非晶Cr/Ge多层膜的磁性和电性能研究

采用射频磁控溅射的方法制备了非晶[Crx/Ge10-x]20(x=0.1,0.3,0.5,0.8,1.1,1.6,2.7)多层膜.随着Cr层厚度增加,Ge层厚度减小,室温下薄膜磁性由抗磁性转变为铁磁性,同时样品出现了反常霍尔效应.扣除Ge层的抗磁性,制备态的[Cr2.7/Ge7.3]20的饱和磁化强度Ms可达33 emu/cm3.提出了磁性起源于Cr原子层间耦合的模型,薄膜的低温电阻导电机理属于自旋依赖电子变程跃迁机制.     

纳米非晶碳薄膜的制备及其场致电子发射特性

采用微波等离子体增强化学气相沉积(MPECVD)法,在涂有FeCl3的硅衬底上制备出了纳米非晶碳薄膜.通 过SEM、XRD和拉曼光谱分析了薄膜材料的形貌和结构.并研究了薄膜材料的场发射特性.结果表明:薄膜的开启电场仅为0.39 V/μm;当电场强度为1.85 V/μm时,电流密度高达3.06 mA/cm2;且场发射点均匀、密集、稳定.迭代法计算表明薄膜材料的功函数为3.1 eV,发射点密度约为1.7×105个/cm2.这些均表明该薄膜是一种性能优良的场发射阴极材料.     

非晶铁磁纤维复合材料吸波性能的应力可调性实验研究

本文利用非晶铁磁纤维的应力阻抗效应,对基于玻璃包裹非晶铁磁纤维(CoFeNiSiB)的电磁复合材料的吸波性能,采用自由空间透射法进行了一系列实验研究,重点在于探究该电磁复合材料吸波性能的影响因素,特别是外加应力对吸波效果的调谐性研究。实验结果表明,非晶铁磁纤维电磁复合材料的透波率与纤维方向、密度、长度等因素有密切的关系,在电磁复合材料基体刚度较小的情况下,非晶铁磁纤维电磁复合材料的吸波性能具有较明显的应力调谐性。该研究在智能隐身材料、微波无损检测等领域都有着潜在的重大应用价值。     

不均匀性:非晶合金的灵魂

非晶合金,即金属玻璃,是一类特殊的由基本化学元素组成的非晶态物质,由于其独特的微观组织结构,展现出了不同于传统晶态合金材料的特殊物性,而成为高性能材料应用领域的重要一员.由于非晶合金的结构无序性,且当前精确表征其微观结构的实验手段缺乏,相应的理论模型也不完善,人们对非晶合金中一些基础物理问题的认识尚且不足,无法形成基本的理论框架来精确地描述其物性产生的微观机理.因而,当前非晶合金研究的核心问题可以概括为:如何建立以微观特征或结构为基础的基本理论框架,准确地概括非晶合金物性的微观机理.在过去几十年里,针对非晶合金的大量研究表明,在非晶合金长程无序的特征中,隐藏着本征的不均匀性和有序,且这些不均匀性的特征与材料物性有着密切的关联,使得建立以不均匀性特征为基础的理论框架成为可能.本文从非晶合金微观特征的不均匀性包括静态不均匀性和动态不均匀性的视角出发,概括性地总结了非晶合金材料与物理研究中取得的丰硕成果,及当前需要关注的重要科学问题,并针对未来可能的研究模式进行了展望.     

非晶物质中的临界现象

非晶态材料有着复杂的原子结构(短程有序、长程无序)和特殊的物理性质,其临界现象和相变问题一直受到学术界关注.非晶合金,又称为金属玻璃,是一种新型的非晶态材料,具有很高的强度和优异的弹性.从微观的角度来看,非晶合金可以看作是一个多粒子系统.临界现象的研究对认识和理解多粒子系统之间的相互作用有深刻的意义.本文主要讨论非晶合金中的临界现象,包括非晶合金从制备过程、微观结构到宏观的力学性能以及磁性方面存在的临界现象,并分析这些临界现象之间的内在联系,进而深入理解非晶合金的微观结构对其宏观性质的影响.这为认识非晶合金的形成本质,提高服役可靠性,探索具有实际应用价值的非晶合金提供理论依据.     

超高强块体非晶合金的研究进展

研制具有极限力学性能的金属材料一直是材料研究人员的梦想.超高强块体非晶合金是一类具有极高断裂强度(4 GPa)、高热稳定性(玻璃化转变温度通常高于800 K)和高硬度(通常高于12 GPa)的新型先进金属材料,其代表合金材料Co-Ta-B的断裂强度可达6 GPa,为目前公开报道的块体金属材料的强度记录值.本文系统地综述了该类超高强度块体非晶合金的组分、热学性能、弹性模量及力学性能,阐述了该类材料的研发历程;以弹性模量为联系桥梁,阐明了该类超高强块体非晶合金材料各物理性能的关联性,并揭示了其高强度、高硬度的价键本质.相关内容对于材料工作者了解该类超高强度金属材料的性能和特点,并推进该类材料在航空航天先进制造、超持久部件、机械加工等领域的实际应用有着重要意义.     

基于逾渗理论的非晶合金屈服行为研究

从非晶合金的微观结构出发,基于处理强无序和具有随机几何结构系统常用的理论方法——逾渗理论来描述非晶合金剪切屈服时的塑性流变.为了更好地理解非晶合金剪切带萌生时的临界问题,结合已有的"自由体积(free volume)模型"和"剪切转变区(shear transformation zone)模型",建立了非晶合金剪切转变的逾渗模型.以Cu_(25)Zr_(75)二元非晶合金为例,计算了在剪切转变区内易发生塑性流动的原子团簇剪切失稳的逾渗阈值,并粗略估算了这些原子团簇的大小.研究发现,剪切失稳的逾渗阈值与临界约化自由体积浓度(x_c～2.4%)有着相似的特性,不同之处在于其值与自由体积的分散度有着密切联系.研究结果作为非晶合金的韧脆转变问题提供了新思路.     

氟化非晶碳基薄膜摩擦学行为对配副材料的依赖性

为了系统研究氟掺杂对非晶碳基薄膜摩擦学行为的影响,以C_2H_2和CF_4为气源,通过等离子体增强化学气相沉积方法制备不同F含量的非晶碳基薄膜.采用XPS、SEM、Raman光谱以及纳米压痕等技术测定薄膜的微观结构、化学组成和力学性能,利用球-盘式往复摩擦试验机评价薄膜与不同配副材料的摩擦磨损性能.结果显示:较低F含量并未显著影响薄膜与强碳黏着对偶Ti、WC和Si_3N_4的摩擦系数;少量F原子掺杂明显增加了薄膜与弱碳黏着对偶ZrO_2和Al_2O_3的摩擦系数;薄膜与GCr15对偶的摩擦系数随F含量增加而明显升高;高F含量导致薄膜与Cu对偶的摩擦系数产生明显波动,而导致薄膜与Al对偶的摩擦系数显著增加;值得注意的是,高F含量薄膜在不同体系中都表现出高摩擦低磨损的特点.高活性F原子与对偶材料的摩擦化学作用能够合理解释不同体系摩擦学行为.     

镀碳石英坩埚生长ZnGeP2单晶体

在熔体法生长ZnGeP2单晶体的过程中,如何解决熔体与坩埚的粘连问题是一个研究关键.本文研究了石英坩埚的镀碳工艺,采用化学气相沉积法成功在坩埚内壁镀上结合牢固且均匀的碳膜.采用垂直布里奇曼法,并结合适时补温技术,在内部镀碳的双层坩埚中成功生长出φ20 mm× 50 mm外观完整,无裂纹的ZnGeP2单晶体.经XRD,TEM,FTIR分析结果表明:生长的ZnGeP2晶体缺陷少,结构完整,红外透过率高,是质量较高的单晶体.     

Residual stress induced wetting variation on electric brush-plated Cu film

Nanocrystalline Cu film with a mirror surface finishing is prepared by the electric brush-plating technique. The as- prepared Cu film exhibits a superhydrophilic behavior with an apparent water contact angle smaller than 10°. A subsequent increase in the water contact angle and a final wetting transition from inherent hydrophilicity with water contact angle smaller than 90° to apparent hydrophobicity with water contact angle larger than 90° are observed when the Cu film is subjected to natural aging. Analysis based on the measurement of hardness with nanoindentation and the theory of the bond-order-length-strength correlation reveals that this wetting variation on the Cu film is attributed to the relaxation of residual stress generated during brush-plating deposition and a surface hydrophobization role associated with the broken bond polarization induced by surface nanostructure.