ZnO薄膜的L-MBE动力学机制

利用自制高纯ZnO陶瓷靶材进行了ZnO薄膜的激光分子束外延(L-MBE)生长, 发现ZnO薄膜的L-MBE生长的沉积速率远低于脉冲激光沉积(PLD)的沉积速率, 并且基于ZnO薄膜生长过程中ZnO靶材与纳秒脉冲激光的刻蚀实验现象, 利用脉冲激光烧蚀ZnO陶瓷靶材的热控制理论对ZnO靶材的低刻蚀速率和ZnO薄膜的低生长速率进行了分析讨论, 对实验结果进行了合理的解释. 分析了等离子体羽辉的形成过程及其动力学特征, 揭示了ZnO薄膜L-MBE生长所具有的独特动力学特性, 即高能等离子体冲击过程中的超饱和超快生长和脉冲间隙的热平衡弛豫的交替过程. 高能沉积粒子和低生长速率对于高结晶质量ZnO薄膜的外延制备是十分有利的.     

制冷混合工质饱和液体焓的推算

定义了新的用于推算制冷混合工质饱和液体焓的对比温度和对比焓参数, 发现了制冷混合工质饱和液体的对比焓和它的纯组分饱和液体的对比焓与对比温度的无量纲关系有同一化规律, 给出了它们的无量纲对比态方程和利用纯工质饱和液体焓计算混合工质饱和液体焓的方程, 确定了利用纯组分的临界点和标准沸点的温度确定制冷混合工质对比焓方程中的两个基本特征量: 特征温差与特征焓差的方法; 通过5种二元和三元混合工质验证计算, 方程推算值的平均绝对偏差在1.0%以内.     

PAH复合石墨氧化物分子沉积薄膜的制备及纳米摩擦学行为研究

用分子沉积技术制备了聚丙烯胺(PAH)/石墨氧化物(GO)多层分子沉积薄膜, 为了增大薄膜自身的结合强度, 采用加热的方式使其成膜动力发生转变. 用紫外光谱及原子力显微镜(AFM)考察了薄膜的微观结构及其纳米摩擦学性能. 结果表明, 薄膜能够有效降低玻璃表面的摩擦, 加热后薄膜成膜动力由静电结合转变为价键结合的形式, 同时摩擦力的变化取决于薄膜表面硬度和形貌.     

355nm脉冲激光清洗溶胶-凝胶膜面颗粒污染

在强激光系统中,光学元件表面的颗粒污染极大地限制了元件的使用寿命.本文在355 nm纳秒脉冲激光入射下,采用激光等离子体冲击波光栅式扫描技术,清洗了溶胶-凝胶Si O2薄膜表面的石英颗粒污染.当瞄准距d取为0.5~1.5 mm时,膜面的清洗效率η达到90%以上.当d0.5 mm时,膜面易产生等离子体灼伤.当d接近3 mm时,清洗效果基本丧失.采用紫外-可见分光光度计、静滴接触角测量仪与原子力显微镜对样品进行测试.结果表明,冲击波清洗之后,元件透射峰能恢复到污染前的状态.由于冲击波对颗粒的碎裂作用,清洗后膜面均方根粗糙度由1.755 nm增大为2.681 nm,膜面与水的接触角由48°减为6°,其抗污染能力明显变差.     

局部热载荷诱导热障涂层界面分层断裂问题

以激光辐照对热障涂层面层进行局部加热, 模拟超燃冲压发动机燃烧室热障涂层服役的高热流、高温度梯度载荷环境, 研究热障涂层的可能破坏模式. 首先给出了YAG 激光局部加热试验方法、过程和界面破坏的典型形貌; 然后, 基于理论分析与有限元模型化研究, 计算了表面局部受热时热障涂层体系的温度场、变形场和应力场, 分析了热障涂层破坏的力学机制. 研究结果表明, 在这种局部迅速加热的载荷条件下, 热障涂层将由于陶瓷层-粘接层的界面分层断裂而失效. 参数化模型研究发现热障涂层体系的关键结构参量、性能匹配对界面分层断裂驱动力具有显著影响且存在优化区间.     

高强度聚焦超声辐照离体牛肝组织后回声与空化、沸腾的关系

目的 高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)辐照离体组织过程中焦域处空化、沸腾与回声强度的关系.方法 采用不同的声功率(50 W、100W、150 W、200 W、250W)辐照新鲜离体牛肝组织5s,辐照深度30 mm.在辐照过程中,使用热电偶组成的测温系统对焦域处的温升进行实时采集.5 MHz接收换能器和Labview软件组成的被动空化检测(passive cavitation detection,PCD)系统对焦域处空化信号进行采集,在Labview平台上对空化信号进行定性和定量分析,观察空化信号随时间的变化规律,并计算累积空化剂量.对比HIFU辐照前后的B超图像,计算焦域处的灰度差值.结果 声功率为50 W和100 W的HIFU辐照时,空化和沸腾均未发生,B超图像上未出现回声变化;声功率150W的HIFU辐照时,空化发生(1/2分谐波和宽带噪声)但无沸腾,累积空化剂量和靶区灰度差值增大,辐照后即刻出现弱回声;声功率200 W的HIFU辐照时,空化和沸腾均发生,累积空化剂量和靶区灰度差值继续增大,辐照后即刻观察到强回声出现;声功率250W的HIFU辐照时,空化和沸腾均发生,累积空化剂量和靶区灰度差值略有增大,观察到“明亮”的强回声出现.除声功率为50 W的HIFU辐照后未见凝固性坏死产生,其余各声功率组均产生了凝固性坏死.结论 空化在HIFU辐照后即刻回声的出现中有贡献,但强回声的出现来自于沸腾.     

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.     

中高温热泵工质的研究方法及性能分析

中高温混合工质直接充灌常温压缩机是我国发展中高温热泵的主要技术途径．依据上述技术路线,考虑多方面因素作者提出了中高温热泵工质的筛选原则,并建立了一整套包含理论计算和实验检验的研究方法．对筛选得到的4个中高温热泵工质HTR01～HTR04的性能进行了比对分析,结果表明：中高温热泵工质系列可直接充灌常温压缩机;所提供热水的温度可覆盖60～90℃,且系统制热性能高;HTR03与HTR04的臭氧层破坏潜能为0,环保性能突出．     

层状钙钛矿结构铁电薄膜高场耗散效应

以层状钙钛矿结构铁电薄膜Pt/SrBi2 Ta2 O9/Pt(Pt/SBT/Pt)三明治结构薄膜电容系统为例 ,研究了铁电薄膜高场耗散效应 .详细讨论了铁电薄膜高场漏电特性、击穿特性和瞬变电流特性以及铁电薄膜高场耗散效应产生的机理 .发现SBT薄膜漏电机制是从体限制过渡到电极限制为主 ,击穿电场与电极有效面积的对数成负线性关系 ,瞬变电流与极化反转无关 .理论分析与实验结果一致 .     

颗粒污染诱导薄膜元件产生激光损伤

采用Nd:YAG单纵模调Q激光器,研究了溶胶-凝胶SiO_2薄膜表面颗粒污染对激光辐照损伤的影响.实验表明当膜面存在颗粒时,激光破坏阈值明显降低.尤其是前表面颗粒,最容易诱导损伤,损伤斑中央处基底的烧蚀很严重,且伴有环状变化.从损伤形貌来看,污染后的薄膜更容易出现场致损伤和基底破坏.为了深入研究这一现象,采用了电磁波时域有限差分(FDTD)法对减反射薄膜表面的颗粒污染进行了模拟研究.结果表明,前表面颗粒的调制强度要大得多.颗粒污染诱导的调制最强区位于基底一侧一个波长内,容易诱发损伤.在元件体内,光强呈衰减趋势,在3倍波长深度后逐渐趋于稳定.颗粒物诱导激光损伤问题的量化,可为亚表面缺陷的检测和控制提供依据.     

低功率HIFU辐照离体牛肝后强回声出现的原因

目的 研究低功率高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)辐照离体牛肝组织后即刻B超声像图中强回声出现的原因.方法 磁共振(Magnetic Resonance Imaging,MRI)引导的HIFU在50W声功率下分别辐照脱气后的离体牛肝组织10s,20 s,30 s…90 s(实际辐照时间),采用辐照10 s停1 s的方式.在辐照过程中,使用MRI的GRE_TMap序列采集HIFU焦域处的温度,并使用被动空化检测( Passive Cavitation Detection,PCD)系统采集来自焦域的声信号,在LabVIEW开发平台上编程对该信号进行快速傅里叶变换得到其频谱,以判断是否出现空化特征信号.辐照结束后,特离体牛肝组织切成1～2 mm厚的薄片,找到凝固性坏死的最大面,置于加热至37℃的TTC(2,3,5 -氯化三苯基四氮唑)染色剂中染色2min后取出照相.结果 HIFU以辐照10s停1s的方式辐照离体牛肝组织9次后B超声像图中出现强回声,焦域处的温度升高至89.46±2.48℃,PCD系统所采信号的频 谱中未见空化特征信号.切开并染色后的离体牛肝组织在第2次10s的辐照后就有凝固性坏死出现.结论 未达空化阈值的低功率HIFU照离体牛肝组织后即刻B超声像图中强回声出现的原因是焦域处产生的沸腾泡.     

ArF准分子激光晶化非晶硅薄膜微结构研究

利用ArF准分子激光对非晶硅薄膜的表层进行晶化后,采用拉曼光谱(Raman)、透射电镜(TEM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等实验方法研究不同激光能量密度下晶化层硅薄膜微结构变化。实验结果表明:随激光能量密度的增大,薄膜结晶度增大,晶化层厚度加厚;晶粒尺寸则是先增大,直到激光能量密度增大到210 mJ/cm~2后,晶粒尺寸开始减小并且均匀性逐渐变差。最佳的激光能量密度范围为120～180 mJ/cm~2,这时薄膜表面晶化层晶粒比较均匀致密,薄膜质量较好。     

热汽泡驱动无阀微泵操作特性的数值模拟

本文使用CFD软件FLUENT,研究了一种新型电加热方法产生热力汽泡驱动的无阀微泵．得出了不同加热壁面过热度下泵流量和泵压与驱动频率的关系．无阀微泵200μm深,驱动腔为直径1mm的圆腔,一对最窄为30μm最宽为271μm、张角7°的微扩管被分别连接到驱动腔,工质为甲醇,采用层流模型．研究表明不同加热壁面过热度有不同的最大流量驱动频率,在过热度为△T=15℃时,最大体积流量为9．02μL／min,最大的泵压为680Pa．随着壁面过热度增加,包含汽泡生长和冷凝周期的时间会变长,导致泵送的流量受到显著影响;不同的壁面过热度有不同的最佳驱动频率,过热度增加,最大的泵送流量和压力会增加而且有相似的变化趋势,最佳驱动频率会降低;供液期较泵送期长．     

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.     

超塑性自由胀形精确加载实验测量装置

超塑性合金的结构敏感性很强,板材超塑性充模胀形的变形规律,不仅与应力状态有关,而且与加载路径有密切关系．超塑性自由胀形边界固定不受摩擦影响,因此,研究超塑性自由胀形的变形规律及其实验装置,是超塑性充模胀形成形的重要基础．采用纯净高压氩气源并用炉外加热系统加热后作为高温高压胀形加载介质,提高了热效率和试件加热的均匀性;采用光电转换非接触测量装置,避免了接触式顶杆对自由胀形件极点处附加应力和温度不均匀的影响;以筒形压边绝热炉内试件的温度和压力为依据,反馈调控温度和压力,提高了试件温度和压力的测控精度;在加载气路中通过准确测控步进电机转角实现调压,并控制电磁阀加载,显著增加了调控气压的响应特性．同时介绍了恒压加载、压力跃变加载以及附加背压的对向差压加载等几种自由胀形典型加载路径的实现步骤和方法,提供了测量超塑性自由胀形应变速率敏感性指数m值和探索提高超塑性自由胀形变形速度的新途径．     

单晶硅基底上制备定向生长碳纳米管阵列的研究

采用热化学气相沉积技术在单晶硅基底上制备出了定向性好、与基底结合牢固的碳纳米管阵列, 研究了制备工艺对定向生长碳纳米管阵列薄膜的影响. 研究发现: 生长温度在750℃, 催化剂厚度在10 nm左右易于形成定向生长的碳纳米管薄膜. 在混合气中乙炔的浓度为27%(体积百分比)时, 可以获得管型准直、管壁较厚、与基体结合牢固的碳纳米管阵列. 另外, 对于碳纳米管的定向生长机制及提高其与基体之间的结合力的方法进行了初步探讨.     

硅基微型振荡热管的流动可视化实验研究

利用MEMS技术,首次在硅基芯片上加工制作了梯形截面的微型振荡热管.借助摄像机,对以FC-72为工质的两个通道水力直径分别为352μm（#1）和394μm（#2）的微型振荡热管的启动和稳定情况下的运动特征和流型等进行了可视化观察.结果发现微型振荡热管的启动相当迅速,在启动过程中没有观察到明显的核化现象,蒸发段内的汽塞主要通过液塞断裂而产生;进入稳定阶段后,微型振荡热管对倾斜角度的适应性较强,在10°～90°的范围都可实现持续稳定的大幅振荡,但只在#2热管内明显地观察到工质的单向循环运动.实验中观察到泡状流、塞状流、环状流、半环状流和波环状流等,而核态沸腾只发生在#2热管的蒸发段,在其冷凝段还观察到了喷射流.     

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).     

HDPE／MWCNT复合材料薄膜热导率的激光脉冲法研究

采用激光脉冲法测量了高密度聚乙烯,多壁纳米碳管（HDPE／MWCNT）复合材料薄膜的热导率．研究发现热导率随MWCNT含量增加而升高,并且在MWCNT含量小于3．35vt％（体积百分比）时热导率随MWCNT含量增加变化的速度明显高于MWCNT含量高于3．35vt％的区域．当温度低于HDPE熔点时,热导率随温度变化很小,而当温度超过HDPE熔点时,热导率明显增大．提出HDPE／MWCNT复合材料的热导率与MWCNT导热网络的形成密切相关;并建立了热导率渗流模型,计算结果与实验结果基本相符．     

啁啾飞秒激光脉冲在ZK7玻璃中成丝传输的物理特性

采用具有不同初始负啁啾量的飞秒激光脉冲, 研究了其在ZK7玻璃中非线性成丝传输的物理特性. 实验表明激光成丝的阈值功率随着脉冲初始啁啾量的增大而升高, 但啁啾导致的光学细丝长度将逐渐变长. 通过光丝超连续谱的测量与分析, 发现了啁啾激光成丝过程中等离子体的非线性作用随着初始啁啾量的增大而减弱, 并在较长空间距离内形成了非电离特性占主导的光学成丝的新现象. 另外, 实验观察到了啁啾脉冲激光成丝过程中的多光丝干涉图像, 理论分析和讨论了非电离光学成丝的物理机制. 这些研究结果表明初始啁啾量对于超短激光脉冲成丝过程将起到至关重要的作用.