港台之窗

利用激光技术将塑胶变成钻石 香港科技大学化学科平罔弦之教授花了两年时间,利用先进的激光技术,成功地将塑胶变成钻石薄膜,装配在工业刀具上作切割之用。 钻石的硬度很强,而且具有高质的传热性及优良的电子绝缘性,是非常好的高能量半导体散热材料,在现代微电子业中起着重要的作用。干罔弦之教授研究的人造钻石是将一般高能量的激光射入聚酯物,使之变成气体的碳,凝结后的碳就凝聚成钻石薄膜。这种钻石薄膜的形状与大小可以控制,但其结构只有在显微镜下才能看到。 这种人造钻石的成本及价格目前尚未确定,但肯定比天然钻石便宜。     

羰基钼化学气相沉积对模具表面改性的研究

以Mo(CO) 6 为物源在刀具钢回火温度以下实施了气相沉积超硬膜涂覆 ,经实验测试、分析 ,结果表明薄膜中含碳量是影响薄膜表观硬度的重要因素 ,并且该薄膜能改善刀具 (钻头 )的表面力学性能 ,增加其使用寿命     

氮化硅薄膜的制备技术综述

氮化硅薄膜在微电子材料及器件生产中被广泛用作表面钝化保护膜、绝缘层、杂质扩散掩膜等。在硅基太阳能电池中,氮化硅用作钝化膜和减反射膜。本文综述了几种制备氮化硅薄膜的方法。     

空心玻璃微珠薄膜对建筑物外围护结构隔热性能的影响

分析了建筑物外围护结构采用单层玻璃、双层玻璃及其外表涂覆空心玻璃微珠(HGM)薄膜时的隔热性能,以及HGM薄膜的传热系数和隔热效率,并采用建筑能耗分析模拟软件DOE-2对其隔热效率进行计算.结果表明:在建筑物及其外窗玻璃表面涂覆HGM薄膜后,能够有效降低建筑物的室内温度;在建筑物普通外墙表面涂覆HGM薄膜后,也可降低其室内温度.     

溶胶-凝胶法在金刚石表面涂覆纳米TiO2薄膜

通过溶胶-凝胶法制备二氧化钛溶胶,采用浸渍的方法在工业金刚石表面涂覆TiO2薄膜,扫描电镜和能谱分析结果表明,该方法可以在金刚石表面涂覆TiO2薄膜,薄膜将金刚石磨料包裹完全,红外光谱分析显示TiO2与基体金刚石表面形成稳定的Ti-O-C化学键．综合热分析对金刚石抗氧化性能检测结果为：涂膜金刚石较未涂膜金刚石抗氧化温度提高100℃。     

含过渡金属氮化物的纳米多层薄膜增韧的研究进展

过渡金属氮化物（transition metal nitrides, TMNs）因具有硬度高、热稳定性好等特点,被作为一种硬质纳米多层薄膜在工程领域得到广泛使用。但TMNs低的韧性限制了其作为纳米多层薄膜在先进制造领域的发展。如何在保持高硬度的前提下增加薄膜的韧性,成为超硬薄膜面临的新挑战。综述了TMNs纳米多层薄膜的增韧研究进展,包括TMNs薄膜传统的增韧方法（延性相增韧、相变增韧、压应力增韧、结构优化增韧）以及通过提高价电子浓度来增强硬质陶瓷薄膜韧性的可行途径;并提出通过合理的化学成分、宏观结构（衬底约束）和微观结构（原子有序）的设计,可以获得超硬和超韧的超晶格TMNs薄膜。     

科学新闻

科学家合成新材料硬度超钻石燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室的科学家最新人工合成纳米等级的立方氮化硼,其硬度已超越钻石,成为世界上最硬的物质。来自芝加哥大学等多所高校科学家组建的一支研究小组指出,超硬材料立方氮化硼是将氮化硼微粒压缩成一种超坚硬物质形式。科学家测试结果显示,这种透明的材料甚至超越了钻石的硬度,其维氏硬度达到108GPa,而合成钻石的维氏硬度为100GPa,并且该材料是商用立方氮化硼硬度的两倍。研究人员使用类似洋葱结构的氮化硼微     

宝石之王

金刚石是自然界中最硬的物质,科学家把它的硬度定为最高--10,所以钻石被誉为“硬度之王”,加上它璀璨的光芒和极其稀有,钻石又被称为“宝石之王”。它的硬度是刚玉的140倍,超过石英的1100倍,的确硬得无与伦比。这里说的金刚石硬度特别大,是指它抵抗外力刻划的能力强;     

基于模型参考自适应PI的卷径锥度张力控制系统

根据PET涂覆机生产过程中薄膜收卷系统的非线性与大时变特点,分析了张力锥度与收卷速度、卷径及转矩变量之间的动力学关系,设计了薄膜连续收卷的锥度张力控制系统。基于速度差的间接张力模型实现张力控制,采用模型参考自适应PI控制策略控制收卷电机转速并对张力实时补偿。仿真与实验结果表明,提出的控制策略对PET涂覆机复卷张力系统的动态响应和稳态张力精度比原系统明显改善,解决了薄膜收卷系统张力控制难题。     

对金属表面有机氟涂层的一点认识

本文主要研究了在钢磷化基体和铝合金微弧氧化基体上涂覆聚四覆乙烯的工艺过程、质量欠佳的原因和一些力学性能。我们可以观察得到，对于同-涂覆层数，铝合金微弧氧化基体上的涂层厚度要远大于钢磷化基体上涂层的厚度。用压痕法测定涂层的维氏硬度，我们可以得出，随着涂覆层数的增多，涂层的硬度逐步减小，塑韧性增强。而对于同一涂覆层数，钢磷化基体上覆塑料涂层硬度要大于铝合金微弧氧化基体上的涂层硬度^[1]。     

SiO2薄膜涂覆层数对304不锈钢抗高温氧化性能的影响

为提高304不锈钢的抗高温氧化性能,以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶法,在不锈钢表面制备了SiO_2薄膜,通过氧化动力学,XRD,SEM和EDS分析,研究了涂覆层数对不锈钢900℃抗高温氧化性能的影响。结果表明,SiO_2薄膜与不锈钢基体的附着性良好,促进了不锈钢表面发生选择性氧化,生成保护作用的Cr_2O_3和NiCr_2O_4氧化层,不锈钢的抗高温氧化性能显著提高,其中涂覆3层SiO_2薄膜试样的抗高温氧化性能最佳,经900℃循环氧化100 h后氧化增重与氧化剥落仅为未涂覆试样的58.1%和41.4%。SiO_2薄膜涂覆有效提高了不锈钢的抗高温氧化性能,是表面处理方法应用于高温环境的又一尝试,为溶胶-凝胶法制备其他薄膜提供了借鉴和参考。     

碳涂层对硅基薄膜激光微等离子体光谱强度的影响

为了降低薄膜样品表面对激光的反射率,提高等离子体的辐射强度,改善谱线质量,提出了一种在薄膜表面涂覆碳层的方法,并研究了不同涂层厚度对等离子体谱线强度的影响.实验结果表明,薄膜表面涂覆碳层,可有效减少表面对激光束的反射,提高热耦合效率.当碳涂层厚度15 μm左右时热耦合效率最高,激光等离子体的辐射强度明显增强.     

二氧化钌/活性炭复合电极的制备及性能

为研制低成本、高比容超级电容器的关键复合电极材料,采用涂覆热分解法,以RuCl3·2H2O为前躯体,制备二氧化钌/活性炭复合电极材料.借助扫描电镜、附着力测试、循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗谱等检测手段,观察复合薄膜电极材料的表面形貌,分析不同涂覆量的二氧化钌/活性炭复合薄膜电极的性能.研究结果表明:二氧化钌/活性炭复合电极材料具有良好的电化学稳定性,涂覆热分解最佳涂覆数为4次,复合薄膜的比表面积为321.4 m2/g,附着力为11.4 MPa;在H2s04溶液浓度为0.5 mol/L、扫描速率20 mV/s条件下,复合电极材料的比电容为422 F/g,内阻为0.33 Ω;经300次充放电后,电容量持续为98.8%.     

铝片TiO2薄膜在降解4BS染料中的应用

采用溶胶-凝胶(sol-gel)工艺在铝片表面制得了均匀透明的TiO2薄膜,考查了其光催化降解4BS染料的活性,研究了热处理温度、涂覆层数、以及溶液改性等因素对TiO2薄膜的光催化性能的影响.结果表明:该薄膜能有效降解4BS染料,热处理温度、涂覆层数影响薄膜的性能,层数为5,热处理温度为600 ℃的薄膜具有较高的光催化活性.TiO2薄膜对加入Fe3+的4BS溶液的降解率明显提高.     

沉积偏压对含氢类金刚石薄膜机械性能影响机制研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术,在不同脉冲偏压条件下,在304不锈钢表面沉积了含氢类金刚石薄膜。利用Raman光谱对薄膜中氢、sp~2及sp~3含量进行了表征;利用纳米压痕仪对薄膜杨氏模量及硬度进行了检测;利用台阶仪对薄膜的厚度进行了测量;利用原子力显微镜对薄膜的形貌进行了表征,并探讨了沉积偏压对薄膜机械性能的影响规律及相应影响机制。结果表明:随着脉冲偏压的升高,薄膜中氢含量减少,C-C及C-H sp~3含量减少。I (D)/I (G)从1.45增加至1.71,薄膜硬度从12.40 GPa增加至16.10 GPa,薄膜厚度逐渐增加,厚度最厚达到1.94μm。当沉积偏压为2 400 V时,C-Csp~3含量最高且杨氏模量最大可达151.7 GPa,粗糙度最低为0.432 nm。当沉积偏压为2 600 V时,薄膜硬度值最大,氢含量最低。等离子体增强化学气相沉积制备含氢类金刚石薄膜的硬度不能完全由薄膜中C-C sp~3的含量决定,薄膜硬度随C-C sp~3含量变化存在滞后效应。     

退火对AlCN非晶薄膜结构及力学性能的影响

利用磁控溅射方法在单晶硅基片上制备出不同Al含量AlCN非晶薄膜,随后分别在700℃和1000℃进行真空退火热处理.使用X射线衍射仪和高分辨透射电镜研究了沉积态和退火态薄膜的组织和微观结构,用纳米压痕仪测试硬度和弹性模量.结果表明,退火态薄膜组织和微观结构强烈依赖于薄膜的Al含量.经1000℃退火后,低Al含量AlCN薄膜没有出现结晶现象,但形成了分层;高Al含量AlCN薄膜中,退火促使AlN纳米晶的生成,使薄膜形成了非晶包裹纳米晶的复合结构,随着距表面深度的增加,形成的纳米晶密度和尺寸均有减小的趋势.随着退火温度的升高,AlCN薄膜的硬度和弹性模量均降低;而对于高Al含量AlCN薄膜,由于形成了纳米复合结构,硬度和弹性模量下降幅度减少.     

电弧离子镀工艺参数对CrSiN薄膜性能影响的研究

利用电弧离子镀方法,在(SCM415)钢基体上制备了Cr-Si-N薄膜.通过调节Cr-Si靶中Si的比例,沉积了Si含量不同的Cr-Si-N薄膜.讨论了Si含量、偏压对薄膜硬度的影响.添加Si后得到的纳米复合薄膜Cr-Si-N的硬度比单纯的CrN薄膜有了显著的提高.采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对Cr-Si-N薄膜进行分析,研究讨论了Cr-Si-N薄膜的成分、结构及薄膜硬度增强的微观机制.     

Si含量和基片温度对Ti-Si-N纳米复合薄膜的影响

通过多靶磁控反应溅射方法沉积了Ti-Si-N系纳米复合薄膜。采用电子能谱仪（EDS）、X－射线衍射（SRD）、透射电子显微镜（TEM）、X－射线光电子能谱（XPS）和显微硬度仪分析Ti-Si-N系薄膜的微观结构和力学性能，以及基片温度对薄膜微结构和硬度的影响。结果表明，薄膜中的Si以非晶Si3N4形式抑制TiN晶粒的生长，使之形成纳米晶甚至非晶；薄膜硬度在a(Si)=4.14%时达到最大值（36GPa），继续增加Si的含量，薄膜硬度逐渐降低。基片温度的提高减弱了Si3N4对TiN晶粒长大的抑制作用，因而高的沉积温度使薄膜呈现出硬度峰值略低和硬度降幅减缓的特征。     

镀制工艺对金刚石薄膜透射率的影响

用磁控溅射法制备金刚石薄膜,研究了工作气压,溅射电流、镀膜时间三个参数对金刚石薄膜透射率的影响。得到最佳工艺参数:工作气压1.3 Pa,溅射电流0.4 A,镀膜时间2 min。镀制的金刚石薄膜可以作为红外元件的保护膜与增透膜。     

现代炼金术:奇异新型材料的诞生

从生产标签到加固路面,都能用上科学家们创造出来的奇异的新型材料。使用寿命长达半个世纪的电灯泡;穿上后就按脚型固定成型的鞋子;能把一部故事片储存进一张CD的微型蓝色激光束;包起公路高架桥构件以防生锈剥蚀的合成材料,这是一些正在研制或者已经生产出来的令人惊奇的产品,科学家们正在开创一个按需定造各种材料的时代。他们开始从物质的原子构造去探索其中的秘密。譬如是什么东西使钻石那么坚硬?腱为什么那样坚韧?现代的炼金术士们正在借超级计算机和自己的新知识设计出自然界不曾有的各种奇特性能的材料和材料的合成体。