Effect of misfit strain on the electrocaloric effect of polydomain epitaxial ferroelectric thin films

The effect of misfit strain on the electrocaloric effect in polydomain epitaxial BaTiO 3 thin films at room temperature is investigated using the Ginzburg-Landau-Devonshire thermodynamic theory. Numerical calculations indicate that the misfit strain has a large impact on the ferroelectric polarization states and the electrocaloric effect. Most importantly, the electrocaloric effect in the polydomain ca 1 /ca 2 /ca 1 /ca 2 phase is much larger than that in the monodomain c phase and the other polydomain phases. Consequently, a large electrocaloric effect can be obtained by carefully controlling the misfit strain, which may provide potential applications in refrigeration devices.     

狭小间距间Cu/Al薄膜相互作用的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟软件基于Lennard-Jones-9-6势函数研究了狭小间距Cu/Al纳米薄膜间的相互作用. 我们通过计算薄膜表面单位面积上的范德华相互作用能σ_E,综合性地讨论了非接触Cu/Al薄膜间的相互作用.结果显示,当两薄膜的间距从12Å减小到3Å时,相互作用能呈现两个阶段：起初几乎不变,然后迅速增大.临界间距在7 Å附近.在两薄膜相互靠近的过程中,相互作用能受体系尺寸、空位缺陷尺寸、表面涂层及薄膜间距的影响较大,然而几乎不受空位缺陷形状的影响.     

GeSb2Te4薄膜表面分形维数计算及表征

采用低功率直流磁控溅射法制备了GeSb2Te4薄膜,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的微观结构和相组成,研究了薄膜表面的分形特征.结果表明:沉积态GeSb2Te4薄膜为无规则、无择优取向的非晶材料;薄膜表面形貌AFM图像具有分形特征,基于自行编制的采用盒计数法求解随机分形维数的C语言程序,计算得到沉积态GeSb2Te4薄膜的分形维数为1.93;针对一维和二维随机分形多重分形谱的计算表明,沉积态GeSb2Te4薄膜满足分形的标度不变性;通过对沉积态和退火态薄膜进行多维分形谱计算,发现经过230 ℃退火处理的薄膜样品的多维分形谱较窄且晶化分布均匀.     

碳纳米管-聚乙烯复合材料界面力学特性分析

本文采用分子动力学模拟办法对碳纳米管-聚乙烯复合材料的界面力学特性进行了模拟和分析. 通过对单壁碳纳米管从无定形聚乙烯中抽出过程进行模拟, 研究了界面剪切应力随碳管滑移速度、聚乙烯分子链长和碳纳米管管径之间的变化关系, 并对界面的滑移机理进行了讨论. 模拟结果发现, 随着聚合物分子链长的增加, 界面临界剪切应力有显著增大, 而滑移剪切应力略显增加; 界面临界剪切应力和滑移剪切应力随着碳纳米管管径的增大而明显增加. 本文同时对界面应力的变化机理进行了模拟和讨论.     

纳米孔隙内混合气体流动特性的分子动力学模拟

纳米孔隙内气体流动的理论预测对气体微流控器件的设计和制造具有重要的理论指导作用,文章采用分子动力学方法研究了氮气、氧气和二氧化碳混合气体在平行壁纳米孔隙内的剪切流动特性和边界滑移特性.研究结果表明:随着加入二氧化碳比例的不断增加,混合气体滑移速度不断增大,并且当二氧化碳的比例低于20%时,混合气体流动速度沿孔隙宽度方向呈线性分布;而当比例达到40%后,其速度轮廓将呈现非线性趋势.当二氧化碳所占比例为20%时,随着孔隙宽度的增加,混合气体的整体边界滑移随之减小.探究了混合气体密度和气-固耦合强度对混合气体流动及边界滑移的影响机理.发现随着混合气体密度的减小,气流边界滑移增大;随着气-固界面耦合强度的增强,边界气体分子易被吸附而出现黏滑运动,气体分子在边界处的积聚现象增强,剪切应变率增大,边界滑移减小.      

非接触铜铝纳米薄膜侧向移动相互作用的分析

采用分子动力学方法模拟铜铝纳米薄膜相对侧向移动的相互作用能。研究了铜薄膜的侧向位移从0Å到50Å时温度、相互作用间距、表面形貌和表面粗糙度对作用能的影响。结果表明,相互作用强度随温度的增加而增大,随相互作用间距的减小而增大,随表面粗糙度的增大而减小。为研究薄膜在纳米尺度的相互作用提供了一个新的方法。     

Composition and misfit strain dependence of electrocaloric effect of Pb1-x SrxTiO3 thin films

A Landau-Devonshire thermodynamic theory is employed to investigate the effects of composition and misfit strain on the room-temperature electrocaloric effect of epitaxial Pb1-xSrxTiO3 thin films. The "temperature-misfit strain" phase diagrams with the Sr composition x of 0.1, 0.3, and 0.5 are constructed. The introduction of Sr composition reduces the Curie temperature greatly, and enhances the electrocaloric effect. Moreover, the electrocaloric effect largely depends on the misfit strain. Therefore, the Sr composition and the misfit strain can be controlled to obtain the giant room-temperature electrocaloric effect.     

涂覆聚甲基丙酸甲酯的磁性膜外磁场作用下的往复滑动摩擦行为研究

磁性材料被广泛应用于磁记录和磁润滑等领域,聚甲基丙烯酸甲酯因其良好的介电性,能够用作磁性材料的表面涂层.本文对外磁场作用下,外加载荷和磁场强度对往复滑动的聚甲基丙烯酸甲酯/磁性薄膜双膜系摩擦性能的影响开展了研究.实验结果表明:聚甲基丙烯酸甲酯/磁性双膜体系的摩擦性能随载荷和磁场强度改变而变化;但在干摩擦和硅油润滑两种模式下,磁场对其摩擦学性能的影响规律不同.理论分析了磁场作用下磁场诱发的磁性力与摩擦副物理性质变化对摩擦力和摩擦系数的影响,与实验结果符合良好.研究结果为磁性薄膜的界面介质设计与控制提供了依据.     

基于织构表面的摩擦静电发电机制备及其输出性能研究

摩擦电纳米发电机(TENG)是基于摩擦生电和静电感应复合原理将机械能转换为电能的一种新型能源获取方式. 本文采用模板法制备了几种不同参数的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微圆柱结构, 并组装成TENG, 实验研究了接触区表面积、外加载荷对TENGs输出性能的影响. 结果表明, 圆形微柱阵列的存在有效提高了TENG的作用面积及电输出性能, 相同载荷下, 电输出随微柱间距离减小而增加, 在间距为15 μm、载荷为5 N时, 输出的平均开路电压和短路电流分别为88 V 和15 μA, 是同等条件下、微柱间距为50 μm电输出的1.5倍以上; 电输出随载荷增加呈准线性增加, ANSYS软件模拟载荷作用下PDMS微圆柱织构的变形行为, 结果表明, 压力作用下, 微圆柱主要发生压缩变形, 基底的变形导致微柱与上电极之间产生侧向摩擦, 从而产生更多电荷, 提升了电输出性能.     

钛酸钾晶须对石墨-硼酸系固体润滑膜摩擦磨损性能的影响

考察了钛酸钾晶须对石墨-硼酸系固体润滑膜摩擦磨损性能的影响，采用扫描电子显微镜观察分析了不同温度下润滑膜试样磨损表面形貌．结果表明：石墨-硼酸及石墨-硼酸-钛酸钾晶须固体润滑膜在室温下同不锈钢配副的摩擦系数约为0．08，耐磨寿命(滑动摩擦行程)保持在15000m以上；在300℃下的初始摩擦系数变化不大，在500℃下摩擦系数变化较大；但在摩擦初期2种固体润滑膜的摩擦系数无明显差别；随着摩擦过程的进行，不含钛酸钾晶须的润滑膜试样的摩擦系数在短时间内迅速增大，而含钛酸钾晶须试样的耐磨寿命比不含钛酸钾晶须试样的高2倍．这是由于钛酸钾晶须增强了固体润滑膜的强度及其在底材表面和附着力所致。