NiO/TiO2纳米管阵列异质结电极的制备及光电化学性能

采用阳极氧化方法在金属钛表面制备TiO2纳米管阵列,管内径为60~90 nm,壁厚约为15 nm,长度为600 nm,通过化学镀Ni并结合空气中热处理过程,在TiO2表面生长出NiO纳米颗粒层,厚度约为200 nm,颗粒尺寸为20~40 nm,获得异质结型NiO/TiO2纳米管阵列复合电极.结果表明,在100 mW/c...     

乙二醇对固结磨料研磨蓝宝石晶圆的影响

研磨液中的化学添加剂对于蓝宝石晶圆的高效超光滑表面加工至关重要.文中开展了固结磨料研磨蓝宝石晶圆的实验研究,探索了不同乙二醇含量的研磨液对材料去除速率和表面形貌的影响规律,采用微/纳米压痕技术和光电子能谱剖析了工件表层的物理化学性能.结果表明:当研磨液中含有5%的乙二醇时,工件表面变质层深度约为3.90 nm,远优于去离子水研磨液的工件变质层深度(1.04 nm);乙二醇含量的提高促进了表面变质层的生成,有利于蓝宝石工件研磨效率的提高和表面质量的改善.     

黏弹性材料纳米压痕测试及接触形貌的影响

利用纳米硬度计测量聚氯乙烯(PVC)的力学性能,用有限元软件仿真了实测过程,比对实验和仿真数据,得出有限元法研究黏弹性材料纳米压痕实验的可行性结论.据此针对不同尖端曲率半径的圆锥形压头,模拟纳米压痕测量过程,结果显示:在黏弹性材料纳米压痕实验中硬度测量值随压入深度的增加而减小,随尖端曲率半径的增加而增大.最后引入压头表征尺寸概念,针对表征尺寸与表面粗糙度参数在同一数量级以及表征尺寸远小于表面粗糙度参数这两种情况分别进行仿真,结果表明:接触零点在峰顶或谷底时的硬度测量值会相应地偏小或偏大,并且硬度测量值的偏差随纹波间距和轮廓最大高度的增加而增大.     

单晶体SOD力学性能的实验及数值模拟

采用纳米压痕硬度计,测量了沸石分子筛方钠石SOD大单晶的力学性能,得到了载荷 位移曲线图和硬度、弹性模量随压痕深度变化的值。并利用ANSYS有限元程序对沸石单晶体SOD的弹性阶段进行了二维数值模拟,考察了摩擦、压头尖端半径对模拟结果的影响,得到了压痕过程中加卸载时的载荷 位移曲线,模拟结果在趋势上与实验结果有较好的吻合,与理论分析的载荷 位移关系基本一致,较好地反应了弹性纳米压痕的实验过程。     

纳米压痕中针尖效应的分析

采用有限元方法模拟了纳米压痕中不同曲率半径针尖的压头压入不同材料的加、卸载过程,并对计算结果与实验进行了对比以验证模拟的可靠性.理论分析给出了一个硬度关于压头曲率半径和压入深度的半经验公式.结果显示,相同材料的硬度计算值随着压头针尖曲率半径的增大而增大;另外对于同一针尖曲率半径而言,材料硬度值随着压痕深度的减小而增大,并且随着曲率半径的增大,尺寸效应越明显.理论分析与有限元计算结果吻合得较好.分析表明,由于尖端曲率半径的增大而导致过低估计压头与材料的接触面积是产生针尖尺寸效应的主要原因.进一步分析显示,理论推导中对于尖端曲率半径较大(R>60 nm)的压头,在压入深度较浅时(h≤60 nm)将其等效为理想压头相对粗糙,其硬度计算结果存在一定的高估.     

纳米硬度测量中接触面积及压头曲率半径效应的分子动力学模拟

用分子动力学(MD)模拟了单晶铜的纳米压痕. 提出“接触原子”方法来计算接触面积, 并和实验上采用的方法进行比较, 发现此方法无论是对“挤出”还是“沉陷”情况都能更准确地计算接触面积. 同时也模拟了压头曲率半径对纳米压痕的影响, 发现在同一压痕深度下材料纳米硬度的测量值随着压头半径的增大而变大.     

石墨烯纳米压痕实验的分子动力学模拟

我们基于分子动力学(Molecular Dynamics), 建立了石墨烯纳米压痕实验的数值模型, 以模拟压痕实验过程, 得到典型实验过程的力-位移曲线, 并进而讨论压头下压速度, 压头半径以及边界条件等因素对实验结果的影响. 论文测得石墨烯弹性模量为1 TPa, 强度为240 GPa. 加载过程中, 压头加载到临界压入深度hc时, 石墨烯试件在压头处撕裂破坏. 给定最大压入深度, 对石墨烯进行加载—卸载—再加载试验, 发现当最大压入深度h_max小于h_c时, 石墨烯发生的是完全弹性变形; 当最大压入深度h_max大于h_c时, 卸载和再加载过程中石墨烯能基本恢复原貌, 但仍有少数C—C键较长而无法恢复, 成为石墨烯再加载时的破坏起点, 石墨烯的破坏力和位移都显著下降. 另外, 还发现大于0.05 nm/ps的压头速度和压头半径对石墨烯临界压入深度和破坏力都有显著影响.     

镁碱沸石FER单晶弹塑性双线性本构关系的实验研究与有限元确定

为研究镁碱沸石大单晶FER的力学性能,采用纳米压痕技术,测得随载荷连续变化的位移,得到载荷-位移曲线图。根据W.C.Olive算法,利用接触刚度连续测量(CSM)技术,得到FER沸石分子筛硬度及弹性模量。基于弹塑性双线性本构关系假定,用ANSYS有限元程序模拟纳米压痕试验过程,利用搜索法得到沸石大单晶FER的双线性本构关系。本文还讨论了摩擦、温度及压头尖端曲率半径对纳米压痕计算结果的影响。     

氮化镓晶片的化学机械抛光工艺

研究了抛光工艺参数对氮化镓(GaN)化学机械抛光(CMP)表面形貌和材料去除率的影响。通过精密分析天平和原子力显微镜对其材料去除率和表面形貌进行分析,采用单因素及正交实验法探究压力、抛光盘转速和氧化剂浓度对GaN材料去除率和表面形貌的影响。结果表明:在下压力为14.1×10~4 Pa、抛光盘转速为75 r/min、H_2O_2浓度为0.8%、SiO_2磨粒为30%、抛光液流量为20 mL/min、抛光时间为15 min的条件下,GaN晶片表面材料去除率最大达到103.98 nm/h,表面粗糙度最低为0.334 nm。可见,在优化后的工艺参数下采用化学机械抛光,可同时获得较高的材料去除率和高质量的GaN表面。     

纳米氧化铟/硅纳米孔柱阵列的酒敏特性

以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底、高纯金属铟为铟源,采用化学气相沉积法制备了氧化铟(In_2O_3)/Si-NPA复合纳米体系,并对其表面形貌和结构进行了表征.结果表明,In_2O_3/Si-NPA中In_2O_3具有体心立方结构,其薄膜由粒径为100~400 nm的纳米颗粒和长约为1μm、直径约为300 nm的纳米棒组成,而这些纳米颗粒、纳米棒均由平均粒径约为19 nm的In_2O_3纳米晶粒组成.气体传感性能测试结果表明,In_2O_3/Si-NPA对低含量酒精具有较高的响应度和良好的选择性.当酒精的体积分数为2×10~(-6)时,器件的响应值达到463%,响应和恢复时间分别为15 s和8 s.     

小振幅兆声对硅片化学机械抛光效果的影响

为了改善硅片化学机械抛光效果,提高硅片表面质量,一小振幅兆声振子引入化学机械抛光系统,通过对比表面粗糙度大小和分布,发现该振子对改善硅片化学机械抛光效果有明显促进作用。测试表明:振子频率为1.7 MHz,中心最大振幅约为70 nm;硅片表面振动频率为1.7 MHz,中心最大振幅小于10 nm;该振子独立抛光时,未发现硅片表面粗糙度明显降低,但它能引起抛光液微流动,使储存在抛光垫窠室中更多的抛光液进入接触区参与抛光。无振动抛光时,硅片中心区域抛光液供给不足,造成该区抛光效果较差;兆声致微流动能有效缓解这种不足,改善硅片中心区域抛光效果,不仅如此,它还能有效降低其他区域的表面粗糙度。与无振动抛光的硅片相比,经过兆声辅助抛光的硅片,表面粗糙度更小,分布更均匀。     

蓝宝石衬底铜抛-CMP加工技术

针对蓝宝石衬底超精密加工存在的抛光表面不稳定问题,对蓝宝石衬底铜抛-化学机械抛光(CMP)加工技术进行研究,系统探讨铜抛与CMP的抛光压力、转速和抛光时间对蓝宝石衬底表面质量及加工效率的影响.综合评价各表面质量指标,结果表明:在满足表面质量对抛光工艺要求的前提下,采用铜抛的最佳工艺参数为铜抛压力98.0 kPa,转速55 r·min^-1,铜抛时间30 min;化学机械抛光的最佳工艺参数为抛光压力215.6 kPa,转速60 r·min^-1,抛光时间120 min,由此可获得高质量、无损伤的蓝宝石衬底抛光表面.     

Influence of sample preparation on nanoindentation results of twinninginduced plasticity steel

Nanoindentation is an attractive characterization technique,as it not only measures the local properties of a material but also facilitates understanding of deformation mechanisms at submicron scales.However,because of the complex stress-strain field and the small scale of the deformation under the nanoindenter,the results can be easily influenced by artifacts induced during sample preparation.In this work,a systematic study was conducted to better understand the influence of sample preparation methods on the nanoindentation results of ductile metals.All experiments were conducted on a steel(Fe-22Mn-0.65C,wt%)with twinning-induced plasticity(TWIP),which was selected for its large grain size and sensitivity to different surface preparation methods.By grouping the results obtained from each nanoindent,chemical polishing was found to be the best sample preparation method with respect to the resulting mechanical properties of the material.In contrast,the presence of a deformation layer left by mechanical polishing and surface damage induced by focused ion beam(FIB)scanning were confirmed by the dislocation-nucleation-induced pop-in events of nanoindentation.     

蓝宝石晶片质量检测体系研究

阐述了蓝宝石晶片质量检测的重要性，根据蓝宝石晶片国家标准和国际质量保证体系，结合目前蓝宝石晶片生产和科研的实际情况，提出了蓝宝石晶片质量检测体系，包括蓝宝石晶片质量检测内容、检测方法和检测设备，通过试验研究，该质量检测体系能够满足光电子领域所需的蓝宝石晶片生产要求。     

硅片抛光的接触压强分布与宏观形貌创成机理

为了获得单晶硅片化学机械抛光过程中的接触压强分布及其对基片平面度的影响规律,从化学机械抛光的实际出发,建立了抛光过程的接触力学模型和数学模型.利用有限元方法对接触压强分布进行了计算和分析,并利用抛光实验对计算结果进行了验证;获得了化学机械抛光过程硅片与抛光垫之间的接触表面压强分布形态,以及抛光垫的物理参数对压强分布的影响规律,确定了接触压强分布形态和硅片平面度误差的关系.结果表明,接触压强的分布是不均匀的,而且在硅片外径邻域内接触压强最大,从而导致被加工硅片产生平面度误差和塌边现象.合理地选择抛光垫的弹性模量和泊松比,可以改善接触表面压强分布的均匀性,从而使硅片有效区域的平面度变得更好.     

纳米压痕测试装置机架柔度直接标定法的改进

为获取纳米压痕测试装置的机架柔度,分析了Doerner-Nix、Oliver-Pharr、Sun Yong、Van Vliet等几种机架柔度标定方法,并在Van Vliet方法的基础上,提出了一种直接标定纳米压痕测试装置机架柔度的改进方法.该方法在已有测试装置基础上只需用平头圆棒替换原有压头即可实现对测试装置机架柔度的标定,标定过程接近装置实际工作状态,保证了标定结果的可用性.利用此改进方法标定得到了自主研制的纳米压痕测试装置的机架柔度值为0.00794 mm/N,标定结果与通过Sun Yong方法得到的结果基本一致,说明了改进方法的可信性.提出的改进方法可方便、快速地对纳米压痕测试装置机架柔度进行标定,也可以扩展用于标定其他精密仪器装备的机架柔度.     

基于分子动力学的纳米压痕形变过程模拟

采用分子动力学方法模拟了金刚石压头压入Fe基体的纳米压痕全过程．研究了加载和卸载时基体的原子组态、载荷一位移曲线以及位错的发射和变化．分析了基体的塑性形变机理．发现压人深度为0．69nm时出现位错．随压入深度的增加位错长大成环,基体塑性形变加剧．卸载过程中位错环不断减小,当压头恢复到起始位置后,基体中心残留有位错环,产生了永久塑性形变,位错环的存在是基体产生永久塑性形变的关键因素．     

基于油润滑条件下的纳米单元表面优化作用机理

依据摩擦化学反应和作用模型的建立，研究了油润滑介质中纳米单元表面优化作用机制，认为纳米粒子油润滑表面优化行为是以下途径共同作用的结果：摩擦副表面短程作用力导致摩擦副近表面纳米粒子在表面富集，使表面润滑层(膜)的厚度增加、强度增大；表面富集的部分纳米粒子在摩擦条件下发生摩擦化学反应，生成新的化学转移膜；纳米粒子在摩擦过程中填平、抛光表面等。     

超声振动辅助抛光BK7过程中聚氨酯抛光垫磨损行为

抛光光学玻璃等硬脆材料时常选用聚氨酯抛光垫,其微观形貌和磨损直接影响抛光精度和效率.本文对不同抛光时长下聚氨酯抛光垫微观形貌和磨损行为及其对材料去除率和表面粗糙度的影响进行了实验研究.结果表明：当主轴转速为8 000 r/min,进给速度为0.015 0 mm/s,轴向超声振幅为5μm时,材料去除率和表面粗糙度分别为0.977μm/min和153.67 nm.聚氨酯抛光垫在30 min内磨损量较小,随着抛光时长的增加,抛光垫表面孔隙逐渐被磨粒和玻璃碎屑填充,破坏抛光垫表面的疏松多孔结构,导致抛光垫表面硬化,失去弹性.同时,侵入抛光垫表面的磨粒会阻止抛光接触区域内的磨粒更新,导致抛光质量降低.