化学气相渗透制备SiC_w/SiC层状结构陶瓷

提出了采用流延法(tape casting,TC)结合化学气相渗透法(chemical vapor infiltration,CVI)制备碳化硅晶须(SiCw)/Si C层状结构陶瓷的方法,分析了TC-CVI方法的特点,研究了制备工艺对层状结构陶瓷力学性能和微观结构的影响,探讨了SiCw/Si C层状结构陶瓷的强韧化机理.结果表明,TC-CVI制备方法一方面能够提高晶须体积分数,减少制备过程中对晶须的损伤并且致密化单层,保持整个制备过程中材料体积无收缩,从而有效地提高材料的强度;另一方面,TC-CVI制备方法能够较好地控制层内(晶须/基体)及层间(单层/单层)界面结合强度,进而提高材料的韧性.SiCw/Si C层状结构陶瓷中晶须含量可达40%(体积分数),其弯曲强度、拉伸强度和断裂韧性分别为315 MPa,158 MPa和8.02 MPa m1/2.层状结构陶瓷材料的单层厚度对材料致密性及层间界面结合强度产生显著影响;晶须表面状态对层内界面结合强度有重要作用.SiCw/Si C层状结构陶瓷充分发挥层状结构与晶须协同增韧作用,层间裂纹偏转,层内裂纹偏转、裂纹桥接和晶须拔出等为主要的增韧机制.     

Ca与共轭聚合物P3HT界面处的电子结构和化学反应

运用自旋涂膜(spin-coating)技术在清洁的Si片衬底上制备出共轭聚合物(regioregular poly(3-hexylthiophene), rr-P3HT)薄膜样品, 利用同步辐射光电子能谱(SRPES)结合常规X射线光电子能谱(XPS), 原位观测金属Ca在rr-P3HT表面沉积过程中的化学反应与界面电子结构. 发现在Ca沉积过程中, Ca不仅引起rr-P3HT能带弯曲, 而且选择性地与rr-P3HT中的S元素发生化学反应, 而与C元素没有明显的化学反应. 同时, 通过对Ca/rr-P3HT界面的价带和二次电子截止边变化的考察, 获得了Ca/rr- P3HT界面清晰的能级排布图像.     

金属/聚合物界面的形成、电子结构与化学变化

金属/聚合物界面是聚合物发光二极管和聚合物太阳能电池的核心部件,研究和理解这些界面的特点将有助于更好地对界面进行优化和提高器件性能.本文综述了利用光电子能谱技术研究金属/聚合物界面的主要进展,包括界面的电子结构、电荷转移、化学反应、界面扩散以及氧在界面处的聚集行为等,这些研究成果的获得对相关器件的设计与优化具有重要意义.目前,尚需更细致的工作来阐明金属/共轭聚合物界面的形成机制,并从理论上指导相关界面的制备过程与工艺.     

直流电对Sn-Pb/Cu润湿性的影响

在铸造法制金属基复合材料过程中,金属基体与增强相间相互润湿是一个非常重要的条件解决金属液/增强相间润湿性问题的途径主要有物理方法和化学方法两种,施加电流是一种物理方法,与化学涂层、添加合金元素等化学方法相比,它不会给金属液带来成分的变化,或在界面上产生严重的化学反应,使得界面的强度受到破坏;该法与其他物理方法如压力浸渗。搅拌铸造、超声振动相比,将避免气体或氧化膜的混入,而且所需设备简易.然而,电流对金属液/固相润湿的作用很少有报道.在金属基复合材料大家族中,金属基体多采用共晶系合金,如Al-Si,Al-Mg,Fe-C系等;增强相常用石墨、钨丝、碳纤维等导体材料.故本文选择典型二元共晶系Sn-Pb合金作为金属液,导体纯铜作为固相衬板,用座滴法来研究电流对液固两相润湿过程的影响,本文用Gouy-Chapman和Stern双电层理论来分析相关现象.     

表面金属热渗辅助钎焊C/SiC-Nb接头界面增强机制

针对碳纤维增强碳化硅复合材料(C/SiC)与Nb金属钎焊接头存在残余应力高导致连接强度下降的难题,借助反应扩散机制对C/SiC复合材料表面进行改性,成功制备了纤维增强热渗区,降低了钎焊接头的残余应力,实现了界面结构强化,获得了高质量钎焊连接接头.本研究选用的热渗金属Ni-Cr-Si合金可在C/SiC复合材料表面充分润湿,为扩散的快速充分进行奠定了基础;之后探究了热渗工艺对热渗深度及界面结构的影响规律,实现了任意深度热渗区的可控制备.用AgCuTi钎料对热渗处理后的C/SiC复合材料与Nb进行了钎焊连接,钎焊接头的典型界面结构可表示为:C/SiC/C_f+Ni₂Si+Cr₃Ni₂Si+Cr₂₃C₆/Ag(s,s)+(Cu,Ni)/Nb.本研究从残余应力的调控与界面结构改善所引导的第二相强化等方面,详细阐述了热渗工艺对接头的界面强化机制.热渗区热膨胀系数介于复合材料与钎料之间,形成属性梯度过渡,有效缓解了接头高残余应力.热渗区钎料的连接由Cu、Ni互扩散实现,替...     

CNT-C_f/SiC多级增强复合材料微区力学性能

利用催化化学气相沉积工艺在炭纤维(Cf)表面原位生长碳纳米管(CNT),经聚合物浸渍-热解(PIP)致密化后制备了CNT强化的Cf/Si C复合材料.结合微米压痕和纳米压痕测试方法在微米、纳米尺度研究了CNT强化的Cf/SiC复合材料界面、微区基体以及纤维-CNT-基体组元区域的力学响应机制.结果表明,CNT生长点具有较高的结合强度,界面脱黏出现在纤维/热解碳界面处,原位生长的CNT显著强化了纤维-基体界面结合强度.PIP工艺对CNT造成损伤,致使CNT强化的微区基体的模量和硬度下降,而CNT的拔出、裂纹桥连等行为阻碍了微区基体的裂纹扩展,进而提高了微区基体的破坏容忍度.理论计算结果显示,由CNT带来的韧性贡献约为310.8 J/m2.界面强化效应和微区基体裂纹扩展阻碍效应使纤维-CNT-基体组元的抗损伤能力得到了提高.利用微纳米测试连用手段可深入了解多级增强复合材料的纳米效应.此外,理论计算表明,CNT/基体的界面修饰及对CNT的有效保护会进一步提高CNT对微区基体的韧化效果.     

碳纳米管/碳纤维跨尺度界面增强体系构建的研究进展

伴随着国防工业、先进装备制造等领域的不断发展,人们对复合材料的应用要求不断提高.碳纤维增强复合材料因其具备高强度、轻量化、长寿命的特点,与该领域材料的使用要求产生了高度适配.但在实际应用过程中,碳纤维惰性表面与聚合物基体间的弱界面结合严重影响了复合材料优异性能的充分发挥.构建微尺度、多维度碳纳米管/碳纤维界面增强体系被认为是提高相间结合能力的有效技术手段.本文综述了化学气相沉积、电泳沉积、化学接枝、浸涂喷涂4种较为成功的构建路线,讨论了碳纳米管在碳纤维表面的差异化微观沉积形貌所对应的不同界面增强机理,探讨了界面增强体系对复合材料综合性能的影响,并对该体系未来的构建和研究方向进行了展望.     

基于声发射小波分析的非连续增强金属基复合材料界面表征

界面是制约复合材料性能的关键性因素,同时界面效应的存在也为复合材料的设计与改进提供了一条重要的途径[1].因此,界面设计与界面控制工程已成为当前复合材料领域极为活跃的前沿课题,而该项工作的开展则以准确的界面性能表征为前提[2].然而,针对颇具应用前景的非连续增强金属基复合材料而言,现有的适于连续纤维增强复合材料的拔出法、顶出法等界面力学性能测试手段却难以奏效.为此,适于该种类型复合材料的直接、有效的界面力学性能表征方法的探索工作亟待开展.本文以具代表性的ＳｉＣｐ/Ａｌ复合材料为例,首次应用声发射(ＡＥ)小波分析技术…     

不同压电材料反平面应变状态的电渗透型界面裂纹

将压电材料中的电渗透型裂纹处理成静电学的连接界面 ,按上、下两表面的切向电场强度连续和法向电位移连续建立裂纹处的电学边界条件 ,精确分析了不同压电材料反平面应变状态的共线界面裂纹问题 ,给出了单个界面裂纹和双界面裂纹的复型封闭解 .结果表明 :在裂尖处应力、应变、电场强度和电位移均有(1/2 )阶的奇异性 ,裂纹扩展能量释放率仅与应力、应变强度因子有关 .其退化结果与文献结果一致     

金属与金属氧化物界面第一性原理计算研究方法及其应用

主要结合作者多年的研究实践,简要而系统地介绍了第一性原理计算应用于金属与金属氧化物界面问题的研究思路和方法;并以金属基复合材料Cu/(Al2O3)p的内氧化原位制备为研究实例,介绍了第一性原理界面热力学与扩散动力学的结合,可以在界面层次上实现对材料微观结构形成和演变的预测,从而为材料的制备实践提供理论指导。     

静高压对Al/Fe-Mo-Si-B纳米合金多层复合材料的影响

工作已取得较大的进展.将这种薄带纳米合金与具有较好韧性的金属粘接,制成金属/纳米合金多层复合材料,既具有较好的力学性能,又不破坏纳米合金的结构和性能,因而有利于纳米合金材料的实际应用.研究静高压在多层复合材料的制备过程中对纳米晶体的形成、性能、金属/纳米合金界面相的形成及扩散反应速率的影响,在理论研究上和实际应用上都具有重要的意义.     

Ti/TiB_2界面结合强度、稳定性和电子性质的第一性原理

为了研究涂层中Ti/TiB _2界面性质,本文采用第一性原理方法计算了Ti(0001)和TiB _2(0001)的表面能,6种不同Ti(0001)/TiB _2(0001)界面的黏附功和界面能,并且分析了它们的电子密度、差分电荷密度和分波态密度(PDOS).研究结果表明,当TiB _2(0001)表面的原子层数n≥9时,其表面深处的原子具有体相原子的特征.在6种不同的界面中,B终端的Ti/TiB_2界面稳定性均优于Ti终端的界面,且B终端的孔穴位堆垛界面(BTH)和Ti终端的心位堆垛界面(TTC)分别是两种终端最稳定的界面.此外,BTH界面具有最大的黏附功(7.72 J/m~2),它在整个Ti元素的化学势(-3.2~0 eV)范围内也具有最低的界面能,说明BTH界面具有最好的稳定性和结合强度.电子性质和PDOS的研究结果表明,BTH界面主要由Ti–B共价键和Ti–Ti金属键构成,且Ti–B共价键是主要由界面处的B 2p和Ti3d轨道杂化所形成的.     

石英纤维增强氧化硅复合材料与因瓦合金的钎焊接头界面组织及性能研究

通过一种胶接辅助钎焊连接方法, 采用自制活性胶做表面改性剂, Ag-Cu共晶箔和纯Cu箔做中间层, 对石英纤维增强氧化硅复合材料和因瓦合金进行了钎焊连接. 通过扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪对接头的微观组织、界面成分及接头的物相组成进行了分析研究. 结果表明, 胶接辅助钎焊连接方法可以有效实现石英纤维增强氧化硅复合材料与因瓦合金的致密连接, 接头界面处形成多种生成相, 包括TiO, Si, TiC, Fe₂Ti, Cu(s,s)和Ag(s,s). 当钎焊温度为850℃, 保温时间为15 min时, 接头界面结构可表示为: QFSC/TiO+Si+Cu(s,s)+Ag(s,s) +TiC/Cu(s,s)+Ag(s,s) +Fe₂Ti/ Invar, 接头抗剪强度可达44 MPa. 当钎焊温度升高或降低时, 接头的抗剪强度均呈现降低趋势.     

单晶碳化硅和蓝宝石基片化学机械抛光的表面反应层形成机制的研究进展

碳化硅和蓝宝石单晶是重要的空间光学材料,也是高亮度发光二极管用的主要衬底材料,实现它们的高质量化学机械抛光(CMP)加工,需要深入理解高化学稳定性衬底材料的超光滑加工过程的材料去除机制,其中一个具有挑战性的问题是力学-化学耦合作用下表面反应层的形成机制.本文评述了反应层形成机理的研究进展和存在的若干问题,包括表面反应层形成的热力学机理和动力学行为、CMP加工模型晶片体系的建立、表面反应层的结构和组成表征、研究结果可比性等,并提出了若干后续研究的突破点,如设计和建立表面结构可控的CMP加工模型晶片体系,并确定表面层形成的化学反应速率来解耦合化学反应过程和扩散过程.本文特别强调了多学科交叉研究方法的重要性,建议密切结合材料的表面结构及缺陷的控制和表征、表界面结构和组成分析、化学反应机理研究以及表面和胶体化学的表界面作用力测量研究.     

Ta/NiO/NiFe/Ta的磁性及界面的结构

利用磁控反应溅射方法以Ta作为缓冲层制备了Ta/NiO/NiFe/Ta薄膜, 磁性分析表明, 该结构薄膜的交换耦合场为9.6×10磢 103 A/m, 但是所需NiO的实际厚度增加了. 采用X射线光电子能谱研究了Ta/NiO/Ta界面, 并进行计算机谱图拟合分析. 结果表明界面反应是影响层间耦合的一个重要因素. 在Ta/NiO界面处发生了反应: 2Ta 5NiO = 5Ni Ta2O5, 使得界面有"互混层"存在. X射线光电子能谱深度剖析表明Ni NiO的混合层厚度约8~10 nm, 从而导致NiO钉扎实际厚度增加.     

甲型H1N1流感病毒流行株基因组进化分析

2009年4月, 北美地区出现甲型H1N1流感疫情, 并且疫情快速扩散至欧亚非三大洲, 风险等级上升至5级. 截止至5月13日, 甲型H1N1流感病毒已扩散至33个国家和地区, 实验室确认病例5728例, 死亡61人. 从NCBI的IRV和GISAID的EpiFluDB数据库下载甲型H1N1流感病毒序列425条, 进行序列比对与进化分析. 分析结果显示: (ⅰ) 当前流行的甲型H1N1流感病毒是一个三重排A型流感病毒: HA, NA, MP, NP和NS来源于猪流感病毒; PB2和PA来源于禽流感病毒; PB1来源于人流感病毒. (ⅱ) 猪流感病毒的来源可细分为: HA, NP和NS来源于H1N1亚型经典猪流感毒株; NA和MP来源于H1N1亚型禽源猪流感毒株. (ⅲ) 甲型H1N1流感病毒在流行扩散过程中没有显著变异, 同时病毒基因组没有发生重排. 本文除了分析美国代表毒株A/California/04/2009(H1N1)外, 还以墨西哥代表毒株A/Mexico/4486/2009(H1N1)为主进行了同源性和进化分析, 地理范围相对较大, 分析结果更具科学性.     

用相移法研究生物样品非线性声参量B/A

从80年代起,研究生物媒质的非线性声学参量B/A受到了极大的重视,因为在医用超声频段和强度下,发现了非线性现象的存在,它包括谐波畸变、局域压力梯度、冲击波的形成和声饱和等,而非线性声参量B/A是衡量上述非线性效应大小的一个基本参量。研究生物媒质的B/A值对推动超声诊断和治疗技术的发展具有重要意义。测量非线性声参量B/A值的方法归纳起来有三种,即静态法、热力学法和有限振幅法。但各种方法都有优缺点,并存在不同程     

超重元素存在的证据

最近,勒比(Libby)等通过对铁陨石的元素丰度分析,发现元素在(Ga、Ge、As)、(Ru、Rh、Pd)和(Os、Ir、Pt)三处的观测丰度值大大超过理论预期值.他们认为这是超重元素z=107～114裂变引起的,通过分析,得到最长的半衰期为z=114的τ_(1/2)=10~8年.弗利罗夫(Flerov)等对碳质球粒陨石的丰度分析后,得到超重元素z=114的τ_(1/2)=1.6×10~8年. 我们在计算元素起源时发现,第三个r峰(A)195)和第三个S峰(A～208)的丰度应当     

空腔约束对土壤等离子体辐射特性的影响

为了改善激光诱导击穿光谱的质量,提高激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对土壤样品中痕量元素的检测能力,研究了碳质空腔距离样品表面的高度变化对等离子体辐射强度的影响.结果表明,当有空腔约束等离子体时,其辐射强度比没有空腔约束时明显增强;随着空腔距离样品表面高度的加大,等离子体辐射强度逐渐升高,并在11 mm处达到最强,随后减弱.计算可知,样品中元素Fe,Mn,K和Ti在空腔距离靶面11 mm处的谱线强度和光谱信噪比与无空腔约束时相比,都有较大提高.最后,用Boltzmann图方法和光谱线Stark展宽法测量了等离子体的电子温度和电子密度,对等离子体辐射增强的机理进行了讨论.     

纳米羟基磷灰石/聚合物生物复合材料体内外生物活性研究

当生物活性材料植入体内后, 在其表面可以形成一层类骨磷灰石. 这层类骨磷灰石对于组织与材料之间形成骨键合至关重要. 研究了纳米羟基磷灰石/聚酰胺在体内和体外环境下表面形成类骨磷灰石的情况, 考察了兔体内复合材料植入体与周围骨组织的界面. 结果显示, 在体外模拟体液中和植入兔背部肌肉内, 复合材料表面都可形成类骨磷灰石. 当植入兔皮质骨时, 复合材料可与自然骨形成紧密结合, 中间没有纤维组织. 研究表明, 纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合材料具有良好的生物活性, 是一种良好的骨替换材料.