磁控溅射NiO/NiFe薄膜的磁性及XPS研究

用射频/直流磁控溅射制备了 Ta/NiO_x/Ni₈₁Fe₁₉/Ta磁性薄膜, 并利用X射线光电子能谱仪(XPS)和振动样品磁强计(VSM)研究了NiO_x不同化学状态对Ni₈₁Fe₁₉交换耦合场H_ex及该磁性薄膜的矫顽力H_c的影响以及Ni₈₁Fe₁₉界面反应. 结果表明：反应溅射中的Ar/O₂比对NiO_x中镍的化学状态有很大的影响, 当溅射气压为0.57 Pa, Ar/O₂为7:1时, 制备的NiO_x中的x@1, 镍为+2价, 相应的H_ex最大. Ar/O₂比偏离7:1时, NiO_x层中出现单质镍和+3价的镍, 相应的H_ex也下降, 单质镍的出现还会增大该磁性薄膜的矫顽力H_c. XPS的分析还表明, 在NiO/NiFe界面发生了反应:NiO+Fe=Ni+FeO和3NiO+2Fe=3 Ni+Fe₂O₃. 给出了界面上存在磁性杂质的证据, 这些磁性杂质会影响NiO/NiFe的H_ex和H_c.     

氢和氢致马氏体导致不锈钢氢脆的定量研究

对原子氢和氢致马氏体在奥氏体不锈钢氢脆中的作用进行了定量研究. 结果表明, 当氢浓度C ₀大于临界值(30×10^-6)后就会出现氢致马氏体(e +), 它随C₀升高而升高, 即M(e + ) = 62 - 82.5exp(-C₀/102), 氢致马氏体引起的塑性损失I_δ (M)随马氏体含量线性升高, 即I_δ (M) = 0.45 M = 27.9 - 37.1exp(-C₀/102). 动态充氢引起的塑性损失I_δ 减去充氢除气试样的塑性损失就是原子氢引起的塑性损失I_δ (H) , 它随C₀升高而升高, 但当C₀>100×10^-6后, I_δ (H)趋于稳定值, 即I_δ (H)max = 40%. 随应变速率 升高, I_δ (H)逐渐下降至零, 即I_δ (H) = - 21.9 - 9.9lg . 氢致滞后断裂只和原子氢有关, 其门槛应力强度因子为K_IH = 91.7 - 10.1lnC₀. 其断口形貌和KI以及C₀有关, 当KI高或C₀低为韧断, K_I低或C₀高则为脆断. 韧断和脆断的分界线方程为K_I -54+exp(-C₀/153)=0.     

NiFe/非磁金属隔离层/FeMn薄膜中的微结构及其对交换耦合的影响

采用磁控溅射方法制备了Ta/NiFe/非磁金属隔离层/FeMn多层膜, 研究了交换耦合场H_ex相对于非磁金属隔离层厚度的变化关系. 实验结果表明: 随非磁金属隔离层厚度的增加, 以Bi和Ag为隔离层的H_ex薄膜急剧下降, 以Cu为隔离层的薄膜的H_ex下降较缓慢. 对Cu而言, 它的晶体结构与NiFe层晶体结构相同且晶格常数相近, Cu层以及FeMn层都可以相继外延生长, FeMn层的(111)织构不会受到破坏, 因此, H_ex随Cu沉积厚度增加缓慢下降. 对Ag而言, 虽然它的晶体结构与NiFe层晶体结构相同, 但晶格常数相差较大, Ag层以及FeMn层都不可能外延生长, FeMn层的织构将会受到破坏, H_ex随Ag沉积厚度增加迅速下降. 对Bi而言, 不仅它的晶体结构与NiFe层的不同, 而且晶格常数相差也较大, 同样, Bi层以及FeMn层也不可能外延生长, FeMn层的织构也会受到破坏, 因此, H_ex也随Bi沉积厚度增加迅速下降. 但是, X射线光电子能谱研究表明: 极少量的表面活化原子Bi沉积在NiFe/FeMn界面时, 会上浮到FeMn层表面, 因而H_ex下降很少.     

Zr60Al15Ni25块体非晶合金在室温轧制过程中的相变

利用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)和高分辨电镜(HREM)对Zr₆₀Al₁₅Ni₂₅块体非晶合金在室温轧制过程中的微观结构变化进行了研究. 实验发现XRD衍射峰的半高宽FWHM和DSC曲线上的晶化放热焓ΔH的值在较小变形度ε(约为20%)的情况下小于铸态值; 当e 增大到一定值(大于30%)后, FWHM和ΔH的值又大于铸态值; 当ε进一步增大到约85%时, FWHM和ΔH的值又大幅减小. 实验结果表明, 在轧制过程中合金原子的组态发生了有序化和无序化之间的可逆转变. HREM图像进一步证实了这种可逆相变. Zr₆₀Al₁₅Ni₂₅块体非晶合金在轧制变形过程中出现的可逆相变是扩散控制的有序化和剪切应力诱导的无序化两个相反过程之间竞争选择的结果.     

材料杨氏模量的纳米压入识别

通过对非理想Berkovich 压头压入弹塑性固体的加、卸载曲线所进行的近似解析分析和数值分析表明, 在材料杨氏模量与压入参数间存在新的近似函数关系, 该关系把名义硬度和综合杨氏模量的比值与卸载功和压入总功的比值联系起来. 其中名义硬度H_n被定义为最大压入载荷P_m除以压头对应于最大压入深度h_m时的横截面积A(h_m), 即H_n = P_m/A(h_m). 结果材料杨氏模量的识别可以通过仅仅测定压头的最大压入载荷、最大压入深度以及压入功来实现, 而不必利用初始卸载斜率和投影接触面积. 因此将该方法称为“纯能量方法”. 经5种材料杨氏模量的纳米压入识别实验证明, “纯能量方法”较现有方法具有较高的识别精度.     

CdTe太阳电池组件的关键技术研究

采用化学水浴法沉积CdTe太阳电池的n型窗口层CdS多晶薄膜, 用近空间升华法制备吸收层CdTe薄膜. 为了获得优质的背接触, 对退火后的CdTe薄膜用湿化学法腐蚀一富Te层, 然后沉积背接触层. 结果表明：具有ZnTe/ZnTe: Cu 复合层的太阳电池性能优于其他背接触结构的电池. 最后, 采用激光刻蚀和机械刻蚀相结合, 制备了glass/SnO₂:F/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe:Cu/Ni太阳电池小组件, 其中一个CdTe太阳电池小组件的效率达到了7.03% (开路电压V_oc = 718.1 mV, 短路电流I_sc = 98.49 mA, 填充因子53.68%, 面积54 cm²) (由中国科学院太阳光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心测量).     

原位转化法制备TiO2/SiC纳米功能陶瓷膜的研究

以先驱体聚碳硅烷(PCS)和低分子添加物钛酸四正丁酯(Ti(OC₄H₉))为混合体系, 采用原位转化法在碳纤维表面上制备了表面层为纳米TiO₂的TiO₂/SiC纳米功能陶瓷膜. 研究了Ti(OC₄H₉)用量、熟化时间等因素对TiO₂表面层的致密性和粒子尺寸的影响. XRD分析表明: 纳米复合陶瓷膜的组成为红金石相TiO₂和SiC. X射线能谱仪测试的结果表明: 表面层的成分为低分子Ti(OC₄H₉)的成分, 即经过100 h的熟化, Ti(OC₄H₉)4从PCS基体中逐渐析出到其表面. SEM照片显示: 低分子Ti(OC₄H₉)用量为45%质量分数, 熟化时间100 h时形成了致密的平均粒径100 nm TiO₂表面层. 复合纳米陶瓷膜能有效地改善碳纤维的抗氧化性.     

MgH2-V体系解氢能力的第一原理计算

基于MgH₂-5%(原子数分数)V机械合金化检测到VH_0.81/MgH₂相界的实验结果, 构建了一个VH/MgH₂相界模型, 然后采用第一原理赝势平面波方法, 研究了V对MgH₂解氢能力的影响及其电子作用机制. 结果显示: 合金化后形成的VH/MgH₂相界比MgH₂相的结构稳定性差, 表明VH相的存在能改善MgH₂相的解氢能力. 电子态密度(DOS)和电子密度图的分析发现: V对MgH₂相解氢能力的增强主要源于V诱导VH/MgH₂相界Fermi能级E_F处电子密度N(E_F)的增加和E_F附近HOMO-LUMO能隙ΔE_H-L的消失, V对MgH₂解氢动力学的催化作用可归因于V-H间电子相互作用比Mg-H间强, α-Mg形核在MgH₂-V体系的VH/MgH₂相界中比在MgH₂相中容易.     

不确定离散系统的鲁棒l2-l∞及H∞滤波新方法

要 基于一个新的鲁棒稳定条件, 提出了依赖于参数的凸多面体不确定离散时间系统的鲁棒l₂-l_∞及H_∞性能新判据. 利用该判据, 采用线性矩阵不等式技术推导了此类系统的鲁棒滤波新方法. 该方法通过求解一个凸优化问题设计稳定的全阶滤波器, 使相对于所有能量有界的外界扰动信号, 滤波误差系统的l₂-l_∞或H_∞性能指标小于一定值. 与已有的基于二次稳定的滤波方法相比, 所提出的算法具有较低的保守性.     

全氢聚硅氮烷浸渍裂解法制备高性能3D SiO2/Si3N4复合材料

以低黏度、润湿性好、陶瓷产率高的全氢聚硅氮烷为陶瓷先驱体, 通过多次浸渍-固化-裂解工艺制备了高性能三维石英织物增强氮化硅复合材料. 随着裂解温度的提高(从T₁, T₂到TT₃), 复合材料密度逐渐增加, 而弯曲强度先增后减. 在裂解温度T₂时, 先驱体具有较好的陶瓷化程度, 所制备的复合材料弯曲强度高达144.9 MPa, 且介电性能优良. 这些高性能源于较小的石英纤维损伤, 良好的纤维/基体界面微结构和高纯度致密氮化硅基体.     

块体非晶合金中的化学短程序畴与玻璃形成能力预测

利用HREM和纳米束衍射技术证实了在Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti₅块体金属玻璃中存在1~3 nm大小亚稳F-Zr₂Ni型和稳定四方晶系的Zr₂Ni型结构的短程有序区. 在此基础上发展了化学短程有序畴(CSRO)结构的概念, 建立了计算CSRO摩尔分数和含CSRO熔体热力学状态函数的模型和方法. 计算了Ni-Zr, Cu-Zr, Al-Zr, Al-Ni, Zr-Ni-Al和Zr-Ni-Cu合金系中各CSRO摩尔分数, 并得到了这些合金的ΔG_CSRO, ΔH_CSRO和TΔS_CSRO等热力学参数, 根据最大ΔG_CSRO原则预测了上述合金系的最佳玻璃形成能力(GFA)的成分范围. 这些计算结果与已有的Ni-Zr和Cu-Zr系非晶晶化激活能和Zr-Ni-Al系ΔT_x的实验数据相吻合, 与Zr-Ni-Cu薄带的X射线衍射结果也符合得很好. 基于CSRO模型的动力学计算表明, 在最佳GFA成分范围内, Zr-Ni-Cu基合金的非晶形成临界冷却速度为~100 K/s量级, 符合目前制备块体非晶的实际冷却速度水平.     

铝硅合金变质处理效果炉前快速评价新方法及系统试验

介绍了一种基于表面张力测试技术的炉前快速评价铝硅合金变质处理效果的新方法, 以及为实现表面张力快速检测而研制的自动测试系统. 通过理论探索, 确定了液态铝合金当量表面张力σ_e与信息参数ΔP, 和φ_v之间的关系:σ_e=α&#8729;ΔP+b&#8729;N+c&#8729;(φ_xφ₀+d). 经实际测试试验, 建立了表面张力与铝硅合金变质处理效果之间的联系,σ_e≥530 mN/m, 400<σ_e<530mN/m和σ_e≤400mN/m, 分别相应于Al-Si合金变质处理效果的AFS 1~2, 3~4和5~6级.     

[CoPt/Ag]n纳米多层膜的结构和磁性能

用磁控溅射法分两种顺序制备了系列厚度的[CoPt/Ag]_n纳米多层膜, 600℃真空退火后, 进行了磁性测量和微结构分析. 研究表明, 退火后两种顺序制备的[CoPt/Ag]_n多层膜有着不同的微结构和磁性能, 且膜厚越小差别越显著. 先沉积Ag层的[Ag/CoPt]_n多层膜, 退火后更易于形成高有序化度的L10-CoPt相, 并具有较高的矫顽力. Ag作底层影响了CoPt无序立方向有序四方的转化是引起这种差别的可能原因. 剩磁曲线分析表明, Ag的掺杂有利于降低CoPt晶粒间的磁交换耦合作用.     

8-mol%钇稳定氧化锆放电等离子烧结体的电学特性研究

采用等离子烧结技术, 在1350℃10 min所烧结的8-mol%钇稳氧化锆样品(SPS)与常规1450℃4 h烧结样品(CS)相比, SPS样品致密度已达到99％. 通过X射线衍射(XRD)对两种样品分析其结构均为立方体(F_m3m), 根据XRD谱(111)峰算得SPS样品的晶粒大小D₁₁₁为154 nm, CS样品的D₁₁₁大于1 μm. 用ZVIEW软件对不同测试温度下所得交流阻抗测试结果进行了拟合处理, 研究结果表明: SPS样品的离子电导率不同于CS样品; 在400～800℃温度范围内, 放电等离子烧结样品的活化能为91 kJ·mol^&#8722;1, 与常规烧结样品的96 kJ·mol^&#8722;1相一致, 这说明SPS烧结体的导电机理与常规烧结体基本一致.     

磁场直拉硅单晶生长

研究了磁场直拉硅单晶生长. 采用钕铁硼(NdFeB)永磁磁体, 向硅熔体所在空间引入Cusp磁场. 当坩埚边缘磁感应强度达到0.15 T时, 熔硅中杂质输运受扩散控制. 熔硅自由表面观察到明显的Marangoni对流; 硅单晶纵向、径向电阻率均匀性得到改善; 控制Marangoni对流, 可灵活控制硅单晶中的氧浓度. 把磁场拉晶同硅单晶的等效微重力生长联系起来, 推导出了引入磁感应强度和对应等效微重力等级的关系式: g=v₀/v_eff·g₀, 并针对坩埚的两种特征尺寸, 进行了直拉硅单晶等效微重力等级的计算.     

植物光谱应用于白菜铜胁迫响应研究

在实验室土培条件下, 应用白菜(Brassica Campestris L)叶片红边位、可见区光谱、近红外区光谱三种特征光谱探析了白菜生长重金属Cu污染的胁迫响应. 随土壤中Cu含量增加, 白菜叶片对金属Cu富集程度逐渐增大, 白菜叶片的叶绿素含量降低; 随白菜叶片Cu含量增加, 白菜叶片可见光区光谱反射率(A₁)增加, 红边“蓝移”(向短波方向飘移)程度(S)逐渐增强, 而白菜叶片近红外区光谱反射率(A₂)降低; 并且A₁, A₂和S三参数都能够较好地模拟(复相关系数R²>0.95)和预测白菜叶片Cu含量.     

LaNiO3底电极上Bi4Zr0.5Ti2.5O12薄膜的制备及性能

利用Sol-gel法在p-Si(111)衬底上制备了LaNiO₃底电极, 再利用Sol-gel法在LaNiO₃底电极上制备出Bi₄Zr_0.5Ti_2.5O₁₂(BZT)铁电薄膜, 对其微观结构和电学性能进行了研究. 利用X射线衍射仪、原子力显微镜和扫描电镜观测其微观结构, 发现制备的BZT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 并且薄膜表面晶粒尺寸均匀, 结晶情况良好. 对Pt/BZT/LaNiO₃电容结构进行了铁电性能研究, 在测试电压为25 V时, 2Pr和2Vc分别达到28.2 μC/cm²和14.7 V; 经过1×10¹⁰次极化反转后, 剩余极化值下降了大约13%; 室温下, 在测试频率1 kHz时, 薄膜的介电常数为204, 介电损耗为0.029; 漏电流测试显示制备的BZT薄膜具有良好的绝缘性能; C-V曲线为顺时针方向回滞, 存储窗口大约为3.0 V, C-V特性测试显示这种Pt/BZT/LaNiO₃结构有望实现极化型存储.     

Sb2Te3纳米薄膜的ECALE法制备

研究了利用电化学原子层外延法(electrochemical atomic layer epitaxy, ECALE)在Pt电极上生长Sb₂Te₃化合物半导体薄膜热电材料的过程. 采用循环伏安扫描分别研究了Te和Sb在Pt衬底上以及在覆盖了一层元素之上的电沉积特性, 在此基础上使用自动沉积系统交替电化学沉积了400个Te和Sb原子层. 采用XRD, FESEM和FTIR等多种分析测试手段对沉积薄膜的结构、形貌、禁带 宽等进行了表征. XRD结果表明, 沉积物是Sb₂Te₃化合物, 与EDX定量分析和 电量计算结果吻合; FESEM对薄膜表面及断面形貌检测表明沉积颗粒排列紧 密、大小均匀, 平均粒径约为20 nm, 薄膜均匀平坦, 膜厚约190 nm; 由于沉积薄膜的纳米结构, FTIR吸收谱出现蓝移, 测得Sb₂Te₃薄膜禁带宽为0.42 eV.     

金属微滴快速凝固的过冷度研究

建立了金属微滴快速凝固过冷度的数学模型, 分析了金属微滴快速凝固过冷度的影响因素, 并定义参数ζ = σ,_SL³/(T_LΔH²)为微滴凝固过冷度变化的影响因子. 研究结果表明, 金属微滴快速凝固的过冷度大小随着凝固条件不同而变 化, 并主要是由于影响因子随条件不同发生改变所致, 影响因子越大, 可获得的相对过冷度也就越大. 快速凝固微滴的固液界面能、结晶潜热等参数会随微滴凝固条件的变化而发生改变.     

钴离子注入硅化钴的形成和微波功率管制备的特性

用大束流密度的钴金属离子注入硅能够直接合成性能良好的薄层硅化物. 束流密度为0.25~1.25 A/m², 注入量为5 × 10¹⁷ cm^-2. 用透射电子显微镜(TEM)和电子衍射(XRD)分析了注入层结构. 结果表明随束流密度的增加, 硅化钴相生长, 薄层硅化物的方块电阻R_S明显下降. 当束流密度为0.75 A/m²时, R_S明显地下降, 说明连续的硅化物已经形成. 当束流密度为1.25 A/m²时, 该值达到最小值3.1 W. XRD分析表明, 注入层中形成了3种硅化钴Co₂Si, CoSi和CoSi₂. 经过退火后, R_S进一步地下降, RS最小可降至2.3 W, 说明硅化钴薄层质量得到了进一步的改善. 大束流密度注入和退火后, 硅化钴相进一步生长, Co₂Si相消失. TEM对注入样品横截面观察表明, 连续硅化物层厚度为90~133 nm. 最优的钴注入量和束流密度分别为5 × 10¹⁷ cm^-2和0.50 mA/cm². 最佳退火温度和退火时间分别为900℃和10 s. 高温退火(1200℃)仍然具有很低的薄层电阻, 这充分说明硅化钴具有很好的热稳定性. 用离子注入Co所形成的硅化钴制备了微波功率器件Ohm接触电极, 当工作频率为590~610 MHz, 输出功率为18~20 W时, 同常规工艺相比, 发射极接触电阻下降到0.13~0.2倍, 结果器件的噪声明显地下降, 器件质量有了明显的提高.