碲镉汞红外焦平面探测器封装用4J36 合金深低温力学性能研究

为了提高碲镉汞红外焦平面探测器封装结构的可靠性, 获得组件材料的深低温力学性能十分重要. 4J36合金具有极低的膨胀系数且材料焊接性能较好, 广泛应用于封装结构中的冷平台部分. 本文在300 K~4.2 K 温度区间内对4J36 合金进行了热力学性能试验, 获得了材料随温度变化的动态热力学参数; 在300 K、77 K、4.2 K 温度下对4J36 试件进行了拉伸试验, 获得了相应的工程应力应变曲线和力学性能参数; 通过扫描电镜对断口形貌进行了微观结构分析, 获得了4J36 合金拉伸断口微观组织和性能的变化规律. 试验结果表明4J36 材料在300 K ~4.2 K 温度范围内平均线膨胀系数为2.08×10-6/K, 从300 K 到77 K,4J36 合金的比热容随温度降低而减小; 在300 K~4.2 K 温度区间内, 随温度降低, 合金的抗拉强度和屈服强度显著提高, 而弹性模量断后伸长率降低; 由拉伸断口宏观和微观形貌看出在300 K、77 K 和4.2 K 下4J36 合金拉伸试件的断裂模式均为韧性断裂. 试验研究结果将对4J36 合金在红外焦平面探测器组件的低温应用方面提供试验依据.     

La2CuO4掺锌样品的低温电阻率与热导率研究

对La2CuO4掺锌样品在不同降温速率下(330K保温30min后,分别以6Kh和02Ks的速率冷却至42K)电阻率(42—330K)和热导率(80—300K)随温度的变化关系进行了研究.实验结果表明,在不同降温速率下,热导率和电阻率都受到很大影响.快速降温过程使得130K以上的热导率减小,而热导率最小值出现在130K,且与降温速率无关.而低温下的热导率不受降温速率变化的影响.样品在高温区(T高于125K)电阻率随降温速率的增大而增大,低温区电阻率的非线性行为可用变程跳跃行为来描述.所有样品的热导率和电阻率在反铁磁相变温度都没有出现反常,这与能带理论框架下预期的结果和Anderson电荷自旋分离理论发生了矛盾,对此进行了讨论,并用极化子理论进行了自洽解释. 关键词： La2CuO4 热导率 电阻率     

RE_2Ti_2O_7(RE=Gd,Y,Ho,Er)的结构、机械性能及热学性质的第一性原理研究（英文）

本文利用第一性原理和准谐近似的方法研究了一系列钛酸盐烧绿石,即RE_2Ti_2O_7(RE=Gd,Y,Ho,Er)的结构、机械性能及热学性质。研究结果表明,在基态下RE_2Ti_2O_7具有良好的抗压、抗剪切能力。并且,由于这些化合物的齐纳指数接近于1,可近似地看作各向同性材料。此外,计算得到的热膨胀系数在高温区与实验值符合得较好。在500~1 500 K温度区间内,平均热膨胀系数为(10.4~13.1)×10~(-6)K~(-1)。基于Slack模型,我们还计算了这些材料的晶格热导率,当温度等于1 000 K时,这四种物质的热导率在区间(1.5~4.9)W·m~(-1)·K~(-1)内。     

绝热材料低温热导率测试系统设计及试验研究

设计了一套绝热材料低温热导率测试系统。该系统以G-M制冷机为冷源,采用稳态轴向热流法对G10材料的热导率进行了试验研究。结果表明:该系统使用温区广,在4K~300K之间;通过测试两种不同尺寸样品的热导率,得到测试误差在2.9%以内,说明了该系统对绝热材料热导率的测试是可实现重复性的。利用该低温热导率测试系统可对其他不可压缩绝热材料的热导率进行测量。     

几种奥氏体不锈钢的低温电阻率

本文给出了18-8,21-6-9和K-55等几种奥氏体不锈钢4.2—300K电阻率的测量结果,在磁化率极大温度Tm附近电阻率均有反常,本文对反常性质进行了讨论.     

基于TDTR方法的碳化硅低温导热性能实验研究

低温条件下碳化硅等半导体材料热导率的实验研究极少,数据匮乏,无法满足理论模型的优化需求。现有实验测量以接触式的稳态法导热系数测量为主,实验误差大,且低温测量成本过高。本文通过常规飞秒激光抽运探测热反射法与低温系统的有机结合,完成了4~300 K低温条件下单晶碳化硅热导率的测试及其随温度的变化规律,研究表明单晶碳化硅热导率在100 K左右存在极大值,温度低于100 K时其热导率与温度呈正相关,温度高于100 K时其热导率与温度呈负相关。极值点的位置与理论值的偏差可能是由于样品电子浓度、缺陷分布等因素影响。     

不锈钢低温磁导率和热导率的测量

奥氏体(γ相)不锈钢在低温下强度高,特别是一直到液氦温度都保持有良好的韧性,因此是低温工程中广泛应用的重要结构材料. 奥氏体不锈钢热导率也很低,在在既能承受负荷,又减少了通过固体材料的传导漏热.因此,在研制和使用钢种时,除力学性能外,还关心材料的热导性能. 在很多低温的应用中,如泡室磁体、受控热核反应磁笼、核磁共振磁体、精密磁测量等,还要求结构材料从磁性上讲是稳定的,是弱磁性的.否则会引起磁场形伏的变化或不稳定,影响磁场的均匀度,使测量出现误差,从而造成装置无法达到要求.奥氏体不锈钢的磁性,国外已有很多研究[1,2].因成…     

用于射频谐振腔的纯铌热导率的测量

铌材料的低温热导率是反映射频超导腔热稳定性的重要参数.一套新型的低温热导率测试装置研制成功,该装置不仅可以测量纯铌材料的低温热导率,同时还能够测量铌材料的临界超导温度和铌材料的剩余电阻率(RRR).本文介绍该装置的原理以及实验结果,并对铌材料的低温热导率与剩余电阻率(RRR)进行了分析.     

氙等离子体输运性质计算

采用基于将Chapman-Enskog方法扩展到高阶近似的方法计算获得了温度范围在300—40000 K,不同压力条件下氙等离子体的黏性、热导率和电导率.热力学平衡条件下的计算结果与文献报道的实验和计算结果符合良好,验证了计算方法和结果的合理性与准确性.在此基础上,计算获得了电子温度(T e)不等于重粒子温度(T h)的热力学非平衡和化学平衡条件下氙等离子体的输运性质,并分析了输运性质随压力和热力学非平衡程度变化的原因.     

结构材料对传导冷却超导磁体励磁稳定性影响

针对NbTi线材绕制的7 T无液氦传导冷却低温超导磁体,利用有限元方法对励磁过程中超导磁体结构材料内部的涡流损耗进行计算;对比不同材料的低温比热容、热导率和电阻率,利用有限元软件对不同结构材料超导磁体励磁过程进行仿真,得到磁体内部的涡流和温度分布以及不同励磁速度对超导绕组温升的影响。结果表明,磁体最大允许励磁速度与结构材料的低温电阻率呈正相关,超导绕组的最高温度随励磁速度线性变化。     

具有本征低晶格热导率的硫化银快离子导体的热电性能

硫化银(Ag_2S)是一种典型的快离子导体材料,前期关于Ag_2S的研究主要集中在光电和生物等领域.最近的研究表明, a-Ag_2S具有和金属一样的良好延展性和变形能力.但是, Ag_2S的热电性能尚无公开报道.本工作合成了单相Ag_2S化合物,系统研究了其在300—600 K范围的物相变化、离子迁移特性和电热输运性质.研究发现, Ag_2S在300—600 K温度区间表现出半导体的电输运性质.由于单斜-体心立方相晶体结构转变, Ag_2S的离子电导率、载流子浓度、迁移率、电导率、泽贝克系数等性质在455 K前后出现急剧变化.在550 K, Ag_2S的功率因子最高可达5μW·cm~(–1)·K~(–2). Ag_2S在300—600 K温度区间均表现出本征的低晶格热导率(低于0.6 W·m~(–1)·K~(–1)). S亚晶格中随机分布的类液态Ag离子是导致b-Ag_2S体心立方相具有低晶格热导率的主要原因.在573 K, Ag_2S的热电优值可达0.55,与Ag_2Se, Ag_2Te, CuAgSe等已报道的Ag基快离子导体热电材料的性能相当.     

软质聚氨酯泡沫塑料的低温热导率

讨论了软质聚氨酯泡沫塑料对流判据的低温传热机理.根据软质聚氨酯泡沫塑料结构简图,将各种参数和低温数据带入对流判据公式,得到对流判据L的计算结果.计算了软质聚氨酯泡沫塑料的低温热导率.为了与计算的低温热导率比较,采用测试硬质泡沫塑料热导率的稳态热流双试样保护热板装置,测试了软质聚氨酯泡沫塑料的低温热导率,最后给出了低温热导率与温度关系曲线.根据试验,讨论了低温热导率的影响因素如温度、密度、吸水率等.     

惰性气体原子间相互作用势比较研究

原子间相互作用势是预测惰性气体输运性质的必要输入条件. 文章对描述惰性气体原子间相互作用的Lennard-Jones势、指数排斥势、Hartree-Fock-Dispersion-B (HFD-B)势和唯象势的形式和特点进行了分析. 基于Chapman-Enskog方法, 计算得到了惰性气体在300–5000 K温度区间内基于四种原子相互作用势的黏性和热导率, 并与文献报道的实验和理论计算结果进行了比较. 研究结果表明, 基于Hartree-Fock排斥理论与色散理论发展起来的HFD-B势能够合理反映惰性气体原子相互作用的趋势与特征, 因而可以较好地预测惰性气体的宏观输运性质.     

低温/高温复合超导体分流温度的定性计算

本文基于超导体幂指数模型对低温超导体和高温超导体的分流温度分别作了数值计算,计算结果与现有的分流温度估算公式结果符合的很好.本文还讨论了幂指数模型中不同n值对低温/高温复合超导体分流温度的影响,并对复合超导体分流温度做了数值计算,结果显示在相同传输电流下,低温/高温复合超导体的分流温度比传统低温超导体的分流温度高3.2K以上,这表明这种复合超导体较传统低温超导体具有更好的稳定性.     

良导体热导率不同测量法的比较

维德曼-弗兰兹定律指出金属的热导率和电导率的比值是常数,本文先测量了一定温度下的材料的电阻率,再由电阻率计算出材料的热导率,并与利用热波法得到的热导率进行比较,其结果相近.     

固体材料低温热导率的测量

本实验以4.2K二级G-M制冷机为冷源,采用稳态轴向热流法测量了304不锈钢与环氧玻璃钢在低温下的热导率,讨论了样品上初始温差的成因及其影响,给出了热导率真实值所在的区间,并对测量误差以及各种漏热带来的影响进行了分析。     

室温至液氢温区奥氏体不锈钢力学性能分析

奥氏体不锈钢在低温工程中广泛使用,正逐渐成为新兴氢能产业中液氢储运容器、输送管路等的首选材料。本文收集了奥氏体不锈钢从室温到液氢温区的力学数据,综合分析了低温下其力学性能的变化规律,阐述了其低温力学性能变化机理,包括化学成分、晶粒尺寸和应变率等因素对奥氏体不锈钢力学性能的影响规律。研究结果表明：随着温度的降低,奥氏体不锈钢屈服强度和抗拉强度增加,塑性和冲击韧性降低,断裂韧性改善,     

新型超导体MgB_2的热电势和电阻率研究

测量了MgB-2的热电势和电阻率与温度的依赖关系.在100K—300K区间,热电势呈近似线性温度依赖关系,其斜率为正,表明载流子为空穴型且与能带贡献的图像相一致.与此对应,在此温区电阻率呈T2依赖关系.在100K以下,热电势和电阻率各自转变了其高温区的温度依赖关系.热电势在超导转变温度Te(零电阻36.6K)到100K间有一宽峰,具有声子曳引峰的特征,表明电子-声子相互作用很强.估算了一些重要的参数,如带米能EF、能带宽度等.     

空气等离子体双温度输运性质计算

本文采用将经典的Chapman-Enskog方法扩展到高阶近似的方法计算获得了双温度化学平衡条件下空气等离子体的粘性、热导率和电导率。结果表明,压力和热力学非平衡程度的改变会影响空气组分解离和电离反应的温度区间,从而使气体的粘性和热导率的峰值区域产生变化。局域热力学平衡条件下空气等离子体输运性质的计算结果与文献报道结果符合较好,验证了本文结果的可靠性。     

GaN薄膜的热导率模型研究

准确预测GaN半导体材料的热导率对GaN基功率电子器件的热设计具有重要意义.本文基于第一性原理计算和经典Debye-Callaway模型,通过分析和完善Debye-Callaway模型中关于声子散射率的子模型,建立了用于预测温度、同位素、点缺陷、位错、薄膜厚度、应力等因素影响的GaN薄膜热导率的理论模型.具体来说,对声子间散射项和同位素散射项基于第一性原理计算数据进行了系数拟合,讨论了两种典型的处理点缺陷和位错散射的散射率模型,引入了应用抑制函数描述的各向异性边界散射模型,并对应力的影响进行了建模.热导率模型预测值和文献中典型实验数据的对比表明,基于第一性原理计算数据拟合的热导率模型和实验测量值总体符合较好,300 K温度附近热导率数值及其随温度变化的趋势存在20%左右的偏差.结合实验数据和热导率模型进一步确认了第一性原理计算会高估同位素散射的影响,给出了薄膜热导率随薄膜厚度、位错面密度、点缺陷浓度的具体变化关系,同位素和缺陷散射会减弱薄膜热导率的尺寸效应,主要体现在100 nm附近及更小的厚度范围.