残余气体质谱仪的进样输运及其对定量分析的影响

使用QMS-200残余气体质谱分析仪,分别以空气、空气/氩气混合气体为样品,研究了质谱仪的进样输运效应.利用空气/氩气混合气体作为标准样品,进行了质谱峰强对浓度的标定,获得了分析仪对残余空气定量分析的标定关系.研究发现:由于输运过程,注入样品由于不同成分的输运速率、排空速率不同,样品不同成分在质谱仪内的量与其原始物质的量有所不同.     

大块金属玻璃Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64的耐Ar12+离子辐照性能研究北大核心CSCD

利用能量为3 MeV的Ar12+离子辐照金属玻璃Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64和金属W,研究了金属玻璃的Ar离子辐照损伤,辐照剂量分别为1×1014,1×1015和1×1016 ions/cm2。XRD分析发现在不同剂量辐照下Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64均保持非晶为主要结构。不同剂量辐照后的金属玻璃样品表面没有明显的辐照损伤,而金属W在剂量为1×016 ions/cm2时表面出现大面积不规则的裂纹和孔洞。AFM分析显示Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64的表面均方根粗糙度随辐照剂量的增大而增大;辐照后金属玻璃的表面硬度略有降低,而金属W的硬度有所升高。在低于金属玻璃的玻璃化转变温度时,金属玻璃Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64的耐Ar12+溅射能力好于金属W。     

水热法制备CeO2纳米棒及其光学性质研究

采用水热法,以CeCl3·7H2O为铈源、NaOH为矿化剂、乙二胺为络合剂,通过改变反应时间制备出CeO2纳米棒.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见近红外分光光度计(UV-Vis)和荧光光谱(PL)对产物进行表征,结果表明产物中存在缺陷,Ce的主要价态为+4价且产物中存在少量Ce3.当反应时间为2h、18 h、50 h、100 h所得产物能带间隙分别为3.014 eV、3.143 eV、2.931 eV、2.927eV,这些数据比块状CeO2带隙小,样品带隙红移是由氧空位与Ce3引起的.四个样品的荧光光谱呈现出相似的发射峰,发射峰强度随着氧空位与Ce3浓度的增加而增加.     

铀基非晶合金的发展现状

铀基非晶合金是非晶家族中的特殊成员,受限于铀元素的高活性与放射性特点,目前这类非晶材料的研究极不充分.本文结合非晶合金的最新发展动态简要介绍了铀基非晶发展历史,较系统地总结了本团队的最新铀基非晶研究工作:首先较详细地介绍了新型铀基非晶的制备技术、成分体系、形成规律与晶化行为,澄清了其形成机制与热稳定性;结合高分辨电镜分析展示了其微观结构特点;采用纳米压痕技术揭示了这类非晶的微纳力学性能;利用电化学测试方法评估了其耐腐蚀性能.这些结果丰富了非晶材料的内涵,有助于深化对非晶物理基础科学问题的理解,并推动新型铀合金材料的发展,为这种材料的潜在工程应用奠定了基础.     

以团簇加连接原子模型解析Cr-C共晶成分

Cr-C体系材料是重要硬质防护涂层的代表,具有共晶特征.我们的前期工作指出,共晶合金满足双团簇近程序结构模型,由两种稳定液体亚单元构成,各自满足理想非晶团簇成分式,这里的第一近邻团簇来自相关共晶相.显然共晶成分解析的关键在于获得团簇,而相结构中往往存在多种团簇,进入到非晶/共晶团簇成分式的主团簇定义是关键环节.本文通过应用Friedel振荡理论及原子密堆,以团簇分布的球周期性及孤立度为判据,以Cr-C共晶相为例,进一步细化了共晶相中的主团簇选择流程,再搭配以2,4或6个连接原子,获得了描述共晶成分Cr_(86)C_(14)和Cr_(67.4)C_(32.6)的双团簇成分式:[Cr-Cr_(14)+C-Cr_9]Cr C_3和[C-Cr_9+C-Cr_8]C_6,其中四种团簇分别来自共晶相Cr,Cr_(23)C_6,Cr_7C_3和Cr_3C_2.该工作进一步证实了团簇加连接原子模型在共晶点解析中的普适性,并从理论上支持了相关的材料设计.     

Ar流量对ECR-PECVD制备氢化纳米晶硅薄膜结构及性能影响研究

采用电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积(ECR-PECVD)设备制备了氢化纳米晶硅薄膜.通过Raman光谱、XRD和紫外-可见分光光度计的测试分析,研究了Ar/H2对薄膜组织结构和光学性能的影响,并对沉积腔室的等离子体环境进行了系统的诊断.实验发现:少量Ar气的通入有利于提高腔室中的电子温度,保证纳米晶硅薄膜结构的同时提高薄膜的光学带隙宽度.进一步提高Ar气的比例,薄膜明显非晶化,光学性能下降.结合薄膜生长机理和放电气体电离特性对实验结果的产生原因进行了分析.     

ECR-PECVD制备n型微晶硅薄膜的研究

用电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积(ECR-PECVD)的方法制备了磷掺杂微晶硅薄膜材料.通过Hall,Raman光谱和XRD的测试分析,研究了衬底温度和磷烷流量对掺杂薄膜组织结构和电学性能的影响.根据AFM照片分析了薄膜的表面形貌,进而推测了薄膜的内部组成.实验发现:衬底温度在250 ℃时,磷烷的加入会大大降低薄膜的晶化率.衬底温度提高到350 ℃后这种影响明显下降.薄膜的载流子浓度和电导率受薄膜晶化率影响明显,衬底温度的升高对薄膜电学性能提高有较大帮助.     

大气压空气纳秒脉冲阵列式线-线SDBD等离子体的电学及发射光谱特性研究

提出了一种阵列式线-线沿面介质阻挡放电结构,利用双极性高压纳秒脉冲电源,在大气压空气中激励产生了相对大面积的放电等离子体。其中,高压电极、地电极均为圆柱形金属,放电反应器由20组相间排列的阵列式线型高压电极和套有介质管的阵列式线型地电极组成。利用电压探头、电流探头、示波器等测量了放电电压和放电总电流,并计算得出了放电的实际电流。利用光纤、光栅光谱仪、CCD等测量了波长范围在300～440 nm和766～778 nm的发射光谱,即氮分子第二正带N₂ (C3Π_u→B3Π_g)包括Δν= +1, 0, -1, -2, -3、氮分子离子第一负带N+₂(B2Σ+_u→X2Σ+_g),N₂ (B3Π_g→A3Σ+_u)和O (3p5P→3s5S₂)的发射光谱。比较了氮分子第二正带N₂ (C3Π_u→B3Π_g)的各个振动峰和各个活性物种的发射光谱强度,以及这些发射光谱强度随着脉冲峰值电压的变化。测量了N₂(C3Π_u→B3Π_g, 0-0)的二次、三次衍射光谱,与原始光谱在转动带、背景光谱等方面进行了比较,并计算了二次衍射和原始光谱之间的峰值比。利用氮分子第二正带N₂ (C3Π_u→B3Π_g, Δν=+1, 0, -1, -2)和氮分子离子第一负带N+₂ (B2Σ+_u→X2Σ+_g, 0-0)模拟了等离子体的转动温度和振动温度,对模拟结果进行了比较,并研究了脉冲峰值电压对等离子体振动温度和转动温度的影响。通过测量放电的电压和计算得到的放电电流发现,当脉冲峰值电压为22 kV,脉冲重复频率为150 Hz时,阵列式线-线沿面介质阻挡放电的放电电流在正脉冲、负脉冲两个方向上均可达75 A左右。通过诊断放电等离子体的发射光谱发现,在测量的波长范围内,放电产生的活性物种主要有氮分子第二正带N₂ (C3Π_u→B3Π_g)、氮分子离子第一负带N+₂(B2Σ+_u→X2Σ+_g),N₂ (B3Π_g→A3Σ+_u)和O (3p5P→3s5S₂)。在脉冲峰值电压22～36 kV的变化范围内,氮分子第二正带N₂(C3Π_u→B3Π_g, 0-0)的发射光谱强度始终保持最强,N₂ (B3Π_g→A3Σ+_u)次之,而氮分子离子第一负带N+₂(B2Σ+_u→X2Σ+_g)和O (3p5P→3s5S₂)的发射光谱强度较弱。同时,当脉冲峰值电压升高时,氮分子第二正带N₂ (C3Π_u→B3Π_g)的所有振动峰,以及氮分子离子第一负带N+₂(B2Σ+_u→X2Σ+_g),N₂ (B3Π_g→A3Σ+_u)和O (3p5P→3s5S₂)的发射光谱强度均随之升高。通过比较氮分子第二正带N₂(C3Π_u→B3Π_g, 0-0)的原始、二次衍射、三次衍射光谱发现,二次、三次衍射光谱的转动带更清晰,但三次衍射光谱的背景更强,因此氮分子第二正带N₂(C3Π_u→B3Π_g)的二次衍射光谱更有利于模拟等离子体的转动温度。通过比较模拟得到的振动温度和转动温度发现,氮分子第二正带N₂ (C3Π_u→B3Π_g, Δν=-2)在N₂ (C3Π_u→B3Π_g)四个谱带Δν=+1, 0, -1, -2中最适于模拟等离子体振动温度,而利用氮分子离子第一负带N+₂ (B2Σ+_u→X2Σ+_g,0-0)模拟得到的等离子体转动温度要比N₂ (C3Π_u→B3Π_g, Δν=-2)的模拟结果高约10～15 K。同时,当脉冲峰值电压升高时,由N₂ (C3Π_u→B3Π_g, Δν=-2)和N+₂ (B2Σ+_u→X2Σ+_g, 0-0)模拟得到等离子体的转动温度均出现了略微上升的趋势,而利用N₂ (C3Π_u→B3Π_g, Δν=-2)模拟得出的振动温度则略微下降。     

快速真空紫外光谱诊断在EAST实验的初步应用

为了在EAST装置上开展高参数放电条件下边界杂质辐射的实验研究,发展了真空紫外(VUV)光谱诊断系统。该系统采用了焦距为200mm的Seya-Namioka型VUV光谱仪,并配备了600g·mm^-1凹面全息光栅,所能观测的波长范围为50~700nm,覆盖真空紫外、近紫外和可见光波段。系统在垂直方向的观测范围为Z=-350~350mm。利用该系统开展了EAST边界杂质谱线的实验研究。通过分析CⅣ(154.8nm)杂质和FeⅡ(235nm)的谱线强度的时间演化行为,验证了该系统谱线强度测量的准确性与可靠性。通过分析CⅠ(365.2nm)杂质辐射强度在加热功率调制下的时间演化行为,验证了该系统研究较短时间尺度的杂质辐射行为的可行性。     

脉冲激光烧蚀Ge产生等离子体特性的数值模拟

 针对激光烧蚀半导体材料Ge初期的特点，建立了1维的热传导和流体动力学模型。对波长为248 nm、脉宽为17 ns、峰值功率密度为4×10⁸ W/cm²的KrF脉冲激光在133.32 Pa氦气环境下烧蚀Ge产生等离子体的特性进行了数值模拟。结果表明：单个激光脉冲对靶的烧蚀深度达到55 nm，蒸气膨胀前端由于压缩背景气体产生压缩冲击波, 波前的速度最大，温度很高。从不同时刻的电离率分布图中得出，在靶面附近区域，Ge的1阶电离始终占优势；在中心区域，脉冲作用时间内，Ge的2阶电离率比1阶电离率大，脉冲结束后，Ge的2阶电离率下降，1阶电离率逐渐变大。