基于多尺度仿真方法的单晶铝纳米切削过程研究

分子动力学切削仿真方法所能模拟的原子数量有限.为了扩大切削仿真规模,该文采用分子动力学与有限元相结合的方法,在QC(Quasicontinuum)方法程序内核的基础上,结合纳米切削仿真的特点,编制出纳米切削多尺度仿真程序.用该程序进行了单晶铝纳米切削过程的多尺度仿真,进而分析了刀具角度对切削过程的影响.仿真结果验证了纳米切削多尺度仿真的可行性.     

激光直接刻蚀图形的质量分析

在激光剥离机制的基础上，分析了激光直接刻蚀过程中，蒸气压及热传导对图形刻蚀质量的影响，并得出了刻蚀不同厚度Ａｌ的激光能量密度，脉冲频率和刻蚀脉冲数的最佳组合，对Ｔａｌｂｏｔ成像法中对比度对图形刻蚀质量的影响也进行了分析。     

二氧化钛制备、表面特性及光催化的研究

以纳米二氧化钛薄膜为研究对象,用两种不同的方案制备出不同的样品,用原子力显微镜分别对样品表面微观形貌的直观的三维结构信息,及样品表面在纳米尺度上表现出来的物理、化学性质,以及光催化甲基蓝等方面进行测试比较。结果表明:AFM非常适合用于研究纳米尺度上样品表面形貌的结构,水体系制备TiO_2薄膜光催化活性比用醇体系所得薄膜强。     

溶胶凝胶法制备二氧化硅膜及其无显影气相光刻

为使无显影气相光刻应用于非硅衬底材料的刻蚀,扩宽其应用范围,研究了无显影气相光刻在溶胶 凝胶法制备的二氧化硅膜中的应用。通过对溶胶 凝胶化学过程的分析,考察了凝胶二氧化硅薄膜制备过程中的几个重要工艺参数,制备了结构均匀的二氧化硅薄膜。并将无显影气相光刻的方法应用于这种二氧化硅膜的刻蚀,通过优化后的光刻工艺参数得到了反差明显的光刻图形。     

基于生物刻蚀原理制作微小齿轮结构

生物刻蚀是从生物学的角度研究加工制造的方法.采用氧化亚铁硫杆菌作为生物氧化剂,刻蚀铜及铜合金材料的基片表面,获得微小齿轮结构,并对细菌的生长环境进行了分析研究.     

基于SEM纳米切削装置的设计与实验

针对目前纳米切削机理研究方法中切削过程无法在线高分辨力观测等瓶颈问题,设计并搭建了一套集成于扫描电子显微镜高真空条件下的纳米切削实验装置,开展了该实验装置的运动精度分析、典型单晶材料纳米切削在线观测等研究.该装置在切削及切深方向均能实现7,μm的位移输出,闭环分辨力为0.6,nm.通过白光干涉仪对纳米切削台阶加工结果的测量,分析装置运动精度,实现了切深分别为59.3,nm、115.1,nm和161.2,nm的台阶结构加工.利用直线刃金刚石刀具对单晶铜和单晶硅材料进行了纳米切削实验,实验结果表明所研制的纳米切削装置能够实现纳米尺度材料去除的在线高分辨力观测.     

TiO2纳米刺球制备和表征

采用溶胶-凝胶法制备出球形TiO2纳米粒子,通过离心的方法将TiO2纳米粒子从乙醇中转移到水中.在60℃下,将分散剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和刻蚀剂NaBH4加入到TiO2纳米粒子水分散体系中,经61h的恒温刻蚀反应,制备出TiO2纳米刺球.此外,该刻蚀方法同样被应用于Au@SiO2@TiO2纳米刺球的制备.用扫描电子显微镜(SEM)、动态光散射(DLS)、透射电镜(TEM)及X射线衍射实验(XRD)等方法对TiO2纳米粒子和Au@SiO2@TiO2纳米粒子及其纳米刺球进行表征,进而探索NaBH4刻蚀TiO2的机理.该刻蚀方法所需的设备和实验步骤相对简单,反应条件温和可控,较易实现大批量的TiO2纳米刺球的合成并且也适用于外壳层为TiO2的复合核壳结构纳米刺球的制备.     

交错梳齿型静电驱动MEMS微镜的设计与制作

设计了一种交错梳齿型(SVC)静电驱动MEMS微镜,首先在底层硅片上通过刻蚀预留出微镜活动空间,并进行固定梳齿组刻蚀,然后再在上面键合顶层硅片,并将顶层硅片减薄抛光至目标厚度,再在其上进行移动梳齿组和镜面结构的刻蚀.该工艺既兼顾了SVC型微镜偏转角度较大的优点,又避免了使用SOI衬底导致背面套刻精度差的缺点,提高了整个...     

利用扫描隧道显微镜制造纳米级结构

在大气环境中用ＳＴＭ进行纳米级超微加工,以高定向热解石墨（ＨＯＰＧ）和金薄膜作为样品,通过在ＳＴＭ探针和样品之间施加一定的脉冲电压制造出了尺度在纳米量级的结构,还对所形成的结构特征进行了分析,总结出部分规律。     

SnO2/Sn纳米电缆的制备和表征

SnO_2/Sn纳米电缆通过Au-Ag合金助催的对SnO粉末的热蒸发方法,在单晶Si衬底上形成。详细的形貌及结构通过场发射扫描电镜(Field Emission Scanning Electron Microscopy,FESEM)、透射电子显微镜(Transient Electronic Microscope,TEM)、高分辨率透射电镜(High Resolution Transmission Electron Microscopy,HRTEM)、选区电子衍射(Selected Area Electron Diffraction,SAED)、X射线粉末衍射(X-ray Diffraction,XRD)、拉曼光谱(Raman)和荧光光谱(Photo Luminescence,PL)等方式表征出来。在TEM下发现了纳米电缆被电子束辐照发生形变,并且根据纳米尺度上的热力学及动力学理论提出了造成形变的物理机制。实验表明,纳米尺度效应能够在纳米结构自组装的控制方面起到关键的作用。     

基于SEM的原位纳米切削实验研究

利用自主研制的纳米切削装置,对单晶铜材料开展了基于SEM在线观测的原位纳米切削实验.分析了纳米尺度切削深度为10~200,nm时的切屑形态以及材料去除机制.研究了金刚石刀具刃口半径以及切削速度对切屑变形系数的影响.结果表明,随着纳米尺度切削深度的减小,切屑变形系数逐渐增大,且当切削深度小于刀具刃口半径时,切屑变形系数急剧增大.此外,刃口半径和切削速度对切屑变形系数也有着重要的影响.刃口半径越大,切屑变形系数越大,而切削速度越快,切屑变形系数越小.     

钛酸铋纳米片的合成及其在降解卟啉类分子中的应用

采用湿化学法合成了单晶Bi20TiO32纳米片,通过XRD,TEM,EDS,DRS和BET等手段对合成样品进行了表征.研究发现单晶Bi20TiO32纳米片其可见光吸收性能明显增强.在可见光（λ〉420 nm）照射60 min后对四羧基锌卟啉（初始浓度co=1.0×10-4mol/L）的降解率为96.9%.对卟啉染色的布料进行了模拟脱色处理,结果表明：经过30 min全谱模拟太阳光照射后,经卟啉染色的布料颜色几乎完全褪去,表明单晶Bi20TiO32纳米片对类卟啉染色机体有很好的脱色作用.详细阐述了其脱色的原因和机理.     

致密砂岩储层孔-喉连通性研究——以鄂尔多斯盆地长7储层为例

储层的孔-喉连通性是致密砂岩储层评价过程中所用到的一个重要参数,而孔-喉连通性的研究受到致密砂岩储层复杂的纳米喉道影响,其量化手段单一、表征参数不明,是当下该研究领域中的难点.为进一步完善储层连通性的表征手段,利用纳米CT技术、核磁共振冻融技术以及三离子束刻蚀结合场发射扫描电镜-PCAS(Pores and Cracks Analysis System)技术,从定性和定量两个角度对于鄂尔多斯盆地延长组7段典型(粉砂、细砂、泥质粉砂)致密砂岩样品的连通性进行不同尺度的表征分析.实验结果表明,致密砂岩孔隙的孔径大小与其所沟通的喉道数目呈正相关;致密砂岩中连通孔隙的体积对于连通性的贡献远高于连通孔隙的数目;油浸的细砂岩样品其连通性高于油斑的粉砂岩样品.实验分析认为,多方法联用的表征方法是致密砂岩储层连通性刻画的重要手段.     

二碲化钨纳米带的合成及热电性质

在能源短缺和环境污染日益严重的今天,为了减少温室气体排放,提高能源利用效率,可再生能源转换技术的研究就显得十分必要.热电材料是一类绿色无污染的能源转换材料,将在工业废热利用以及太阳光热复合发电等方面发挥重要作用,因而受到人们越来越多的关注.本文通过化学气相沉积法(CVD)合成了二碲化钨(WTe2)纳米带用于研究其热电性质.扫描电子显微镜和透射电子显微镜分别证实了生长在Si衬底上的大面积WTe_2样品具有高质量的带状纳米结构,选区电子衍射表明样品具有单晶相.并在大约300–652 K的温度范围内研究了退火后纳米带的热电输运性质,研究结果表明纳米带的最大电导率约为9.55×10~4S/m,最大塞贝克系数为90μV K~(-1).特别是退火后纳米带样品的最大功率因子相较于普通粉末样品提高了近2倍.这是因为一维单晶纳米带结构具有较少的缺陷,导致了载流子迁移率提高,从而导致了高的电导率.粉末样品具有较多的缺陷,禁带宽度较小,导致了激发载流子所需要的激发能较小,单位温度变化而产生的载流子浓度较大,从而导致了低的塞贝克系数.因此WTe_2纳米带可以用于制造具有价廉和环境友好的热电纳米器件的优异材料.     

硅纳米线表面喷墨打印纳米银油墨的SERS性能研究

在金属辅助化学刻蚀法制备的硅纳米线表面,通过喷墨打印纳米银油墨制备了银纳米粒子/硅纳米线复合结构基底.通过调节刻蚀时间和刻蚀温度,探究硅纳米线的微观形貌变化,及其对基底表面增强拉曼散射(SERS)活性的影响.实验结果表明,硅纳米线的长度随着刻蚀时间的延长而增加.当刻蚀温度为40℃、刻蚀时间为8 min时,能够激发更强的SERS信号.银纳米粒子/硅纳米线对探针分子罗丹明6G的最低检测限为10^-7mol·L^-1.     

In2O3纳米线阵列的合成及表征

采用SBA-15硬模板复制技术合成纳米In₂O₃样品, 并用X射线衍射（XRD）、 扫描电子显微镜（SEM）、 紫外可见光谱对样品的晶体结构、 晶粒尺寸、 形貌及带隙宽度进行测试, 分析样品的纳米结构对气敏性能的影响机制. 结果表明: 样品为纳米线阵列结构, 三维In₂O₃纳米线阵列结构由粒径约为15 nm的单晶近球形In₂O₃颗粒规则有序排列组成, 间距约为1 nm, 带隙宽度为3.63 eV; 当温度为320 ℃, 乙醇气体在空气中的体积比为10^-4时, 其灵敏度达42.3. 该纳米结构样品明显优于相同级别纳米颗粒和纳米介孔材料的气敏性能.      

用原子力显微镜研究聚苯乙烯胶体颗粒的特性

以聚苯乙烯胶体颗粒为研究对象,主要讨论均分散聚苯乙烯胶体颗粒的制备、用原子力显微镜研究样品的各种物性．首先寻找合适的方法合成均分散聚苯乙烯微球,制备较均匀的胶体颗粒：然后用原子力显微镜分别从样品表面微观形貌的直观的三维结构信息,及表面在纳米尺度上表现出来的物理、化学性质进行测试;最后对获得的数据进行分析,并对其性质进行表征．结果表明：无皂乳液法,为制备单分散聚苯乙烯微球的有效方法;通过分析聚苯乙烯颗粒样品表面孔径大小和分布,显示了原子力显微镜在分析样品表面形貌结构方面有其特有的优势,它非常适合用于研究纳米尺度上样品。     

新型纳米Ni催化剂催化氧化乙硫醇

在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在下,通过小的纳米粒子自组装,我们合成了具有纳米尺度直径和微尺度长度的纳米链.通过等离子体将该Ni纳米链处理,去除覆盖在其表面的PVP.得到的样品通过TEM、EDX、XRD等表征.本文并对Ni纳米链氧化乙硫醇的催化性能进行评价,结果表明,经过等离子体处理过的Ni纳米链的催化氧化乙硫醇性能优于其他的NiO催化剂.此外,我们也研究了催化剂的重复性效果.纳米粒子表面的性质在制备及应用过程中的重要性在此得到了验证,这些结果进一步表明纳米技术在催化领域具有潜在应用价值.     

微光学阵列元件离子束刻蚀制作的分析与讨论

阐述了利用离子束刻蚀技术制作微光学阵列元件的工艺条件,研究和实验结果表明,通过光刻热熔法制作的光致抗蚀剂掩模图形经具有不同能量的离子束刻蚀后可以有效地现役中衬底材料上所作的选择性转移,所作的理论分析结果为非球面微光学阵列元件的制作提供了一条可行的技术途径。     

纳米压印技术制备Si基GaN纳米柱图形化衬底

采用纳米压印和反应离子刻蚀技术,通过实验研究反应离子刻蚀时间与GaN纳米柱高度的相关性,成功地在Si基GaN衬底上制备出了GaN纳米柱图形化衬底。SEM表征分析发现在图形化衬底上所制备的GaN纳米柱形貌均匀、排列整齐;室温光致发光光谱分析发现GaN纳米柱图形化衬底与GaN材料相比带边发光峰出现2．1nm的红移,发光强度增强。研究结果表明GaN纳米柱内应力得到释放且具有光子晶体的作用。