高取向度石墨基复合材料力学性能及微观结构研究

以ZrB2和SiC为烧结助剂,采用流延-叠层-热压工艺制备高取向石墨基复合材料,并对其抗弯强度、断裂韧性、断裂行为以及微观结构进行了研究.结果表明:该石墨基复合材料结构完整,其中片状石墨颗粒平行热压面高度定向排列.弯曲强度和断裂性能及致密度都得到大幅度提高,垂直片层和平行片层方向测试的抗弯强度和断裂韧性分别为104 MPa、2.07 MPa·m1/2和84 MPa、1.97 MPa·m”2.高取向石墨基复合材料受到不同方向力冲击时的断裂行为显著不同,垂直层面加压时断裂由脆性破坏变为非脆性破坏行为,断裂功达到145 J/m2为平行层面测试的2倍.非脆性破坏行为主要归因于层界和高度定向的片状石墨颗粒诱导裂纹偏转分叉以及片状石墨颗粒桥联拔出.     

高质量氧化镓单晶及肖特基二极管的制备

本文采用导模法生长技术,成功制备了高质量掺Si氧化镓(β-Ga₂O₃)单晶,掺杂浓度为2×10¹⁸ cm^-3.晶体呈现淡蓝色,通过劳厄衍射、阴极荧光(CL)及拉曼测试对晶体的基本性质进行了表征,结果表明晶体质量良好.紫外透过光谱证明该晶体的禁带宽度约为4.71 eV.此外,在剥离衬底上,采用电子束蒸发、光刻和显影技术制备了垂直结构的肖特基二极管,平均击穿场强EAva为2.1 MV/cm,导通电阻3 mΩ·cm²,展示了优异性能.     

溶胶-凝胶法改性碳纤维增强纳米HA复合材料的制备及性能研究

先对碳纤维进行对氨基苯甲酸预处理,然后通过溶胶-凝胶技术在预处理后碳纤维表面涂覆HA涂层,随后利用粉末冶金技术制备改性碳纤维增强纳米HA复合材料.研究碳纤维的改性工艺,观察改性后碳纤维表面的微观形貌,测量小同碳纤维含量下复合材料的抗弯强度和断裂韧性.结果表明对氨基苯甲酸处理后碳纤维表面形成大量的纵向凹槽,表面粗糙度增加,将其在HA溶胶中提拉5次后可以在表面获得一层致密的、结合性能较好的膜层.烧结产物中HA过渡层可以很好地连接基体和碳纤维,提高纳米HA复合材料的力学性能,当碳纤维含量为3vol;时,溶胶-凝胶改性碳纤维/纳米HA复合材料的抗弯强度达到最大值84.6 MPa,是基体抗弯强度的3.45倍.当碳纤维含量为4vol;时,溶胶-凝胶改性碳纤维/纳米HA复合材料的断裂韧度达到最大值1.92 MPa·m1/2,是基体断裂韧度的2.43倍.     

Al2O3-SiO2-TiO2表面涂层对3D-Cf/SiC复合材料力学性能的影响

采用溶胶凝胶法在三维碳纤维预制体(3D-Cf)表面形成Al2O3-SiO2-TiO2涂层,而后采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备了3D-Cf/SiC复合材料,通过SEM、XRD等分析测试手段以及三点弯曲等试验方法,研究了碳纤维的界面对复合材料的微观结构、力学性能的影响.结果表明,Al2O3-SiO2-TiO2涂覆处理后的碳纤维的强度约为原始碳纤维的96.8;,涂层碳纤维在复合材料断裂过程中起到了较好的增韧作用,涂层处理后的3D-Cf/SiC复合材料的抗弯强度达303 MPa,断裂韧度达6.5 MPa/m1/2.     

热压工艺对Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料力学性能与微观结构的影响

采用真空热压烧结工艺制备了Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料,并研究了该模具材料的力学性能与微观结构.结果表明,当烧结温度为1450℃,保温时间为10 min时,模具材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为14.57 GPa、8.6 MPa·m1/2和1144 MPa;当烧结温度为1450℃,保温时间为30 min时,模具材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为16.29 GPa、7.53 MPa·m1/2和1035 MPa.在这两种烧结工艺下制备的模具材料均具有良好的综合力学性能,烧结工艺得到优化,可以满足不同硬度材料的成型需求.在对模具材料的微观结构分析时发现,模具材料的断裂方式是以沿晶断裂为主的穿晶与沿晶断裂的混合断裂模式.     

离子交换树脂均匀沉淀法制备MgO纳米粒子

以(Mg(NO3)2·6H2O, (NH4)2CO3 和NH3·H2O为原料,采用两种离子交换树脂均匀沉淀法分别制备MgO纳米粒子.用热分析、X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨电子显微镜(HR TEM)、选区电子衍射(SAED)和BET等对所制备的MgO粒子进行了表征.结果表明:经700 ℃焙烧后制备的MgO纳米晶体属六方晶系,样品分散性较好,平均粒径约为25 nm;MgO纳米晶体清晰、有序的电子衍射点阵,表明晶体的结晶度较好;纳米粒子a和b的比表面积分别为31 m2/g and 32 m2/g.     

助烧剂与脱胶工艺对微波烧结Al2O3陶瓷性能的影响

采用微波烧结方式制备Al2O3陶瓷,研究了助烧剂含量和素坯脱胶工艺对Al2O3陶瓷微观组织和力学性能的影响.研究结果表明:相较于传统无压烧结,微波烧结有利于降低Al2O3陶瓷的烧结温度,并提高致密度和力学性能.脱胶后烧结体晶粒结合更加紧密,界面结合强度有明显提高,断裂模式以穿晶断裂为主.当MgO与Y2O3添加量为0.7wt;时,Al2O3陶瓷致密度稳定在99.1;以上,断裂韧度和维氏硬度分别达到4.9 MPa·m1/2和17.0 GPa.     

大尺寸高质量GaSb单晶研究

采用垂直布里奇曼法(VB法)生长2英寸GaSb单晶,分析了GaSb多晶产生的原因,即GaSb原料与覆盖剂中残留水分发生化学反应生成氧化镓残渣,残渣吸附在坩埚内壁导致GaSb多晶形成.通过增加覆盖剂除水工艺,成功生长出2英寸高质量GaSb单晶.此外,研究了单晶内部位错分布特点,结果显示GaSb晶体具有较低的位错密度,EPD≤500 cm-2;同时,对晶体进行XRD摇摆曲线测试,其FWHM值为27 arcsec,表明晶体质量较高;此外,对晶体进行了电学性能测试,结果显示制备的GaSb晶体呈P型导电,晶体迁移率为610 cm2/V·s,载流子浓度达到了1.68×1017cm-3.     

纳米NiCo2O4的两种制备方法比较及其甲醇电氧化性能研究

分别以微乳液法和共沉淀法制备了NiCo2O4纳米棒和纳米片.对比研究了两种方法制备的NiCo2O4纳米材料的物相、形貌、孔道结构及其催化甲醇氧化的性能.结果表明:350℃煅烧5h后,两种方法均能制备出NiCo2O4纳米材料,但共沉淀法制备的纳米片结晶度低于微乳液法制备的NiCo2O4纳米棒.通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和氮气吸脱附测试发现,NiCo2O4纳米棒具有介孔结构,比表面积为116.8 m2·g-1,而NiCo2O4纳米片是六方片状结构,比表面积为36.1 m2·g-1.电化学结果显示,电压为0.6V,扫描速率为50 mV·s-1时,纳米片的电流密度为47.8 mA·cm-2,纳米棒为31.9 mA·cm-2.在0.5V扫描3000 s后,纳米片仍能保持70;的初始电流密度,纳米棒为51;.共沉淀法制备的NiCo2O4纳米片比微乳液法制备的纳米棒具有更好的催化甲醇氧化活性、稳定性.这可能是由于NiCo2O4纳米片的特殊的片层形貌及其一定的无序度导致的.     

氧化镍纳米晶体的制备及其过程分析

为了开发一种新型纳米氧化镍催化剂,能有效地应用于生物质气化过程中去除焦油,本文采用均匀沉淀法成功地制备了纳米氧化镍晶体,并利用TGA、FTIR、XRD、BET、YEM等分析手段对前驱体和产品的性能进行了表征.同时,对前驱体的分解过程进行了全面的分析.分析结果表明前驱体是水合碱式碳酸镍,其分子式为NiCO3·Ni(OH)2·nH2O,它能在360℃下完全分解转化为纳米NiO,同时煅烧条件对合成纳米NiO的晶体粒径影响很大.实验证实所得纳米NiO颗粒呈球形,分散性好,纯度较高,属立方晶系结构,平均粒径约为7.5nm,其BET表面积为187.98m2/g,这显示纳米NiO晶体具有作为高效催化材料的应用可行性.     

金刚石表面化学镀铜的研究

为了改善金刚石与金属基体的润湿性,利用化学镀的方法在金刚石粉体表面成功的进行了镀铜,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试手段研究了pH值及添加剂对镀层的组织、形貌及镀速的影响.结果表明:当镀液的pH值低于10.5时,镀速几乎为零,没有反应发生;pH值在10.5～12.5时,镀速随pH值的增大而增大,XRD图谱中开始有铜的衍射峰出现,且衍射峰随pH值的增大而增强;pH值大于12.5时,镀速开始随pH值增大而下降,衍射峰开始随pH值增大而减弱.当pH值为11时,金刚石基体有裸漏现象,镀层较薄;pH值为12时,镀层表面较为致密、结合较好、有一定厚度且包覆严实;pH值为13时,镀层开始变得粗糙,有卷边、起皮及脱落现象.当向镀液中分别添加适量的亚铁氰化钾及二联吡啶时,能够提高镀液的稳定性,两种添加剂对铜的化学沉积都有阻化作用,降低铜的沉积速率,使镀层光亮致密.     

Si基外延GaN中缺陷的腐蚀研究

本文采用KOH:H2O=3:20～1:25(质量比)的KOH溶液,对Si基外延GaN进行湿法腐蚀.腐蚀后用扫描电子显微镜(SEM)观察,GaN面出现了六角腐蚀坑,它是外延层中的位错露头,密度约108/cm2.腐蚀坑的密度随腐蚀时间延长而增加,说明GaN外延生长过程中位错密度是逐渐降低的,部分位错因相互作用而终止于GaN体内.观察缺陷腐蚀形貌还发现,接近裂纹处腐蚀坑的密度要高于远离裂纹处腐蚀坑的密度,围绕裂纹有许多由裂纹引起的位错.腐蚀坑的密度可以很好地反映GaN晶体的质量.晶体质量较差的GaN片,腐蚀后其六角腐蚀坑的密度高.     

微球谐振腔光上转换的研究

利用光的上转换使微球辐射出与入射光频率不同的光,可以利用光学滤波的方法排除入射光的影响, 则可以降低微球形貌共振现象实际应用的难度.为实现基于微球谐振腔的光上转换,本文设计制作了Tm3 /Yb3 共掺杂的TiBa玻璃微球.其成份为:25TiO2-27BaCO3-8Ba(NO3)2-5ZnO2-8CaCO3-5H3BO3-9SiO2-7 water glass -1Tm2O3.5Yb2O3(质量分数).实验观测了TiBa玻璃与TiBa玻璃微球在633nm激发下的发射光谱,并进行了讨论.观察到了从上转换光的很强的型貌共振现象.实验结果与理论分析相符,用Lorenz-Mie理论可以很好地解释实验结果.     

PZT基反铁电材料研究进展

在综述Pb(Zr,Ti)O3(PZT)基反铁电材料的研制与性能研究进展的基础上,重点探讨了PZT95/5反铁电材料和在PZT基础上掺杂改性的Pb(Zr,Sn,Ti)O3(PZST),(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O3 (PLZST)反铁电材料.总结了利用La3+、Nb4+、Hf4+、Sr2+、Ba2+和Nd3+等离子对富锆PZT以及PZST粉体、陶瓷以及薄膜材料的掺杂取代改性研究.讨论了各类PZT基反铁电材料的铁电(FE)-反铁电(AFE)相变机理以及其场致应变性能.展望了PZT基反铁电材料今后研究与应用的发展方向.     

New experimental results on nucleation of Au on NaCl: Dependence on deposition rate and time

Systematic experiments have shown that saturation density, nucleation rate, and condensation coefficient are considerably smaller than previously reported. The low condensation coefficient and the linear deposition rate dependence of the nucleation rate show that the model usually applied for the theoretical explanation of the nucleation process needs some revision. From measured condensation coefficients we have estimated the diffusion length of adatoms, x_s = (14.4 ± 2.4) nm, and the difference between desorption and diffusion energy, E_a – E_sd = (0.31 ± 0.01) eV. Possible reasons for the deviation of the new results from the earlier ones are discussed.     

基于声光效应的可调谐光子晶体的研究

利用传输矩阵法研究了一维异质双周期光子晶体的光子带隙随超声波变化的特性.首先,光子晶体的介电常数随超声波的传播出现周期性变化;然后,光波入射到此光子晶体时产生声光效应,采用Matlab软件模拟仿真并分析了该结构光子晶体的光子禁带的位置、宽度与超声波强度及频率的关系.结果表明:光子晶体禁带的位置、宽度可以通过控制超声波的强度和频率实现实时调制.这个结果为基于声光效应的可调谐光子晶体器件的研究提供了理论依据.     

缺陷双层石墨烯吸附碱金属原子的第一性原理研究

采用基于密度泛函的色散修正方法研究了Li、Na、K、Rb吸附在单空位缺陷(SV)双层石墨烯(BLG)表面的体系,对吸附体系的晶体结构、吸附能、电荷转移、扩散行为和电子结构进行了计算和分析.结果表明,碱金属原子更容易吸附在缺陷区域空位上方;使BLG平均层间距减少了0.0100～0.0137 nm;吸附体系的Bader电荷、电荷密度差分和电子结构的计算结果表明,碱金属原子与BLG之间结合属于离子键.通过计算扩散能垒发现,脱离缺陷所需激活能比朝向缺陷扩散的能垒大0.300～0.640 eV,表明SV缺陷能够捕获Li、Na、K、Rb原子.     

粒子束注入单晶硅尺寸效应的机理研究

使用分子动力学方法研究硅粒子注入技术.系统比较分析了团簇粒子的包含反射,扩散和植入基底在内的全部运动过程,同时使用可视化方法观测记录基底表面形貌演化过程.所建立模型直观地显示了低注入能量域内的新特征.注入过程中,团簇粒子由不同粒径(数量)的硅原子组成.通过对粒径变化在注入过程的影响研究揭示了注入技术机理.仿真结果表明提出方法可用于定量预测注入粒子表面分布.本文工作可作为原子尺度下生成基底表面特征或设计图案的参考,并对可控表面沉积技术提供理论指导.     

基于电沉积技术的纳米晶材料晶粒细化工艺研究

纳米晶材料电沉积工艺是在传统电沉积工艺的基础上,通过控制适当的工艺条件,最终获得具有各种性能的纳米晶电沉积层的过程.研究表明,由电沉积工艺制备的纳米晶材料,晶粒细小且组织均匀,具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化等特殊性能.本文分析了在电沉积过程中纳米晶形成的机理,探讨了工艺参数、复合电沉积和脉冲电沉积、有机添加剂以及采用其它工艺措施对晶粒细化过程的影响.介绍了电沉积纳米晶材料的各种性能及应用.     

抛光铜箔衬底上石墨烯可控生长的研究

本文报导以固态聚苯乙烯为碳源,经机械抛光和电化学抛光双重处理的铜箔为衬底,用CVID法进行石墨烯可控生长的研究结果.用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、光透射谱、扫描隧道显微镜和场发射扫描电镜对生长的石墨烯进行了表征.研究发现经过抛光处理的铜箔由于其平整的表面和很低的表面粗糙度,在其上生长的石墨烯缺陷少,结晶质量高.而未经抛光处理的铜箔在石墨烯生长过程中,铜箔不平整的表面台阶会破坏其上生长的石墨烯的微观结构,在生长的石墨烯二维结构中产生高密度晶界和缺陷.还在双重抛光处理的铜箔上实现了石墨烯的层数可控生长,结果表明固态碳源聚苯乙烯的量为15 mg时可生长出单层石墨烯,通过控制固态源重量得到了1～5层大面积石墨烯.