飞秒激光对两种不同的单晶硅的辐照损伤研究

为研究杂质在超短脉冲激光对材料辐照过程中的作用,利用相同能量密度的飞秒激光对两种不同的单晶硅片进行扫描刻蚀,在两种硅片表面均形成平行分布的刻蚀槽,刻蚀槽内部密布着大量的微纳米颗粒.通过电子扫描显微镜和台阶仪等测试手段对样品进行形貌观测,发现两种样品的损伤程度存在较明显的差异.数据分析表明激光辐照对材料造成的损伤受到晶体内部固有杂质缺陷的影响,杂质的存在可以加剧辐照损伤.     

飞秒脉冲激光对蓝宝石辐照作用的研究

本文采用脉冲宽度为120fs,波长为800nm的飞秒激光对蓝宝石样品进行辐照,经过激光辐照后材料呈暗黑色,在辐照区域的边缘发现有微裂纹,个别区域以至于微裂纹扩展成宏观裂纹.通过相关数学模型计算出激光聚焦后能量密度、蓝宝石在激光辐照瞬间的热影响范围(HAZ)及材料所达到的最高温度.发现经飞秒激光辐射引起样品的附加吸收与波长呈指数衰减关系.材料在经过飞秒激光辐射照后出现了大量的红外吸收峰,并对其产生原因进行了分析.     

不同能量密度的飞秒激光辐照对单晶硅的影响研究

利用飞秒激光在空气中对单晶硅进行扫描刻蚀,在硅表面形成一系列平行的刻蚀槽,刻蚀槽底部为密集排列的微纳米颗粒.这种微纳米结构使得硅表面在各角度都呈现黑色,同时这种微纳米结构降低了硅材料的反射率,提升了硅材料的光吸收能力.本文通过对单晶硅表面进行不同能量密度的飞秒激光辐照,发现这种降低硅表面反射率的微纳米结构的形成和其单位面积上受到辐照的激光能量密度有直接关系,过高和过低的激光通量都不利于微纳米结构的产生.     

二维Janus型铬硫化物电子和压电性质研究

本文主要研究了二维Janus型铬硫化物[Janus CrXY (X/Y=S, Se, Te)]的电子、压电性质。结果表明Janus CrXY是优良的半导体材料,其带隙宽度为0.27～0.83 eV,x轴方向的应变调控对带隙影响较大,而z轴方向的应变调控对带隙影响很小,说明该体系电子特性在z轴方向具有良好的稳定性。通过密度泛函微扰法对体系的压电特性进行研究,结果表明,三种材料均具有较大的面外压电系数d₃₃,特别是CrSeTe的d₃₃可达56.89 pm/V,约是常用压电材料AlN(d₃₃=5.60 pm/V)的10倍。本研究可为二维Janus CrXY在柔性智能纳米领域的实际应用提供理论支撑。     

KDP晶体激光损伤机理研究

大口径KDP晶体是唯一可用作激光约束核聚变(ICF)中Pockels盒和倍频器件的晶体材料,但是低的抗激光损伤阈值使其应用受到了限制.本文从电子-空穴对的产生及稳定机制、光伤实体的本质等方面总结了多年来人们对KDP晶体激光损伤机理的研究进展,尤其从多光子电离、碰撞电离、激光加热三个方面定性阐述了电子-空穴对的产生机制, 而电子-空位对的稳定机制是探讨光损伤的关键步骤.另外从晶体生长过程及后处理两个方面初步讨论了提高光伤阈值和光学均匀性的途径.     

工艺参数对飞秒激光沉积硅基ZnO大面积均匀薄膜性能的影响

研究了衬底温度、真空度、激光能量、激光脉冲频率及退火处理对飞秒激光制备硅基ZnO大面积均匀薄膜的结构和性能的影响.结果表明,当激光能量为1.5mJ、脉冲频率为400 Hz、真空度为1.0 mPa、衬底温度为80℃时,所制备的薄膜质量最佳.薄膜呈高度c-轴取向,为典型的六方纤锌矿结构,晶粒沿垂直于衬底表面的方向生长;当衬底温度高于80℃时,随着温度的升高,c-轴取向度降低.80℃制备的薄膜在可见紫外区域透过率达98;,电阻率随温度升高而减小,退火后薄膜的透过率增大、电阻率升高.     

石墨烯及石墨烯/氮化硼的电子结构特性研究

化学气相沉积法生长的单层石墨烯具有卓越的力学、热学和电学特性,成为新一代纳米器件的首选材料。对石墨烯电子特性的理论研究有利于推动纳米器件的发展与应用。本文基于密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法,系统地研究了石墨烯及石墨烯/氮化硼的电子结构特性。结果表明,在高对称K点,带隙为零。在50~400 K范围内,由于费米面的电声子散射作用,单层石墨烯的迁移率随着温度增加呈现显著下降趋势。此外,通过对不同层间距的石墨烯/氮化硼结构的能带、态密度、电子密度等特性分析,发现随着层间距增加,能带间隙减小,导带与价带间的能量差减小。随着原子个数的增加,石墨烯/氮化硼超胞结构与原胞结构的带隙开度变化规律一致,这对石墨烯基器件的结构设计具有一定的指导意义。     

新型二维晶体MXene的研究进展

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,化学式为Mn+1Xn,M代表过渡金属,X代表碳或者氮,n=1、2、3.目前制备的MXene表面均附有官能团,因此也常用Mn+1XnTx来表示其化学式.研究发现,MXene具有良好的导电性、透光性、磁性、低温热电性和能量存储等诸多新颖的性能.本文通过总结MXene结构和性能等方面最新的实验和理论研究成果,分析了该体系目前存在的问题,预测了其可能的应用领域和未来的发展方向.     

二维层状GaTe的晶体结构研究

采用布里奇曼法生长出了化合物半导体GaTe,并对其晶体结构进行研究.利用X射线衍射仪对GaTe粉末和块体试样分别进行测试,确定了其晶体结构.采用透射电子显微镜对二维薄膜GaTe及二维纳米层GaTe进行观测,并结合晶体定向仪对GaTe解理面进行了定向分析.结果表明,二维薄膜GaTe及二维纳米层GaTe分别对应单斜和六方两种不同的晶体结构,并对应不同的解理面.     

高温高压下cBN单晶转变机理的密度泛函理论研究

为研究Li3N-hBN体系中cBN单晶的转变机理,本文采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法和广义梯度近似法(GGA)系统计算了高温高压条件下hBN和cBN的低指数晶面的晶面能,分析了hBN和cBN各晶面之间的能量关系.结果表明:在1800K,5.5 GPa和2000 K,6.0 GPa下,hBN的(1010)晶面与cBN的(100)晶面的相对晶面能差分别为0.7;和1.2;,两组晶面的晶面能连续,即微观上电子密度连续.根据改进后的密度泛函理论(TFDC)可知,hBN能够向cBN直接转变.因此推断:在Li3N-hBN体系中,以Li3N为触媒,cBN单晶是由hBN直接转变而来.     

利用球磨六角氮化硼制备立方氮化硼的研究

首先对六角氮化硼(hBN)进行了不同时间的球磨,并以球磨后的hBN作为初始原料研究了在高温高压条件下其对立方氮化硼(cBN)制备的影响.利用X-射线衍射、Rman光谱、XPS测试手段对球磨后的六角氮化硼进行了测试分析.结果表明,球磨不仅破坏了六角氮化硼的有序度,还改变了其表面成分和相对含量.     

球磨六角氮化硼的特性研究

本文对同一种六角氮化硼进行了不同时间的球磨,并利用X射线衍射及拉曼光谱分析了球磨后的六角氮化硼的特性.结果表明,球磨破坏了六角氮化硼的结晶度,随着球磨时间的增加,结晶度逐渐降低,网层内硼,氮原子的sp2六角环结构基本上未受到影响.本实验特别引进X光电子衍射测试手段分析了球磨后六角氮化硼的表面特性.结果表明,球磨后六角氮化硼表面上出现了B2O3,且随着球磨时间的增加,B2O3含量逐渐增加.     

浸渍-裂解工艺对无压烧结制备六方氮化硼陶瓷性能的影响

以硼酸-尿素混合水溶液作为h-BN先驱体,对无压烧结制备的高纯h-BN陶瓷进行了浸渍-裂解-二次无压烧结处理,以提高其致密度和性能.研究了先驱体溶液浓度和循环次数对浸渍-裂解-烧结后h-BN陶瓷的显微结构及性能的影响.结果表明,随着先驱体溶液浓度的增大,h-BN陶瓷的密度、弯曲强度、断裂韧性和热导率均先升高后降低,浓度为68wt;时均达到最大.浓度过高会导致先驱体溶液在浸渍过程中发生析出,反而不利于浸渍.随着循环次数的增加,h-BN陶瓷的致密度、弯曲强度、断裂韧性及热导率均逐渐增大,但趋势逐渐变缓.循环6次得到的h-BN陶瓷的密度、弯曲强度、断裂韧性和热导率分别为1.465 g./cm3、84.1 MPa、1.52 MPa·m1/2、44.36 W·m-1·k-1,相对于未处理的h-BN陶瓷分别提高4.7;、31.6;、63.7;、31.2;.     

Study of the Processes Induced by Femtosecond Laser Radiation in Thin Films and Molecular-Cluster Beams Using Ultrafast Electron Diffraction

Crystallography Reports - The coherent lattice dynamics in thin crystalline Sb and Bi films has been investigated using ultrafast electron diffraction. The samples were exposed to Ti:sapphire...     

常温下脉冲激光沉积氮化硼薄膜研究

由于氮化硼特别是立方氮化硼(c-BN)的独特性质和广泛的应用前景,一直受到材料研究工作者的广泛关注.本研究利用脉冲激光在室温下沉积出立方氮化硼薄膜,傅立叶变换红外光谱和X射线衍射分析表明在所制备的氮化硼薄膜中,立方相的含量很高;同时,该研究还观察到了氮化硼的另一种高压相-爆炸结构氮化硼(Explosive-BN,E-BN).本研究同时还讨论了氮化硼薄膜生长的原理.     

煅烧和除碳温度对氮化硼晶须的影响

以三聚氰胺和硼酸为原料通过水浴加热合成晶须前驱体,然后经高温烧结成功制备出BN晶须.扫描电镜显示制备的BN晶须为针状结构,其直径和长径比分别为2～3 μm和40～100.通过X射线衍射分析,制备的BN晶须为六方晶相,晶格参数为a=0.2524 nm和c=0.6592 nm.红外光谱图谱表明在1383 cm-1和 812 cm-1处存在两个明显的B-N特征吸收带.晶须的烧成制度以及除碳温度对晶须形貌和性能的影响研究结果表明,当烧成温度为1700 ℃、除碳温度为600 ℃时可制备出形貌良好和结晶度高的氮化硼晶须.     

金刚石薄膜涂层刀具的破损机理研究

切削过程中金刚石薄膜从基体表面的破损剥落是金刚石薄膜涂层刀具的一种主要损坏形式.本文通过实验研究了金刚石薄膜涂层刀具的破损机理及刀具表面状态、切削用量对其损坏形式的影响.研究结果表明,较大的切削用量、机械冲击、交变切削载荷及积屑瘤频繁脱落等是导致金刚石薄膜涂层刀具破损剥落的主要原因.金刚石薄膜的破损剥落起始于薄膜与基体之间及薄膜底面金刚石晶粒之间的原始微小间隙缺陷,这些原始微小间隙缺陷是在沉积金刚石薄膜时,由于成核密度较低等原因而形成的.金刚石薄膜剥落时薄膜的断裂主要沿晶界发生.     

水热法合成氮化硼晶体过程中的关键影响因素

在水热条件下成功合成了氮化硼晶体 ,为了优化实验条件 ,本文对实验过程中的影响因素进行了研究 ,包括反应温度、反应原料的种类、配比以及反应时间。通过对XRD和TEM测试结果的分析可以知道 ,当反应原料摩尔配比N2 H4·H2 O∶H3 BO3 ∶NaN3 ∶NH4Cl为 1∶1∶3∶1时 ,在 4 0 0℃下反应 4 8h是水热法制备氮化硼晶体的最佳实验条件。     

溶剂热合成氮化硼纳米晶过程中氮源种类的影响

以NaNH2和BC l3为原料,利用溶剂热方法合成了六方氮化硼纳米微晶,并用红外吸收光谱(FTIR)、X射线粉末衍射(XRD)方法分析了微粒的结构,利用透射电子显微镜(TEM)观测了BN微粒的粒度和微观形貌。与早期用L i3N为氮源合成的氮化硼(产物中具有较多纳米棒)相比,本文中制备的氮化硼纳米晶主要呈球形,颗粒粒度明显增大,而且产率有较大幅度的提高。