钢中硫化物及其异相界面的价电子结构对热脆的影响

建立了稀土固溶在MnS中形成的(Mn, RES)相空间电子结构计算模型,计算了其相结构因子及与奥氏体的界面结合因子. 用最强键上的价电子对数nA和相界面的电子密度差? ρ 研究了稀土对MnS变性的物理机理.     

微小尺寸立方氮化硼线性电光系数的测量

对实验合成的微小尺寸立方氮化硼(cBN)进行横向电光调制, 根据样品的实际情况, 建立了相应的理论和实验方法. 在实验中观测到cBN晶体的线性电光效应, 并且测得了样品的半波电压, 由此进一步计算出立方氮化硼的线性电光系数, 其值为1.17×10^−14 m/V.     

不同合金元素对钛合金绝热剪切敏感性的影响机理

在相同的切削条件下对工业纯钛(TA2)和钛合金(TC4)进行切削试验,获得了不同形态的切屑.从价电子结构角度研究不同合金元素对绝热剪切敏感性的作用机理.研究结果表明,绝热剪切敏感性与界面电子密度和晶格电子密度有关,界面电子密度越大,结合强度越大,绝热剪切敏感性越高,晶格电子密度小,热导率低,绝热剪切敏感性亦高.TA2界面电子密度小,晶格电子密度大,绝热剪切敏感性低,切屑形态近似带状,TC4由于加入了合金元素Al和V,产生异相界面,界面电子密度增大,同时降低了晶格电子密度,使TC4有较高的绝热剪切敏感性,产生由绝热剪切带均匀间隔的锯齿形切屑.从价电子结构角度研究具体合金元素对绝热剪切敏感性的影响规律,可从一定程度上预测切屑形态,为设计、选择具有不同切削性能的材料,优化工艺参数提供参考依据.     

FAD非晶金刚石薄膜的场电子发射性能研究

利用真空磁过滤弧沉积(FAD)技术制备得到了无氢的非晶碳膜.由于非晶碳膜中数量极高的四面体键(sp~3键)的存在,这种非晶碳膜也可被称作非晶金刚石薄膜.报道了这种非晶金刚石膜的场电子发射特性,并对其能带结构和发射机理进行了研究.实验结果表明,在阈值电场为15V/μm的情况下,测得的场发射电流超过20μA,薄膜的电子发射行为符合Fowler-Nordheim场发射理论.非晶金刚石膜具有负电子亲合势和较小的有效功函数.如此低的阈值电场和高的发射电流,表明这种非晶金刚石薄膜的场电子发射性能已达到甚至超过目前文献上报道的最好结果,为非晶金刚石膜作为场发射材料在平板显示器等真空微电子器件中的实际应用提供了可能性     

界面过渡层对非晶金刚石薄膜电子场发射性能的影响

在Au/Si和Ti/Si和Si 3种不同的衬底材料上 ,通过真空磁过滤弧源沉积技术制备了无氢高sp3 键含量非晶金刚石薄膜 (amorphousdiamond ,AD) .使用阳极覆盖有低压荧光粉的二极管型结构 ,对其电子场发射性能和荧光显示进行了研究 .测试表明 ,衬底过渡层对非晶金刚石薄膜的场发射行为产生重大的影响 .通过二次离子质谱 (SIMS)测试分析了AD/Ti/Si和AD/Si中界面的成分分布 .由于Ti和C之间的互扩散和反应 ,存在一定的浓度梯度 ,形成了衬底和AD薄膜之间良好的接触 ,有效降低了界面的接触势垒高度 ,使电子容易从衬底进入到AD薄膜中去 ,从而显著改善了AD薄膜的电子场发射性能 .在电场强度E =1 9 7V/ μm时 ,获得的电子场发射电流密度为 0 35 2mA/cm2 ,大大高于同场强下AD/Au/Si和Au/Si的数值 .     

Si-Mn非调质钢终轧冲击功的理论计算

用合金相最强键上的电子数n_A、合金相界面的最小电子密度差Dρ及使界面电子密度保持连续的原子状态组数σ, 结合热连轧工艺, 计算了Si-Mn非调质钢终轧冲击功α_k. 计算表明, 固溶强化、析出强化、界面强化将引起终轧冲击功α_k的降低. 界面上使电子密度保持连续的原子状态组数σ 对α_k的影响则不同, 以α-Fe和α-Fe-C相界面α-Fe/α-Fe-C上的冲击值与电子密度的连续组数σ₀为参考值, 当某界面的σ＞σ₀时, 该界面产生冲击值的增加, 而σ＜σ₀时, 冲击值将降低. 于是可由终轧后细化了的α-Fe基体冲击值与固溶强化、析出强化、界面强化以及使界面电子密度保持连续的原子状态组数σ 引起冲击值变化计算出终轧冲击功α_k. 计算结果与生产实测值符合较好. 同时也讨论了S对冲击功值的影响.     

面心立方晶体孪生和滑移轴对称共生塑性变形分析

将Bishop-Hill最大功原理拓展于面心立方晶体{111}<112>孪生和{111}<110>滑移两种机制同时起作用的轴对称共生塑性变形过程之中. 系统研究了孪生对滑移不同临界剪切应力之比 对立方晶体标准投影三角形区各晶体取向的屈服应力状态以及相应活化滑移或/和孪生系的影响, 同时分析了取向空间里[100], [110]和[111]三个重要取向的Taylor因子及屈服强度各向异性的变化规律, 从微观晶体塑性理论本质上揭示了轴对称变形情况下拉伸和压缩屈服强度的不对称性; 引入了孪生能力取向因子概念, 建立了轴对称塑性变形取向空间塑性变形机构图. 在此基础上, 定性地解释了低层错能面心立方晶体在轴对称拉伸情况下形变织构的形成演变规律.     

Co/Cu多层膜沉积过程中结构和形貌的变化

从原子结合能和位错生成能入手,分别计算了在Co基底上沉积Cu薄膜和在Cu基底上沉积Co薄膜时,薄膜结构随沉积厚度增加所发生的变化.结果表明,在{100}纤维织构的Co基底上沉积Cu薄膜,当薄膜厚度达到3.33 nm时会在薄膜与基底界面产生错配位错,且随薄膜厚度增加,错配位错密度逐渐增大.在{100}纤维织构Cu基底上沉积Co薄膜,当薄膜厚度达到4.90 nm时,薄膜生长模式会由层状向岛状转变,薄膜为fcc结构.当厚度超过12.64 nm后会出现hcp结构.计算结果与实验得出的结论基本相符.     

立方相GaN/GaAs(001)外延层中六角相的分布特征

采用X射线多功能四圆衍射仪测绘出GaN/GaAs(001)外延层中六角相的{0002}和{100}极图，结果表明外延层中六角相与立方相之间的取向关系为：{0001}∥{111},〈100〉∥〈112〉. 构建了相应的结构模型，并对{0002}和{100}极图进行了模拟. 六角相以该取向关系存在于立方相GaN外延层中时,两相界面处具有相应于六角相和立方相的层错结构. 分析立方相GaN外延层中形成六角相所导致的晶格畸变和能量变化可知，造成六角相分布特征的主要因素是平行于〈0001〉方向的两相界面处原子成键紊乱. 六角相按照该取向关系，从低温缓冲层内部或缓冲层与外延层界面处萌生，并以片状贯穿至外延层表面的分布特征所引起的外延层能量增加值最小.     

高纯铝再结晶晶界面的择尤取向

相比于传统的晶体择尤取向（晶体织构,简称织构）,晶界面择尤取向是一个新的科学问题.系统地研究晶界面择尤取向的形成规律和演化机制对合理调控显微组织结构以显著改善材料的各种使用性能具有非常重要的科学意义和应用价值.本文利用基于体视学原理和电子背散射衍射技术的晶界特征分布五参数表征分析方法,研究了冷轧变形高纯铝（99.99%）再结晶晶界面的择尤取向问题.结果表明,在再结晶及晶粒长大过程中,晶界面择尤取向由最初的{2 2 3}晶面转变为{1 1 1}晶面,最后取向在{1 0 0}晶面上.分析指出,冷轧变形高纯铝再结晶组织中,小角度晶界（取向差介于2°~15°）是其晶界构成的主体部分;在晶粒长大过程中,晶体织构由{1 1 0}〈1 1 2〉黄铜织构为主转变为以{0 1 1}〈1 0 0〉高斯织构和{0 2 3}〈1 0 0〉织构共存为主,受晶面能和晶体织构的影响,小角度晶界一般择尤取向于可形成能量较低的倾侧型小角度晶界所对应的晶面上.这是导致高纯铝再结晶晶界面择尤取向随晶粒长大而发生上述规律性变化的主要原因.     

合金非调质钢终轧冲击功的理论计算

利用合金相最强键上的共价电子数n_A、相界面的最小电子密度差Δρ 及使界面电子密度保持连续的原子状态组数σ(σ′), 结合热连轧工艺, 在Si-Mn非调质钢终轧冲击功计算的基础上, 又探讨了含Cr, Ni, Mo, W, Cu, V, Nb和Ti非调质钢冲击功的计算. 结果表明, 合金非调质钢终轧冲击功强烈地依赖于强化机制. 固溶强化、界面强化、珠光体析出强化和弥散强化将引起终轧冲击功的降低. 细化强化、V, Nb和Ti在α-Fe-C-V(Nb, Ti)中的析出强化及含Ni奥氏体在α-Fe-C-Ni边界上的陈留将使冲击功增加, 其增加或减量可由n_A, Dr, σ(σ')及合金元素的权重进行计算. 将提出的终轧冲击功计算公式与已有的非调质钢终轧抗拉强度σ_b、屈服强度σ_s、伸长率δ 计算公式联立求解, 其值与生产现场实测值相符合.     

FAD非晶金刚石薄膜的场电子限射性能研究

利用真空磁过滤弧沉积技术制备得到了无氢的非晶碳膜。由于非晶碳膜中数量极高的四面体键的存在，这种非晶碳膜也可被称作非晶金刚石薄膜。报道了这种非晶金刚石膜的场电子发射特性，并对其能带结构和发射机理进行了研究。实验结果表明，在阈值电场为１５Ｖ／μｍ的情况下，测得的场发射电流超过了２０μＡ，薄膜的电子发射行为符合Ｆｏｗｌｅｒ－Ｎｏｒｄｈｅｉｍ场发射理论，非晶金刚石膜是有负电子亲合势和较小的有效功函数，如此     

配位多面体生长机理模型与晶体的生长习性

从阴、阳离子在界面上互相配位的角度介绍一种新的生长机理模型——配位多面体生长机理模型. 指出了生长基元进入晶格的驱动力为离子之间的静电引力,其相对大小由界面上的离子络合母相中一个离子后的静电键强近似测定.讨论了NaCl,ZnS,CaF₂和CsI晶体的生长习性,提出了一种新的生长习性规则. 即当晶体的生长速度由台阶产生速度决定时,晶体的生长习性与晶体结构中配位能力最小的离子在界面上的配位数有关,离子在界面上的配位数越小,该晶面的生长速度越快. 当晶体生长依靠台阶移动速度时,晶体的生长习性与晶体结构中配位能力最小的离子在界面上的密度有关,在界面上离子的密度越小,该晶面的生长速度越快.     

金属/非金属间界面热导的飞秒激光瞬态热反射法测量

搭建了飞秒激光泵浦-探测瞬态热反射测量系统,利用该系统测量Al/SiO2,Al/Si,Au/SiO2,Au/Si四种样品的界面热导.测量结果表明,对于同一种金属薄膜,基底热导率越低,金属与基底间的界面热导越小.通过引入DMM模型中的声子透过率,初步解释了实验结果.     

氢固溶对钛合金超塑性影响的价电子结构分析

钛合金的热氢处理(thermo-hydrogen treatment,THP)可以增加塑性相的体积分数,促进位错运动和降低流动应力,从而改善超塑性性能,有效降低钛合金的热加工难度,目前对钛合金热氢处理作用机理的解释多在晶粒和组织层面,少量电子结构层面的分析也不够明确,无法从本质上解释氢的固溶对α-Ti和β-Ti的致塑机理.本文运用固体与分子经验电子理论(empirical electron theory,EET)研究了氢在α-Ti,β-T_i的不同位置固溶时Ti的价电子结构变化,通过键距差方法(bond length diffrence method,BLD)计算得出了Ti原子间共价键电子对数、键能大小及滑移面间晶格电子密度,指出氢固溶后,滑移系上Ti-Ti键间共价电子对数、键能的明显下降及滑移面间晶格电子密度的增加是钛合金氢致超塑性的重要原因.     

表面凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征研究

表面凹坑阵列结构具有良好的陷光特性,能有效地降低电池表面的光能反射和延长光在电池吸收层中的光程,因此在光伏领域,特别是在硅薄膜太阳能电池中具有良好的应用前景.本文采用理论分析与实验验证相结合的方法,对凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征进行研究,并讨论了凹坑阵列结构的衍射效应对硅薄膜太阳能电池吸收特性的影响.研究结果发现,凹坑阵列陷光结构的深宽比越大,其衍射效率越好,越有利于光的均匀散射,越有利于电池对入射光的吸收和电池效率的提升.另外,凹坑阵列结构的衍射特性还与入射波的波长有关,入射波长越长,其衍射效果越好.本研究对于高效表面陷光阵列的设计以及高效衍射效率光栅的制备具有重要的参考价值.     

GaAs衬底生长的立方GaN晶片键合技术

利用晶片键合技术通过多层金属膜成功地把立方相GaN LED结构键合到新衬底Si上, 并且利用湿法腐蚀技术去掉了原GaAs衬底. SEM和PL观察表明, 利用键合技术可以完整地把立方相GaN外延薄膜转移到新的衬底上而不改变外延层的物理和光学性质. XRD(S射线衍射)结果分析显示, 键合后的样品中出现了新的合金和化合物: AuGa₂, Ni₄N, 意味着用来作为黏附层和形成Ohm接触的Ni/Au膜与p-GaN形成了紧密的结合, 保证了金属膜与GaN层的牢固度和界面的小接触电阻, 成功地完成了键合, 为下一步以GaAs吸收衬底生长的GaN基器件的研制打下了基础.     

异种纯金属固-固界面化合反应初生相孕育期的动力学极限

以最小熵产生原理、昂色格倒易关系等线性不可逆过程热力学理论为基础建立模型，讨论了在扩散焊等温、等压条件下，一对可产生界面化合反应的固相纯金属，其连接界面演变初期，异种元素互扩散与界面化合反应两线性不可逆过程的相互关系；揭示了界面反应初生相孕育期在动力学上的必然性，得到了初生相孕育期的动力学极限以及初生相的动力学临界形核尺寸，并以Al-Mo界面反应为载体，对相关理论计算值与相应实验结果进行比较，证明了其理论分析的可靠性．     

激光层裂法定量测定薄膜界面结合强度

提出定量测定薄膜界面结合强度的激光层裂技术. 分析了激光诱发薄膜层裂的物理过程，在基于薄膜内部应力波多重反射、透射基础上，建立薄膜层裂数学模型，推导出薄膜层裂条件下的界面结合强度和相应层裂应变率的计算公式. 对Cr不锈钢/TiN, Al/EPOXY, 纯Fe/EPOXY三个体系的界面结合强度进行了测定.提出直观判别薄膜层裂的波形分析法，直接确定层裂时刻、层裂深度、层裂强度.实现了单次激光冲击，一次确定薄膜界面拉伸强度.     

二维典型纳米结构的非局域化光学特性研究

由于量子效应的存在,纳米尺度结构所具有的特性很难完全基于经典力学来解释,其光学特性也难以采用经典方法得到.随着时域有限差分(FDTD)方法的发展,其在光学领域中的应用变得越来越广泛.论文基于FDTD方法研究了典型二维纳米结构的非局域光学特性,得到了不同纳米尺度结构的局域和非局域性光学特性存在的条件,分析了结构形状对其消光截面特性的影响.计算与分析结果表明随着纳米结构尺寸的减小及形状的突变,结构的非局域性越明显.我们的理论及结果可为实际小尺度纳米器件的设计提供参考依据.