缺氧钛酸锶薄膜热导率的分子动力学研究

采用非平衡分子动力学(NEMD)方法对钛酸锶薄膜在不同条件下的室温热导率进行研究，结果表明：当薄膜厚度由4.69 nm增加至10.93 nm时，钛酸锶薄膜的热导率也随之增加，数值由1.616 Wm^-1K^-1增加到1.768 Wm^-1K^-1,表现出显著的尺寸效应；厚度为6.248 nm,氧空位浓度由0.039%增加至0.195%的钛酸锶薄膜，其热导率随着氧空位浓度的增加由1.522 Wm^-1K^-1降低至1.181 Wm^-1K^-1.可以看出，钛酸锶材料的低维化以及氧缺陷能使钛酸锶薄膜的热导率降低.分析讨论了厚度和氧空位浓度对钛酸锶薄膜导热系数的影响，并与已有实验研究结果进行对比证实了本文研究的合理性与可靠性，本研究对提高热电材料钛酸锶的性能具有重要参考意义.     

用分子动力学方法预测硅纳米薄膜的热导率

采用非平衡分子动力学方法,基于优化的集成势函数COMPASS力场,预测了室温下(300K)硅纳米薄膜的热导率.模拟结果表明:厚度约4~10nm的硅薄膜的热导率在3.06~7.28 W/(m·K)范围,并且随着膜厚的增加而增大,表现出明显的尺度效应.在所计算的薄膜厚度范围内,硅纳米薄膜的热导率与薄膜厚度呈现近似线性变化的关系.应用气动理论对产生的尺度效应进行了初步的理论分析,当薄膜厚度在几纳米到十几纳米时,有效声子平均自由程与膜厚有关,不再等于体材料的平均自由程.同时也将本文的预测结果与其他研究者采用Stillinger-Weber势所进行的模拟结果进行了比较.为分子动力学方法在低维材料热物性方面的研究提供了有益的参考.     

纳米氩颗粒导热性能的非平衡分子动力学模拟

为了研究尺寸变化对纳米颗粒导热的影响,采用非平衡分子动力学模拟方法研究了固定原子壁面边界条件下,平均温度在45 K、边长为3.186～12.744 nm的立方形和半径为4.248～10.62 nm的球形2种纳米Ar颗粒的热导率,并与其他研究者的结果及薄膜的模拟值进行了对比.模拟结果表明,在固壁边界条件下, 2种颗粒的热导率均随着尺寸的增加而趋向块体值,但均小于相同厚度、相同边界条件的Ar薄膜的热导率;球形颗粒的热导率小于边长与其半径相等的立方形颗粒的热导率.     

InSb薄膜热导率温度特性及传热机理

InSb薄膜广泛应用于高精度的光电存储、红外探测和红外热成像技术以及超分辨掩膜层技术中.热导率及其温度特性是影响薄膜实际应用的关键因素.采用瞬态热反射方法测试了厚度为70~200nm的InSb薄膜在非晶态和晶态下热导率,并探讨了其中的传热机理.对于晶态InSb薄膜,热导率为(0.55±0.055)W/(m·K),并且随温度的变化不明显;而非晶态InSb薄膜在温度450K以下时热导率为(0.37±0.037)W/(m·K).当温度在450K以上时,由于薄膜从非晶态转化为晶态,其热导率经历了一个突然的升高过程.无论是晶态还是非晶态薄膜样品,热导率与薄膜厚度都没有明显依赖关系.研究结果可以为InSb薄膜的实际应用提供有益的参考.     

石墨薄膜热导率的研究

通过对90K~350K温度下石墨薄膜热导率的数据进行拟合分析,从理论上预测了石墨薄膜热导率随温度的变化趋势.结果表明,当薄膜厚度可与声子平均自由程比拟时,石墨薄膜热导率的尺寸效应比较明显.该尺寸效应归因于薄膜的边界对载热声子散射作用的增强.     

纳米多孔结构单晶硅热电薄膜声子热导率数值研究

为降低多孔热电薄膜的热导率来提升其热电转换效率,基于离散坐标法和松弛时间近似模型求解声子Boltzmann输运方程,对单晶硅纳米多孔热电薄膜声子热导率进行了数值研究,获得了多孔硅薄膜厚度、孔隙率、边界镜面率和声子散射边界面积对其热导率的影响规律,讨论了孔隙率、多孔薄膜厚度对薄膜各向异性导热特性的影响。结果表明:随着孔隙率的增加及薄膜厚度的减小,热导率逐渐降低;当孔隙率增加到64%,且硅薄膜厚度减小到块材料硅声子平均自由程的1/10时,与块材料热导率相比,薄膜热导率至少下降两个数量级。通过分析多孔薄膜中的热流分布特性,提出了优化设计薄膜多孔结构的方法,为设计低热导率高效热电薄膜提供了理论依据。     

二氧化钛纳米晶的缺陷性质和光电性能

为研究二氧化钛纳米晶的缺陷性质对其光电性能的影响,采用溶胶-凝胶法制备了二氧化钛纳米晶,利用X线衍射和正电子湮没寿命谱对样品的晶相、平均粒径和缺陷性质等进行表征,并以所得二氧化钛纳米晶为基础制备二氧化钛纳米晶薄膜,进一步分析其光电性能.结果表明:在450℃的热处理温度下,可以合成锐钛矿相占主要成分的二氧化钛纳米晶.随着热处理时间从30 min延长至90 min,二氧化钛纳米晶的平均粒径从12.8 nm增大到47.9 nm.随着平均粒径的增大,二氧化钛纳米晶表面缺陷的尺寸变小且浓度降低,同时晶界间的自由体积发生复合.在表面缺陷和平均粒径的双重影响下,二氧化钛纳米晶薄膜的瞬态光电流密度随平均粒径的增大表现出先增大后减小的变化趋势,其中,基于26.5 nm粒径二氧化钛纳米晶制备所得薄膜的瞬态光电流密度最大,其值为0.072 m A/cm2.     

激光脉冲法研究多孔SiO2薄膜的纵向热导率

采用激光脉冲法成功地测量了Si基底上多孔SiO2 薄膜的纵向热导率 .致密SiO2 薄膜的热导率测试数据与已有多篇文献报导值一致 .对多孔SiO2 薄膜的热导率测试结果表明 :薄膜化有利于降低材料的热导率 ,提高隔热效果 ;随着孔率增大 ,薄膜热导率明显下降 ;溶胶 凝胶法制备的孔率为 4 0 %的SiO2 多孔薄膜的热导率为 0 11W /m·K ,属隔热材料 .     

二氧化硅薄膜比热容分子动力学模拟

针对纳米量级薄膜比热容测定的困难,根据实验值建立了SiO2(100)薄膜物理模型.选取可靠的势能函数描述了分子间的相互作用,采用分子动力学模拟了它的比热容变化规律,在100～600K下给出了厚度在1～5nm的薄膜比热容对温度和厚度的依赖关系.计算结果表明,SiO2薄膜在300K下比热容明显低于相同条件下常规体材料的比热容,且随薄膜厚度的增加而增大;随温度升高,比热容变大,这同体材料是一致的.模拟结果揭示了SiO2薄膜比热容的微尺度效应,与理论分析基本吻合,可为半导体微器件的设计提供资料.     

压电薄膜微机电加速度传感器的力学分析

基于压电薄膜的压电效应,研究压电薄膜微机电加速度传感器.对双层压电薄膜微机电加速度传感器进行静力分析,得到传感器方程,并进行数值计算.结果表明,随着压电薄膜厚度的增大,灵敏度随之增大,在一定厚度下达到最大值,随着厚度的进一步增大,灵敏度反而减小.然后进行动力分析,得到噪音、质量因子、最小可测信号等技术参数,并进行了数值计算.运用ANSYS软件进行谐响应分析,得到不同频率下结构的动力响应曲线.     

亚微米级多孔绝热膜的纵向热导率的测试

提出了采用调制热源，热沉边界条件下的超低频薄膜纵向热导率测试方法，结构金属薄膜的弱温度探测，使薄膜厚度方向的热导率测试进入到了亚微米量级。室温下热导率采用了线性拟合外推法求得。实测的多孔ＳｉＯ２薄膜热导率比致密的块休材料低了３个量级，为０．００１Ｗ／ｍ．Ｋ。     

掺杂硅纳米薄膜法向热导率的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法计算了平均温度为300 K时膜厚2.2~104.4 nm的硅纳米薄膜以及掺锗的硅纳米薄膜的法向热导率.采用随机掺杂方式在硅纳米薄膜中掺入锗原子,掺杂浓度分别为5%和50%.模拟结果表明,相同膜厚的掺锗硅薄膜的法向热导率比纯硅薄膜的法向热导率小很多,掺杂前后的硅薄膜法向热导率均随着膜厚的增大而增大.通过计算体态硅热导率关于声子平均自由程的累积函数,发现对体态硅热导率主要贡献是声子平均自由程为2~2 000nm的声子,而掺锗的体态硅中对热导率贡献约占80%的声子平均自由程为0.1~30 nm,远小于纯硅中对热导率主要贡献的声子平均自由程.     

Pb（In1/2Nb1/2）O3-Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3弛豫铁电薄膜厚度尺寸效应研究

新一代弛豫铁电薄膜Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PIMNT)因兼具优异的电学性能与高的相变温度,在国内外获得广泛关注.为了探究不同薄膜厚度对PIMNT薄膜的结构及电学性能的影响,通过溶胶凝胶法制备了150 nm～1μm不同厚度的PIMNT薄膜,对其形貌结构以及电学性能进行了对比研究,在此基础上进一步研究了极化对其电学性能的影响.实验结果表明:随着厚度的增加,薄膜介电常数先增加后略有降低,剩余极化强度先增大后减小,矫顽场逐渐增大;在极化电压为18 V、极化温度和时间分别为100℃和5 min时,1μm厚度PIMNT薄膜的介电常数和损耗在100 Hz下分别为1 009和0.022,室温下的热释电系数达6.85×10^-4C·m^-2·K^-1,是目前主流的锆钛酸铅(PZT)薄膜的3倍左右.     

聚酰亚胺薄膜层叠体热处理过程中的结构演变

将双向拉伸PI薄膜,层叠后经800℃炭化所得样品在热压机中进行从2 500℃到2 800℃的高温石墨化处理制得了高定向石墨材料。借助SEM、XRD、四探针法等测试手段分析了PI薄膜层叠成型体在热处理过程中尺寸、传导性能、微观结构等的变化。结果表明石墨化处理后,样品径向增大,厚度减小;2 800℃处理后材料层间距接近单晶石墨的理论层间距,表现出了较高的石墨化程度,且具有高的取向性和传导性能,根据电阻率与热导率的相关公式推得其热导率为1 000 W/(m.K)～1600 W/(m.K).在整个热处理过程中,所生成的物质继承了原料分子的取向性。     

沉积偏压对2024铝合金表面类金刚石薄膜结构及性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积技术,在2024铝合金表面制备类金刚石(DLC)薄膜,以改善铝合金表面机械性能。利用拉曼光谱及红外光谱,对不同沉积偏压下制备DLC薄膜的成分及结构进行表征;利用摩擦磨损试验机、纳米压痕仪及台阶仪等,分别对不同沉积偏压下制备DLC薄膜的耐磨性、硬度、弹性模量及薄膜厚度进行检测,并探讨了沉积偏压对薄膜结构及性能的影响规律及影响机制。研究表明:随着沉积偏压增大(1 800～2 600 V),薄膜厚度、硬度及弹性模量均先增大后减小。当沉积偏压为2 400 V时,DLC薄膜厚度最厚,硬度及弹性模量最高。当沉积偏压为2 600 V时,薄膜的H/(Ef)最高,并且摩擦系数从基体的0.492降低至0.095 8。     

温度和压力对砂岩热导率的影响及温压校正计算方法

岩石热导率是岩性分析的重要参数,而温度和压力是影响岩石热导率的2个重要因素.本文收集了不同温度和压力条件下的实验室砂岩测试数据36个,对这些测试数据进行了温度校正以及压力校正.砂岩样品测试的温度范围为2～250℃,压力范围为0.1～200 MPa,实验室测出的热导率范围为2.34～2.91 W/(m·K).首先根据测试数据分析温度和压力对热导率的影响,探讨了岩石热导率随温度的升高而降低,随压力的增大而增大的规律;然后,利用多元拟合的方法,确定了热导率随温度、压力变化的经验公式;再通过拟合和插值的方法,进行温度校正和压力校正,计算不同温压条件下热导率的预测值;最后,利用数值算例验证该方法的有效性.研究结果对不同岩样的热导率温压校正计算具有参考意义.     

纳米尺度水薄膜液-气相变分子动力学模拟

采用分子动力学模拟,研究了纳米尺度水薄膜厚度和系统温度对液-气相变蒸发率的影响.模拟了水薄膜厚度为2nm时,温度(375~425K)对相变蒸发率的影响;同时模拟了温度400K条件下,水薄膜厚度(2、3、4nm)对相变蒸发率的影响.结果表明:相同水薄膜厚度下蒸发率随着温度的升高而增大,相同温度下蒸发率随水薄膜厚度的增大而增大,蒸发率随时间呈指数形式递减.相关结果可为微热管及其他依靠内部液体相变传热的散热器件设计提供参考.     

沉积在Si衬底上Co_2MnSi薄膜的结构和磁性能分析

将不同厚度的Co_2Mn Si(CMS)薄膜沉积在Si衬底上,并在不同的退火温度下退火,以探究其微观结构以及磁性能的变化规律.保持CMS薄膜退火温度为600℃,随着薄膜厚度增加至100 nm,由于B2结构取向增大,其Ms随之相应增大到923 emu/cc;保持CMS薄膜厚度为50 nm,随着退火温度升高到700℃,可以观察到B2结构取向减小,而且Hc值异常增加到134 Oe,这可能是由于CMS层与Ta层存在相互扩散的现象所导致.     

PET基片上射频磁控溅射不同厚度ITO薄膜的光电学特性

采用射频磁控溅射技术,室温下在PET柔性衬底上沉积不同厚度的掺锡氧化铟(ITO)薄膜,样品的结构、形貌和光电学性质分别用X射线衍射仪、原子力显微镜、分光光度计和Van der Pauw方法测量.实验结果表明:在其它参数不变的条件下,随着溅射时间的增加薄膜的厚度增大,而薄膜的颗粒大小和表面粗糙度也随之变大;方块电阻、电阻率随样品厚度的增加而减小,相应的迁移率减少,载流子浓度变大.当样品厚度为148 nm时,样品的方块电阻为26.5 Ω·口-1、迁移率为19.1 cm2 ·V-1 ·s-1、载流子浓度为8.43×1020 cm-3.     

分数维方法研究Alx Ga1-x As衬底上GaAs薄膜中极化子特性随Al浓度的变化

用分数维方法研究AlxGa1-x As衬底上GaAs薄膜中的极化子,得到了衬底中Al摩尔分数x对GaAs薄膜中极化子的结合能和有效质量的影响,极化子的结合能和有效质量的相对变化(mass shift)都随着Al摩尔分数的增大而单调增大;AlxGa1-x As衬底中Al摩尔分数对不同厚度的GaAs薄膜中极化子的影响程度不同,GaAs薄膜的厚度越小,衬底中Al摩尔分数对GaAs薄膜中极化子的影响越显著.