SEM原位压痕仪实验技术的创新与拓展

SEM原位压痕仪可以进行定量微纳米力学测试并同步获取SEM成像,两项技术耦合可以实现精确定位和整个测试过程中变形成像。在上述技术基础上进行技术创新与改进,拓宽了原位压痕仪技术应用范围,修改了部分代码并调整实验方法,实现了定性的划痕实验,并针对大变形软材料扩大了其位移量程,使原位压痕仪的使用功能更加广泛。该创新技术为科研工作和学生培养发挥了重要作用,提供了更完善的技术支持和保障,同时,该技术成果提高了SEM原位压痕仪设备的应用水平,对高水平实验室的技术建设起到了促进作用。     

密栅云纹干涉法高温实验技术研究与应用

运用云纹干涉法的波前干涉原理和非接触测量面内位移方法,通过变形栅衍射的不同波前相干涉所产生的条纹来获取变形信息,对试件的弹性模量和泊松比进行测量,并将此方法应用于高温环境下航空高温合金材料的弹性模量和泊松比的测量.     

新型高温高熵合金材料研究进展

 高熵合金是一类新型金属材料,对其研究目前已发展成为涉及材料、物理、化学、力学和计算科学等多学科交叉融合的前沿方向,尤其是近10年来出现的具有高强度、高硬度、高耐磨性、耐高温性、耐腐蚀性等性能特点的高温高熵合金,在推动高温防护领域的材料科学创新发展与工程化应用方面具有重要意义。综合阐述了高温高熵合金材料研究领域取得的一系列科技成果,包括高温高熵合金材料的定义、形成机理、材料体系设计和综合性能等;分析了高温高熵合金材料极端服役环境的复杂性、材料计算设计及其性能的相关性,总结提出高温高熵合金材料研究领域的十大科学问题,为高温高熵合金材料的未来发展提供参考。     

数字散斑相关法在压力容器变形测量上的应用

数字散斑相关法具有非接触、精度高、适用于工程现场等特点,成为实验力学中一种有效的光学测试手段。该文简要介绍了数字散斑相关法的基本原理、特点和应用范围,概述了在压力容器变形测量方面的应用现状,随着相关配套和辅助技术的发展,数字散斑干涉法在测量压力容器变形方面在宏观和微观方面展现了新的技术突破：改进光学系统与加载方式可测量大面积的变形场,与高分辨率设备结合可进行结构微小形变的检测,而全场高温变形测量技术的发展进一步拓展了其适用环境。     

原位漫反射红外光谱考察SAPO-34分子筛骨架

原位漫反射红外光谱是一新的原位表征技术 ,该方法用于表征磷酸硅铝分子筛SAPO_34的骨架 .结果表明 :SAPO_34在高温时骨架有一定程度的“变形” ,这种“变形”是可逆的 ,在温度降至室温时又恢复正常 ,并且SAPO_34有很高的湿热稳定性 .同时探讨了表征中的方法问题 .     

高硅铝合金高温微观力学行为研究

高硅铝合金以其优异的性能在电子封装领域具有广阔的应用前景,准确地测量其高温微观力学行为具有重要意义.本文基于数字图像相关(DIC)方法,对Al-27%Si、Al-42%Si、Al-60%Si3种不同硅含量高硅铝合金的拉伸试样开展了扫描电子显微镜(SEM)下的高温原位拉伸实验研究.分析了在20～300℃下测得的3种合金的应力-应变曲线、微尺度全场应变分布规律以及拉伸试样的断口形貌.结果表明,硅的含量和温度对高硅铝合金拉伸力学行为具有显著的影响.随着温度的升高,3种合金的应变量均逐渐增大,其中Al-27%Si的应变量变化最大.3种合金的抗拉强度随温度的升高均近似呈线性趋势降低,常温下Al-27%Si最高,200℃以上时Al-42%Si最高,Al-60%Si合金的抗拉强度最低.在Al-27%Si与Al-42%Si合金的应变场中的铝基体相内部出现了明显的应变集中现象,而Al-60%Si的应变分布较均匀.温度对3种合金的微尺度拉伸变形场分布规律影响不大.合金的拉伸断口形貌表明,随着硅含量的增加,高硅铝合金主要的拉伸断裂机制由铝相的韧性断裂逐渐转变为硅相的脆性断裂,而温度对其影响较小.3种高硅铝合金在不同温度下拉伸时均无明显的屈服现象,也未出现颈缩现象.     

原位漫反射红光谱考察SAPO—34分子筛骨架

原位漫反射红光谱是一新的原位表征技术，该方法用于表征磷酸硅铝分子筛SDAPO－34的骨架，结果表明：SAPO－34在高温时骨架有一定程度的“变形”，这种“变形”是可逆的，在温度降至室温时又恢复正常，并且SAPO－34有很高的湿热稳定性，同时探讨了表征中的方法问题。     

氨基化纳米二氧化钛的热稳定性分析

以基于赖氨酸原位修饰法制备的氨基化纳米二氧化钛进行不同煅烧温度下的热稳定性分析。用 SEM和FT-IR表征手段分析了在不同煅烧温度下氨基化纳米二氧化钛的形貌及结构,用 DTA-TG测量了它们的热失重曲线。结果表明：500℃以下的煅烧不会对材料的形貌结构产生太大的影响,氨基基团仍然存在;并且经过300℃的高温处理后,它的稳定性也有一定程度的提高。     

扫描电子显微学及其在纳米技术中的应用

扫描电子显微镜（SEM）不仅是纳米技术中最常用的表征工具，最近也被广泛应用于纳米材料的加工与操纵。本书介绍了SEM技术的基础理论、最新发展及应用领域，是纳米科学与技术领域的科研人员和研究生重要的参考读物。     

几种典型湿度传感器的原理和概要分析

湿度是一个重要的物理量,航空航天、计量等许多环境中需要在高温下进行湿度的测量.目前用于低温下测量的湿敏传感器主要有3类:电解质湿度传感器、半导体陶瓷湿度传感器和有机高分子聚合物湿度传感器.对湿度传感器的几种典型原理作了简要介绍,概要分析了湿度传感器用于高温测量的发展趋势.     

柠檬醛作用下黄曲霉细胞膜的多力学参数测定

在无扰、在位、实时的情况下,测量了黄曲霉细胞膜的力学参量:弯曲模量Kc、剪切模量μ及表征切向与弯曲模量之比ε.对不同柠檬醛浓度作用下黄曲霉细胞各力学参量进行了连续动态检测.结果表明,柠檬醛浓度的提高黄曲霉素细胞的变形能力逐渐减弱,提示出柠檬醛对黄曲霉素细胞膜的破坏作用.     

高温超导薄膜的原子尺度制备和表征

高温超导体因其丰富的物理性质和潜在的应用价值已成为30余年来凝聚态物理学备受关注的前沿方向之一.探索和发现新型高温超导体并以此建立非常规高温超导电性的物理机制是超导物理学家们长期追求的目标.本文从高温超导体的研究现状和瓶颈出发,介绍基于异质外延薄膜高温超导电性的原子尺度研究,阐述近年来分子束外延技术在高温超导薄膜制备和量子调控方面取得的研究进展.在外延薄膜超导特性表征方面,着重介绍基于原位扫描隧道显微镜对超导层的原子尺度研究.在新型高温超导体探索方面,主要介绍基于异质外延薄膜界面超导体系的构筑.本文侧重于展示实验设计思路、研究方法以及对高温超导电性微观机制的理解,力图以此启发相关领域的研究人员.     

扫描探针显微术及其在电化学中的应用

新型及复杂电化学界面的研究需求对应用和发展各种高空间分辨的原位表征方法提出了更高要求.电化学扫描探针显微术能在控制电极电位的条件下获得电解质溶液中电极表面高空间分辨率的结构信息,已发展为电化学界面研究的重要工具.厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室扫描探针技术研究团队多年来以探针技术为基础,在发展该技术的基础上,不断拓展研究方向,目前已将扫描探针技术发展成为兼具电化学界面表征和加工的重要技术.本文梳理了30多年来该团队在电化学扫描隧道显微镜研制及发展联用方法、金属电沉积初始阶段研究、单晶电极/离子液体界面双电层、仿生生物膜、离子液体中的欠电位沉积及反应动力学研究、针尖诱导表面纳米构筑及量子电导研究、锂电池界面研究等方面所开展的工作.     

高精度测量的特种SPM技术及仪器

测量过程中,测量的准确程度与测量仪器间的作用力是极其重要的,为此需准确测量微纳尺度材料的机械、电子、磁、光以及化学特性.同时,扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope,SPM)及其相关技术拥有确定探针针尖与样品间作用力的能力,因此,本文主要就微纳尺度的高精度SPM测量技术及仪器做一简单的介绍和回顾.首先介绍了原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)、扫描隧道显微镜(Scanning Tunnel Microscope,STM)及其相关技术原理,其次重点介绍了常温/低温STM、自旋极化(Spin Polarization,SP)-STM、AFM等仪器本身的关键技术及搭建难点,并介绍了运用上述仪器取得的典型成果;再次,介绍了国内外运用极端环境(超低温、超高真空)与常温、大气环境的AFM、STM在特殊区域微纳尺度测量、基于探针技术的微纳电子器件表征与控制,以及SPM操控技术的典型成果最新进展;最后,介绍了本研究小组运用超高真空AFM在磁性材料表征与测量方面的进展.总之,通过本文对SPM高精度测量及其应用的回顾与介绍,对SPM的关键组成部分、关键技术及最新发展有了更深的认识.SPM的先进性、用户的友好体验以及具有鲜明应用指向性的特点,有望在原子/分子科学、纳机电系统(Nanoelectro Mechanical System,NEMS)等领域有重要的应用.     

金属熔体扩散的研究进展

金属熔体的扩散既是熔体设计材料过程的重要参量,也是凝聚态物理领域研究物质输运性质的重要内容.然而由于实验测量上的困难,其相关研究进展不是很显著.在国内,熔体扩散的实验研究几乎是空白,理论研究也很少.本文结合最新的基于X-射线成像的原位测量技术及中子散射技术来系统介绍目前金属熔体扩散的测量手段,并归纳和总结了地面和空间环境下的扩散实验测量结果;同时对扩散机制的理论模型也作了简单的介绍;最后展望了熔体扩散研究的前景以及在我国开展熔体扩散研究的必要性.     

立体碳包覆钛掺杂LiFePO_4的制备及高低温性能研究

以高价的Ti 4+为掺杂离子、聚乙烯醇(PVA)为碳源,通过高温固相法制备了原位立体碳包覆的LiFe0.96Ti0.02PO4/C正极材料.采用XRD,SEM,TEM及EDS对材料的微观结构进行了表征,通过循环伏安、交流阻抗以及恒流充放电实验测试材料的电化学性能.结果表明,PVA的热解碳导电优良且最易于实现原位立体包覆LiFePO4,经过原位立体碳包覆和钛掺杂综合改性后,活性材料在不降低原有高温结构稳定性的前提下,具备了更优良的低温电化学性能和倍率性能:于0℃时0.1C和30℃时5C的放电比容量分别为128.7mAh/g和97.4mAh/g.     

压水堆材料与结构中的关键力学问题

积极发展核电是保持我国能源安全的重大战略.核材料在高温、辐照和化学腐蚀环境下的力学性能及其退化决定着关键核结构和核设备的性能及寿命,进而决定了整个反应堆及核电厂的经济性与安全性.由于尚未完全掌握核材料和核结构在复杂环境下的力学行为特性,目前仍难以定量地回答涉及反应堆设计、建造、运行、维护以及退役等阶段的诸多问题.为对其中的关键力学问题进行梳理,本文首先从原理上介绍了辐照效应,然后以主流的压水堆为研究对象,按承受辐照作用和化学作用从强到弱的顺序,依次介绍核燃料、反应堆堆内构件以及反应堆安全壳等关键核结构在设计和性能分析方面的研究现状以及面临的挑战.为便于应用和参考,对燃料材料的本构模型、结构材料的应力腐蚀模型、流固耦合问题的数值求解方法以及核电设备强度评估准则等典型结果进行了归纳和总结.最后对压水堆实施全生命周期管理亟需突破的难题进行了总结.在数值模拟方面需要突破的瓶颈是核材料力学行为的多尺度模拟方法,在实验研究方面需要突破的瓶颈是新型、高效的辐照实验技术.     

微波介质相对介电常数与损耗正切的高温测量系统

当飞行体等在大气中高速飞行时,用陶瓷或微晶玻璃等微波介质制成的雷达天线罩等部件的温度将急剧升高.研究介质材料在高温条件下的物理特性,特别是电气特性,无论对材料的研制者还是使用者,都是一项必不可少的基础研究工作.研制者根据测得的可靠数据,可以对材料的配方、工艺流程和技术条件等进行分析、比较和筛选,定出最佳实施方案,并将合格材料提供给使用者.使用者由于掌握了不同温度下介质的介电常数和损耗正切等数据,可以对部件进行正确的设计.本文介绍我们与上海玻璃钢研究所合作研制的一套高温测量系统,它可用来在高温条件下对固体微波介质的介电常数和损耗正切进行准确测量.     

高温条件下物体面内位移的非接触式检测

应用数字图像相关方法对高温条件下物体面内位移场进行快速、高精度测量.采用532 nm面阵激光作为照明光源配合532 nm窄带滤波与可调式衰减片组成的光学处理系统,很好地解决了高温情况下成像难题.介绍了人工散斑的制作方法,采用耐1000℃高温的高温墨作为散斑的制作原料,制作了可在1000℃高温情况下清晰的利于图像相关计算的散斑图.搭建了高温条件下物体面内位移的检测系统,分别做了常温下亮度不同的千分尺移动位移检测实验和喷灯对钢板持续局部加热到1000℃热变形场的测量实验.实验结果证明本系统具有抗干扰能力强、计算精度高以及便于实现的优点,可用于常温及高温条件下物体位移或变形场的测量.     

聚苯胺薄膜厚度的表征及原位生长

以石英基片为衬底,分别在常压0.1MPa和500MPa高压条件下采用原位聚合法制备聚苯胺(PANI)薄膜.通过对PANI薄膜的厚度进行原子力显微镜的直接测量和光谱的间接表征,建立了薄膜厚度df (nm) 与薄膜UV-Vis吸收光谱中400 nm处吸收强度A400间的关系: df = 548A400(0.1MPa)及df=341A400(500MPa).根据这一关系进一步测量了薄膜的生长曲线,并通过扫描电镜(SEM)形貌观测和电导率测试,研究了原位聚合PANI薄膜在不同合成压力下的生长及导电特性.