电站锅炉中粉煤灰与SiC耐火材料结渣性研究

本文主要研究含Cr2O3的硅酸锆结合SiC耐火材料的抗粉煤灰侵蚀规律,将两种不同的粉煤灰平铺在SiC耐火材料上,作用温度为1250～1450 ℃,保温时间为40小时,然后用视频光学显微镜和XRD衍射图谱来确定其显微结构和物相组成,初步实验结果表明SiC质耐火材料具有较好的抗煤灰侵蚀性能.     

气相传输平衡法在(11-20)面蓝宝石上制备γ铝酸锂膜

为了寻找可能替代蓝宝石作为氮化镓外延的新型衬底,通过48 h的气相传输平衡,分别在1000℃、1030℃、1050℃、1070℃和1100℃制备了一层单相多晶的γ铝酸锂膜。X射线衍射和扫描电镜分别用于表征膜的物相、取向和表面形貌。结果显示,γ铝酸锂择优取向的好坏取决于气相平衡传输温度,在1050℃制备的γ铝酸锂具有高度的[100]择优取向;在γ铝酸锂(001)面上的双轴拉应力可能有助于[100]择优取向的形成;γ铝酸锂晶粒表面裂纹的方向一致性与其择优取向紧密相关。上述结果表明在合适的工艺条件下,气相传输平衡法制备的γ铝酸锂/蓝宝石可能成为一种很有前景且适合(1-100)面氮化镓生长的复合衬底。     

气相传输平衡技术制备LiGaO2薄膜

为获得与GaN薄膜晶格失配小的衬底材料,报道了利用气相传输平衡技术(VTE)在(100)-βGa2O3单晶衬底上制备高度[001]取向LiGaO2薄膜的方法。经过X射线衍射分析表明得到的薄膜是由单相LiGaO2组成。利用扫描电镜(SEM)观察表面形貌,发现经气相传输平衡技术处理得到的薄膜表面形貌主要受温度的影响,表面晶粒尺寸随温度上升而增大。而X射线衍射测试表明随着温度上升,所得到的薄膜也从多晶向单晶化转变。在经过退火处理后,通过观察吸收谱发现LiGaO2薄膜中产生色心,并且色心的种类与温度有关。表明可以通过气相传输平衡技术技术,在远低于LiGaO2熔点的温度制备外延GaN用(001)LiGaO2∥(100)β-Ga2O3复合衬底。     

大尺寸电阻加热式碳化硅晶体生长热场设计与优化

大尺寸低缺陷碳化硅(SiC)单晶体是功率器件和射频(RF)器件的重要基础材料,物理气相传输(physical vapor transport, PVT)法是目前生长大尺寸SiC单晶体的主要方法。获得大尺寸高品质晶体的核心是通过调节组分、温度、压力实现气相组分在晶体生长界面均匀定向结晶,同时尽可能减小晶体的热应力。本文对电阻加热式8英寸(1英寸=2.54 cm)碳化硅大尺寸晶体生长系统展开热场设计研究。首先建立描述碳化硅原料受热分解热质输运及其多孔结构演变、系统热输运的物理和数学模型,进而使用数值模拟方法研究加热器位置、加热器功率和辐射孔径对温度分布的影响及其规律,并优化热场结构。数值模拟结果显示,通过优化散热孔形状、保温棉的结构等设计参数,电阻加热式大尺寸晶体生长系统在晶锭厚度变化、多孔介质原料消耗的情况下均能达到较低的晶体横向温度梯度和较高的纵向温度梯度。     

p型G aSb窗口层在热光伏电池中的应用研究

为了提高GaSb热光伏电池的转换效率,在电池结构中引入p+-GaSb窗口层,研究了生长基底、衬底温度和反应物源温度对p+-GaSb薄膜性能的影响,并优化了电池结构中p+-GaSb窗口层的厚度和掺杂浓度.实验结果表明,生长基底和温度等制备参数影响着p+-GaSb薄膜的结构特性和电学特性,而且,较薄的高掺杂p+-GaSb层有利于提高电池性能.通过测试和仿真,热光伏电池的转换效率达到9.49;(AM1.5测试)和20.34;(AFORS-HET仿真).     

缝合式C/SiC复合材料非线性本构关系及断裂行为研究

C/SiC复合材料具有高比强度、高比模量和优良的热稳定性能等一系列优点, 广泛应用于航空航天领域中. 裂纹扩展进而引起的脆性断裂是其主要失效形式之一, 因而材料的断裂性能分析对材料的结构设计和应用有重要的指导意义. 本文开展了缝合式C/SiC复合材料简单力学试验和断裂试验, 研究了材料在不同载荷下的力学响应及断裂特征. 基于缝合式C/SiC复合材料简单力学试验, 建立了材料宏观非线性损伤本构方程, 并模拟了缝合式C/SiC复合材料单边切口梁和双悬臂梁的断裂行为. 本构方程采用简单函数描述了材料在复杂应力状态下的非线性应力-应变曲线, 并考虑了反向加载过程中造成的裂纹闭合. 基于商业有限元软件ABAQUS, 通过编写UMAT子程序实现非线性损伤本构方程, 采用单个单元验证了建立的本构方程的有效性. 在此基础上, 采用线弹性损伤本构和非线性损伤本构分别模拟了缝合式C/SiC复合材料单边切口梁和双悬臂梁的断裂行为. 采用非线性损伤本构方程模拟的力-位移曲线结果与试验结果更为吻合, 非线性损伤本构预测的失效载荷与试验失效载荷更为接近, 验证了所建立的非线性损伤本构方程的准确性, 为C/SiC复合材料断裂行为的研究提供了借鉴, 为缝合式C/SiC复合材料结构的设计和应用提供了理论基础.      

1200 V碳化硅功率MOSFET低温特性的实验表征及分析

碳化硅功率MOSFET是宽禁带功率半导体器件的典型代表,具有优异的电气性能。基于低温环境下的应用需求,研究了1200 V碳化硅功率MOSFET在77.7 K至300 K温区的静/动态特性,定性分析了温度对碳化硅功率MOSFET性能的影响。实验结果显示,温度从300 K降低至77.7 K时,阈值电压上升177.24%,漏-源极击穿电压降低32.99%,栅极泄漏电流降低82.51%,导通电阻升高1142.28%,零栅压漏电流降低89.84%(300 K至125 K)。双脉冲测试显示,开通时间增大8.59%,关断时间降低16.86%,开关损耗增加48%。分析发现,碳化硅功率MOSFET较高的界面态密度和较差的沟道迁移率,是导致其在低温下性能劣化的主要原因。     

熔盐电解SiO2/C直接制备SiC纳米线

采用纳米SiO₂和酚醛树脂为原料制备酚醛树脂裂解碳纳米SiO₂复合阴极(硅碳物质的量的比为1:1),直接电解PFC/SiO₂复合阴极,在900℃熔融盐CaCl₂中,恒槽压2.0V下电解,制备出碳化硅纳米线。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及其附带的能谱仪、X射线分析衍射仪(XRD)和拉曼光谱(Raman)对产物的组成、形貌、微观结构等进行了表征。结果表明:碳化硅纳米线呈立方晶体结构,其直径为4~13nm,长可达数微米;室温下该纳米线在415nm和534nm附近有宽的发光峰。最后,讨论了碳化硅纳米线的生成机制。     

碳纤维表面原位SiC纳米纤维的合成与生长

基于化学气相反应法,以高纯Si和SiO₂为反应源材料,在碳纤维表面原位生长β-SiC纳米纤维。采用XRD、SEM和TEM 等分析测试手段对SiC纳米纤维进行了表征分析,研究了不同反应温度和时间对生成β-SiC纳米纤维微观形貌和结构的影响,并探讨了β-SiC纳米纤维的生长机制。研究结果表明：采取化学气相反应法能够制备高质量、高纯度的β-SiC纳米纤维,纳米纤维的直径约为100~300 nm。随着反应温度的提高和时间的延长,纳米纤维的产额增加,且微观组织形貌发生了变化。结合制备过程和纳米纤维微观结构的观察分析,表明气-固(VS)机制是SiC纳米纤维生长的主要机理。     

衬底上石墨烯制备及改性研究

大面积高质量石墨烯的制备对石墨烯电子特性及石墨烯基纳器件相关研究有重要意义。本文综述了近几年来衬底上制备石墨烯的相关实验以及衬底与石墨烯相互作用研究的重要进展。目前,采用化学气相沉积、外延生长等方法可在衬底表面上制备出较大面积、高质量的石墨烯材料。衬底与石墨烯相互作用和界面间晶格匹配、原子成键及电荷转移等密切相关,其对吸附石墨烯的几何结构、能带结构及电子特性等产生明显影响。实验与理论计算的结合可望加深衬底与石墨烯作用机理的理解,指导衬底上石墨烯制备及改性的进一步研究。