用于金属、陶瓷、塑料等材料的加工成型.但同时存在烧结件脆性高、硬度低、耐温性差等缺陷,需要对其进行后处理,以提高材料的相关性能.结合实际工程应用(如生物医疗、机械工程等)对SLS技术在金属件、高分子件、骨骼组织、无机粉体等方面的应用进行综述.系统阐述了国内外SLS技术的研究现状与应用进展,概括了SLS烧结件后处理工艺的发展动态,并对SLS烧结件的应用及后处理工艺进行了展望.     

飞秒激光加载下二维氮化硼损伤机理研究

二维氮化硼用在纳米电子及光电子领域时,常用飞秒脉冲激光进行加工,因此研究飞秒激光与二维六角氮化硼(h_BN)相互作用具有很好的应用价值.本文基于含时密度泛函理论研究了飞秒激光脉冲与二维h_BN纳米片相互作用,研究结果表明:激光脉冲作用在二维h_BN纳米片时,N-H键、B-H键键长被拉长,B-N键逐渐被破坏,最终导致二维h_BN整个结构坍塌而解体.此外,还发现激光强度影响N-H、B-H、B-N键最先断裂时间;同时飞秒激光的极化方向影响电荷密度分布.     

超高弹性超高生物相容性柔性电子研究获进展

正近日,中国科学院国家纳米科学中心研究员蒋兴宇小组结合微流控和液态金属开发了一种可大规模制造柔性电子器件的方法,通过丝网印刷、喷墨打印、微流道等方法能在各种基底材料上得到高导电、高弹性、高生物相容性的电路。该项研究将有望广泛用于可穿戴设备、可植入器件以及柔性机器人等新领域的开发。相关研究成果以Printable Metal-Polymer Conductors for Highly Stretchable Bio-Devices为题被i Science杂志于6月14日在线发表。     

铌酸锂晶体及其应用概述

铌酸锂晶体历史悠久,物理效应最为齐全,被用于制备声学滤波器、谐振器、延迟线、电光调制器、电光调Q开关、相位调制器等器件,在电子技术、光通信技术、激光技术等领域得到了广泛应用,并且在第五代无线通信技术、微纳光子学、集成光子学及量子光学等近期快速发展的领域中展示了重要的应用前景.本文简要综述了铌酸锂晶体的基本性质、晶体制备以及应用情况,对铌酸锂晶体未来的应用发展进行了简要分析.     

物理所碳化硅晶体产生中红外飞秒激光研究获进展

中红外激光(3~5μm)在环境监控、气体分子识别、相干断层成像、军事等领域有着重要应用,特别是近年来在高次谐波产生单个阿秒脉冲的研究中,由于周期量级中红外飞秒激光能获得更高截止能量的谐波阶次,有望获得更短的阿秒脉冲和更高的时间分辨率,因此倍受人们的青睐。但受限于激光增益介质,目前较     

过渡金属离子掺杂Ⅱ-Ⅵ族中红外激光陶瓷研究进展

2~5 μm中红外激光在民用和军事领域的应用十分广泛。直接泵浦中红外激光增益介质材料是产生中红外激光的主要方式之一,二价过渡金属离子Cr²⁺或Fe²⁺掺杂的ZnS或ZnSe (TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ)材料以其独特的光谱特性成为目前最具发展前景的中红外激光增益材料之一。本文首先归纳了TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ材料的主要制备技术路线,然后重点介绍了采用激光陶瓷技术制备TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ材料的研究进展,最后对TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ陶瓷的原料制备与烧结技术的优化进行了展望。希望以此促进TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ激光陶瓷材料的发展,为获得高性能的TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ中红外激光器奠定关键材料基础。     

单晶光纤生长技术研究进展

单晶光纤因其独特的结构特点以及优良的物理性能而被广泛应用于高功率激光器、辐射探测以及高温环境监测等领域。本文综述了单晶光纤的生长技术,探讨了微下拉法(μ-PD)、激光加热基座法(LHPG)以及导模法(EFG)的生长特点,并重点梳理了单晶光纤生长过程中存在的问题及解决方案。此外详细介绍了包层制备技术发展现状以及局限性。最后,阐述了现阶段单晶光纤的主要分类以及应用场景并对未来发展作出展望。     

相变存储器及其用于神经形态计算的研究综述

目前随着人工智能领域的兴起以及人们对数据存储和计算的强烈需求,迫切需要存储器的改进和类似于人脑的高效存储运算效率。所以,相变存储器及其用于神经形态计算的研究是极具价值的。相变存储材料(PCMs)受到激发时所产生的电阻值变化可以用来建立尖峰神经网络从而实现模拟神经形态计算系统。本文介绍了相变存储器物理机制,其中包括相变材料的相变原理及主要性能特征,重点叙述了相变存储器在优化存储与计算方向的研究进展和应用,进而为该领域未来的发展方向提供参考。     

单晶MgO基片超精密加工技术研究

单晶MgO具有良好的物理化学性能及光学性能,是性能优异的薄膜基片及光学零件材料,广泛应用于高温超导、航空航天、光电技术等领域.用作薄膜生长的基片必须具有高精度超光滑无损伤的表面,而单晶MgO是典型的硬脆难加工材料,这对MgO晶体的超精密加工技术提出了很高的要求.本文介绍了单晶MgO的特性及其应用领域,针对高温超导薄膜制备对MgO基片的要求,讨论了现有的MgO基片加工工艺存在的问题,分析了几种可用于MgO基片超精密加工的先进工艺技术的特点和应用研究现状.     

RIG型磁光薄膜的研究进展及应用

随着光通信技术与光子集成电路的发展,非互易性器件作为光通信系统中重要的组成部分得到了越来越广泛的研究与应用。基于磁光效应制成的磁光隔离器和环行器是目前应用最为广泛的非互易性器件,为了将非互易性器件整块集成在硅片上,需制备性能与块状磁光材料相当的磁光薄膜。在近红外通信波段(1 550 nm),以钇铁石榴石(Y₃Fe₅O₁₂,YIG)为代表的稀土铁石榴石(RIG)具备优良的磁光效应,是最具应用前景的磁光材料之一。研究发现,使用稀土离子对YIG薄膜进行掺杂可以有效改善其磁光性能,尤其是Bi³⁺和Ce³⁺掺杂的YIG表现出巨法拉第效应。本文首先介绍了法拉第效应原理,介绍了三种常见磁光薄膜的生长方法,回顾了近年来的主要研究成果,介绍了磁光薄膜在光隔离器和环行器中的应用,最后对磁光薄膜的未来发展趋势进行了展望。     

实用化Bi系超导带材的制备工艺研究进展

超导材料具备优异的电学和磁学性能,具有很大的发展前景。目前应用最多的是NbTi和Nb₃Sn两种低温超导材料,但是其需要在4.2 K超低温下(液氦制冷)使用,成本高昂。Bi-2223的临界超导温度高达110 K,液氮制冷就可以使用,展现出良好的实用价值。Bi-2223是一种层状结构的化合物,常被制备成带材,使层面方向平行于带材表面,以发挥其最佳超导性能。但是将其实用化过程中还存在着Bi-2223相纯度不高、致密度不够、晶粒连接性不佳、抗拉伸强度和延伸率不足等问题。为了能够实用化,必须兼顾电学性能、机械性能、制冷技术等因素。本文综述了实用化Bi系超导带材的制备工艺与研究进展,分别对Bi-2223前驱粉制备工艺、Bi-2223带材的制备工艺及研究进展、Bi-2223超导带材实用化进展等进行介绍,为其制备工艺和实用化的进一步深入研究提供参考。     

半绝缘碳化硅单晶衬底的研究进展

碳化硅(SiC)被认为是最重要的宽禁带半导体材料之一,具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优越性质。基于SiC材料制备的半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行,而且在高电压、高频率状态下也具有更高的可靠性。近20年来,随着材料生长技术、制造工艺与器件物理的迅速发展, SiC材料及器件在雷达、5G通信、电动汽车等领域获得了广泛应用,对国防工业发展、国家信息安全、国民经济建设均产生了极其重要的影响。在以SiC为基础的大功率半导体器件产业链中,高质量的SiC单晶制备及其产业化是最为重要的一环。本文针对半绝缘SiC单晶衬底材料国内外发展进行了分析归纳,重点介绍了山东大学半绝缘SiC的研究历程、现状,并对研究和产业发展、存在的挑战做了论述。     

钙钛矿型闪烁晶体的研究进展

闪烁晶体材料一般可用于X射线、γ射线、中子及其他高能粒子的探测。经过100多年的发展,以闪烁晶体为核心的探测和成像技术已经在核医学、高能物理、安全检查、工业无损探伤、空间物理及核探矿等方面得到了广泛的应用。随着人们对闪烁晶体材料进一步深入的研究和科技的发展,现今市面上较好的LaBr₃∶Ce等卤化物闪烁晶体由于生产成本过高、各向异性及脆性等缺点逐渐不能满足发展的需要,而钙钛矿型闪烁晶体材料由于其容易被改善的潮解性、低的生产成本、易于调整的生长条件以及良好的闪烁性能,逐步进入人们的视野。本文从晶体结构、性能、生长方法、发展趋势和应用前景等方面,着重介绍了ABX₃(A⁺为Cs⁺,B²⁺为部分碱土金属离子,X^-为非氟卤族元素离子)钙钛矿型闪烁晶体材料和K基钙钛矿结构闪烁晶体材料。最终,通过掺杂部分稀土元素和改善生长工艺等方法,即可得到光输出高、能量分辨率好,且成本较低、可广泛应用于市场的钙钛矿型闪烁晶体。     

锑化铟晶体材料的发展及应用

锑化铟(InSb)晶体材料自发现伊始,基于其独特的物理化学性质和优良的工艺兼容性,成为了半导体材料领域研究的热点。近几十年来,由于其在红外探测领域的应用前景,更是深受国内外研究机构的广泛关注和重视,技术发展迅速。目前,InSb晶体材料作为制备高性能中波红外探测器的首选材料,应用前景和商业需求巨大,基于InSb晶体材料的红外探测器的快速发展更是大大提升了红外系统的性能,促进了红外技术在军民领域的广泛应用。本文主要介绍了InSb晶体材料的性质,梳理了国内外各公司及研究机构关于InSb晶体材料的研究进展,以及其在红外探测领域的应用情况,对其发展前景和趋势进行了展望。     

羟基磷灰石的合成及应用研究进展

羟基磷灰石不仅具有较好的稳定性、生物活性和生物相容性,还具有良好的骨传导作用、生物可分解及诱导骨形成的能力,是人体骨损伤时性能优良且近于理想的骨修复及替代材料.但由于其强度低、韧性差、不易成型等自身力学性能的制约,目前尚未得到广泛应用.制备综合性能优越的羟基磷灰石及其更加理想的复合材料已成为近年来研究的重心和热点.笔者根据羟基磷灰石的研究现状,综述了羟基磷灰石的起源与发展、制备方法、应用及发展前景.重点剖析了由水热法到仿生法发展过程中多种制备方法的优缺点,并进一步探讨了由致密到多孔、由单一到复合、甚至多相复合的应用发展历程和精确控制其复合材料的微观结构与骨材料结构的相似度,研究合成新型仿生骨来达到临床使用要求的发展前景.     

金刚石辐射伏特效应同位素电池器件研究进展

微机电系统、深空、深海探测任务等对于长效、便携电源提出了更高的要求。同位素电池由于其能量密度高、功率输出稳定,可以在高低温、无太阳光照等极端环境下持续不断地为月球车、海底探测器等提供能量。作为同位素电池中的主要类型,辐射伏特效应同位素电池由于其理论能量转换效率高、易于微型化被广泛研究,并已经成功应用于心脏起搏器。宽禁带的半导体换能结器件制作的同位素电池能够获得更高的能量转换效率。宽禁带半导体中的代表金刚石具有5.5 eV的禁带宽度与耐辐射的特性,使其成为制作辐射伏特效应同位素电池换能结器件的最佳选择。随着化学气相沉积技术的发展,金刚石晶体的外延技术突飞猛进,为金刚石半导体器件的发展打下了材料基础。本文对比了常见的同位素电池换能结用半导体材料和辐射源材料的特性,介绍了辐射伏特效应的基本原理,接着对辐射伏特效应同位素电池的关键参数进行了分析,并汇总了有关金刚石辐射伏特效应同位素电池研究的文献,通过各个参数,如开路电压、转换效率等的对比,指出了目前金刚石同位素电池发展的状态与存在的问题。通过分析金刚石与其他n型半导体材料组成的异质pn结目前的性能与应用情况,给出了基于金刚石异质pn结的高性能同位素电池的结构设计,并进行了总结与展望。     

钆基配位聚合物分子磁制冷材料研究进展

磁制冷是一种高效、节能、环保的新型制冷技术,在气体液化、高能物理、超导技术等诸多领域具有广阔的应用前景。Gd基配位聚合物分子磁制冷材料不仅具有迷人的结构和优异的磁热效应,而且表现出良好的物理和化学稳定性,因而备受关注。本文主要从合成策略、结构与性能方面出发,综述了近年来Gd基配位聚合物分子磁制冷材料的研究进展,探讨了分子结构与磁性能之间的构效关系以及提高磁热效应的有效方法,并对今后的发展和面临的问题进行了讨论和展望。