等离子体化学气相沉积工艺调控铜基-石墨烯复合薄膜材料微结构及电学热学性能研究

本文利用等离子体化学气相沉积PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)技术制备了铜基-石墨烯复合薄膜，通过X射线衍射及Raman光谱证实了低温合成的可行性.同时，逐步研究压强、功率、气流量、基底温度等关键参数对沉积速率的影响，实现了对薄膜材料厚度和生长过程的准确控制.进一步研究发现，H₂与CH₄的气体比例严重影响了等离子体与基底表面的相互作用，并导致了材料表面微观结构和粗糙度的协同改变.通过工艺参数和气体配比的优化，实现了对薄膜表面结构的有效调节.当H₂/CH₄为1∶12时，薄膜的粗糙度最低，电子与声子的散射源被充分抑制，电导率和热导率分别达到8.3×10⁶ S/cm与158 W/m·K,表明该材料具有良好的导电性及优秀的散热效果.本文系统优化PECVD生产过程中的各项关键工艺参数，并详细分析了气体配比、表面结构、粗糙度及薄膜宏观物性之间的关联，为铜基-石墨烯复合薄膜的工业化生产和商业化应用提供了理论支撑和实验依据.     

立方氮化硼表面的金属膜

在立方氮化硼的合成过程中发现了金属膜；揭示了金属膜的形貌，分析了金属膜的成分，确定金属膜由Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｍｇ构成；分析了金属膜在合成立方氮化硼过程中的作用，提出了金属膜的形成机制。     

二烷基二硫代磷酸镧的摩擦化学机理

以稀土元素的磨擦学应用为出发点,用四球机考察了自制的新型油容性润滑油极压抗磨剂－二烷基二硫代磷酸镧的减摩抗磨性能,用质谱仪模拟其摩擦分解过程,通过ｘ射线光电子 仪和俄歇电子能对边界润滑状态下形成的磨斑表面膜元素组成及化学状态进行分析。提出了其摩擦化学反应机理。试验结果：这种添加剂使ＩＳＯＶＧ６８的摩擦因素明显降低的卡咬负荷提高２．２倍,主要原因是在摩擦过程中发生磨擦反应,生成了由Ｌａ、Ｌａ２Ｏ３、     

Generation process of FeS and its inhibition mechanism on iron mineral reduction in selective direct reduction of laterite nickel ore

Numerous studies have demonstrated that Na₂SO₄ can significantly inhibit the reduction of iron oxide in the selective reduction process of laterite nickel ore. FeS generated in the process plays an important role in selective reduction, but the generation process of FeS and its inhibition mechanism on iron reduction are not clear. To figure this out, X-ray diffraction and scanning electron microscopy analyses were conducted to study the roasted ore. The results show that when Na₂SO₄ is added in the roasting, the FeO content in the roasted ore increases accompanied by the emergence of FeS phase. Further analysis indicates that Na₂S formed by the reaction of Na₂SO₄ with CO reacts with SiO₂ at the FeO surface to generate FeS and Na₂Si₂O₅. As a result, a thin film forms on the surface of FeO, hindering the contact between reducing gas and FeO. Therefore, the reduction of iron is depressed, and the FeO content in the roasted ore increases.     

Molecular dynamics study on thermal conductivity of nanoscale thin films

A simple and effective model of heat conduction across thin films is set up and molecular dynamics simulations are implemented to explore the thermal conductivity of nanoscale thin dielectric films in the direction perpendicular to the film plane. Solid argon is selected as the model system due to its reliable experimental data and potential function. Size effects of the thermal conductivity across thin films are found by computer simulations: in a film thickness range of 2–10 nm, the conductivity values are remarkably lower than the corresponding bulk experimental data and increase as the thickness increases. The consistency between the approximate solution of the phonon Boltzmann transport equation and the simulation results ascribes the thermal conductivity size effect to the phonon scattering at film boundaries.     

磁控溅射法制备Half-Heusler化合物半导体TiCoSb薄膜

设计一种特别的TiCoSb复合靶材, 通过调节各元素在复合靶材上所占面积的大小, 可以方便地调节薄膜的成分. 采用这种靶材, 利用直流磁控溅射和快速退火成功制备单一物相的多晶TiCoSb薄膜; 采用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)和原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)分析TiCoSb薄膜的结构和表面形貌; 利用Hall测试仪初步研究薄膜的电学性质. 结果表明, 所制备的TiCoSb薄膜对石英玻璃衬底具有良好的粘附力, 薄膜均匀致密. 经600 ºC, 5 min退火的TiCoSb薄膜的结晶质量较好, 薄膜的室温电导率为13.7 S/cm.     

星形两嵌段共聚高分子薄膜微相分离的耗散粒子动力学模拟

 利用耗散粒子动力学模拟研究两类典型的星形两嵌段共聚高分子薄膜的微相分离行为,观察到一系列有序结构,并获得相应的相图.结果表明：(A_x)₄(B_y)₄体系的相图比(A_xB_y)₄体系具有更明显的对称性,且前者比后者更易发生相分离,这与体相中的情况相近,而同等条件下,后者比前者更易形成岛状结构;组成相同的星形共聚高分子体系在体相与薄膜中所形成的介观结构之间存在对应关系,且一维受限能够使得该体系所形成的微相分离结构更为多样化;较小的薄膜厚度与较强的A-B组分间的排斥作用均有利于增强所形成结构的有序性.     

微桥量热计测量铝薄膜热容

用表面硅微加工工艺研制了一种用于薄膜热容测量的新型微桥量热计,热性能测试与分析表明,微桥量热计温度响应快,温度均匀性较好,采用脉冲量热法,通过测量量热计的热功耗、瞬态温度以及稳态热功耗,可计算量热计和样品薄膜的热容．在真空中300～420K测量了40～1150nm厚的Al薄膜热容,并测量了样品的贡量,获得了样品的比热容,1150nm厚的Al薄膜比热容与Al体材料比热容的文献值吻合较好．随着厚度的减小,Al薄膜的比热容增强,这种现象在高温时更为显著．     

对向靶磁控溅射纳米氧化钒薄膜的热氧化处理

采用直流对向靶磁控溅射方法制备低价态纳米氧化钒薄膜,研究热氧化处理温度和时间对氧化钒薄膜的组分、结构和电阻温度特性的影响采用X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）对氧化钒薄膜的组分、结晶结构和微观形貌进行分析,利用热敏感系统对薄膜的电阻温度特性进行测量．结果表明,经300～360℃热处理后,氧化钒薄膜的组分逐渐由V2O3和VO向VO2转变,薄膜由非晶态变为单斜金红石结构,具有金属半导体相变性能;增加热处理温度后,颗粒尺寸由20nm增大为100nm,薄膜表面变得致密,阻碍氧与低价态氧化钒的进一步反应,薄膜内VO2组分舍量的改变量不大;增加热处理时间后,薄膜内VO2组分的含量明显增加,相变幅度超过2个数量级.     

混合二烷基二硫溶硫性能的评定及溶硫机理的初探

分析我国某油田Merox法所得二硫化物,发现是一组二烷基二硫混合物(Ⅰ),其烷基的含碳数为1—5个。Ⅰ和二乙胺混合(重量比100∶7.1或100∶30)后,室温溶硫量超过传统的溶硫剂二硫化碳。溶硫机理是:Ⅰ在二乙胺催化下和硫发生反应,耗去一部分硫,生成的二烷基多硫(Ⅱ),通过物理作用继续溶解硫。Ⅱ在质谱中的开裂规则是逐个脱下硫,直到成为Ⅰ为止,然后以Ⅰ的开裂方式开裂。     

用于FBAR的C轴取向AlN压电薄膜的研制

用射频（RF）反应磁控溅射法,在硅基片上制备出了具有较低表面粗糙度、C轴择优取向的AlN压电薄膜.讨论了溅射功率对AlN压电薄膜结构和形貌的影响、氮气含量对AlN压电薄膜成分的影响以及低温退火对薄膜表面粗糙度的影响.XRD和SEM结果表明：随溅射功率增大,AlN压电薄膜C轴择优取向增强;当功率为350W时,AlN压电薄膜（002）面摇摆曲线半高宽为4.5°,薄膜表现出明显的柱状结构.EDS成分分析表明：随氮气含量的提高,AlN压电薄膜的元素比接近于化学计量比.低温退火工艺的引入将薄膜表面的均方根粗糙度由4.8nm降低到2.26nm.     

铁粉表面硫化处理制备高密度Fe-Cu-C合金

突破常规铁基粉末合金的制备工艺,设计出一种制备高密度Fe-Cu-C合金的新工艺.通过对铁粉表面进行硫化处理,Fe与S反应合成FeS,均匀包覆在Fe粉颗粒表面,形成一层FeS润滑薄膜,有利于降低压制摩擦力.通过X射线衍射、扫描电镜、和场发射扫描电镜分析研究材料的物相、元素分布和显微组织.研究结果表明:包覆在铁粉颗粒表面的FeS薄膜,有利于提高压坯密度,活化烧结.当S质量分数为0.5%时,硫化处理的Fe-2Cu-0.8C合金的力学性能优异,压坯密度7.31 g·cm-3,硬度78.6 HRB,抗拉强度485 MPa;当S质量分数达到0.8%时,多余的FeS占压制体积分数,导致试样的压坯密度降低,力学性能降低.     

镀锌钢上钼酸盐/硅烷复合膜的组成与耐蚀性

分别采用一步法和两步法在热镀锌钢板表面获得钼酸盐/硅烷复合膜,通过X射线光电子能谱分析(XPS)、俄歇电子能谱剥层分析(AES)、盐雾腐蚀试验(NSS)及Tafel极化曲线等对两种复合膜的化学成分和耐蚀性能进行了研究,并将它们与单独的钼酸盐转化膜、硅烷膜进行对比.结果表明:一步法和两步法制备的复合膜具有相似的双层结构,内层以钼酸盐转化膜(含O、Mo、Zn、P)为主,外层以硅烷膜(含C、O、Si)为主,内外层之间及膜与锌基体之间的化学成分呈梯度变化;与单独的钼酸盐膜、硅烷膜相比,两种复合膜对腐蚀的阴极过程的抑制明显增强,自腐蚀电流减小至单层膜的1/5以下,耐蚀性显著提高;两步法制备的复合膜耐蚀性超过常规铬酸盐钝化膜,而一步法制备的复合膜的耐蚀性比由两步法制备的稍差,但仍接近常规铬酸盐钝化膜.     

基于油润滑条件下的纳米单元表面优化作用机理

依据摩擦化学反应和作用模型的建立，研究了油润滑介质中纳米单元表面优化作用机制，认为纳米粒子油润滑表面优化行为是以下途径共同作用的结果：摩擦副表面短程作用力导致摩擦副近表面纳米粒子在表面富集，使表面润滑层(膜)的厚度增加、强度增大；表面富集的部分纳米粒子在摩擦条件下发生摩擦化学反应，生成新的化学转移膜；纳米粒子在摩擦过程中填平、抛光表面等。     

Coherent thermal radiation in thin films and its application in the emissivity design of multilayer films

The infrared transmission spectra of a 0.54-μm-thick Ge film and a 20-μm-thick Si film were experimentally measured. As the incident radiation was in the wavelength range from 1.5μm to 10μm, the Ge film demonstrated a strongly spectral coherence. However, thermal radiation of the Ge film was found to be spatially incoherent due to its extreme thinness. The Si film exhibited significantly spectral and spatial coherence. The results confirmed that thermal radiation of a monolayer film could be coherent spectrally and spatially if the film thickness was comparable with the wavelength. The optical characteristic matrix method was applied to calculate the transmission spectra of the Si and Ge film, and the results agreed well with the measurements. This method was further used to analyze two multilayer films composed of five low emissive layers. Their emissivities were found to be highly emissive at a certain zenith angle, and the emissive peak could be controlled by careful selection of film thickness.     

热压碳化硼表面自润滑膜的生成

研究了热压碳化硼表面自润滑膜的生成.在实验条件下,未经热处理的碳化硼摩擦副的摩擦因数由起始阶段的0.35～0.40,随滑行距离的增加而减小至0.25左右.对摩擦前后接触面进行X射线衍射分析,结果表明接触界面发生了摩擦化学反应,生成了B     

金刚石涂层刀具干切削硅铝合金性能研究

由于金刚石薄膜涂层具有与天然金刚石相同的高硬度、低摩擦系数、高耐磨和高导热优异性能,因此适用于车削和现代高速干式切削加工,尤其高速切削硅铝合金可提高生产率。文章通过用金刚石薄膜涂层刀具对硅铝合金进行干式切削,探讨其切削性能。试验结果表明,金刚石薄膜涂层刀具磨损是由薄膜显微断裂而逐渐脱落的过程,进给量是影响工件表面粗糙度的主要因素。     

硫、磷系添加剂在菜子油中的响应性

以菜子油为基础油,在四球摩擦磨损实验机上分别考察了硫系添加剂T321与T307以及磷系添加剂P120对菜子油的耐磨性和极压性能的影响·结果表明,在菜子油中分别加入T321、P120和T307能够降低磨损、提高润滑油膜的承载能力和极压载荷·对钢球表面的能谱分析结果表明,在摩擦磨损过程中,含上述添加剂的菜子油在摩擦过程中发生了摩擦化学变化,生成了由菜子油三甘油酯和添加剂化学产物组成的边界润滑膜,从而改善抗磨性能并提高承载能力·     

磁控溅射制备Ag/TiO2复合薄膜的光催化降解性能

为了提高TiO2薄膜的光催化效率,利用中频交流磁控溅射技术,采用Ti和Ag金属靶制备了Ag/TiO2复合薄膜.利用X射线光电子能谱、 X射线衍射和扫描电子显微镜分析了复合薄膜的成分、结构和表面形貌,并研究了其光催化降解性能.结果发现: Ag在厚度较薄时以聚集颗粒形式存在; 在Ag膜厚度为15 nm时, Ag/TiO2复合薄膜与TiO2薄膜相比其光催化效率可提高2倍; Ag/TiO2复合薄膜对亚甲基蓝的光催化降解效率与复合薄膜的透射率均随Ag膜厚度增加逐渐下降,其原因是Ag膜厚度不断增加,最终完全覆盖TiO2薄膜表面,阻挡了TiO2薄膜与污染物的有效接触, Ag作为光生电子捕获剂的有利影响消失.     

高导热石墨烯/萘甲醇复合薄膜的制备及其在LED上的应用

石墨烯由于具有超高的导热性能,在热管理上有着广阔的应用前景。从修复结构缺陷出发,以氧化石墨烯为原料,有机小分子萘甲醇为修复剂,采用蒸发自组装法制备氧化石墨烯/萘甲醇(GO/NMT)复合薄膜,然后经过高温石墨化得到石墨化–石墨烯/萘甲醇(g-GO/NMT)薄膜。通过SEM、FT-IR、XRD、拉曼对制备的复合薄膜进行结构分析,并对其导热性能进行测试,当NMT的添加量为15%时,薄膜热导率达856.476 W/(m·K ),比石墨化–石墨烯(g-GO)薄膜的热导率提高了35%;通过对商用LED灯芯实际散热进行测试,g-GO膜的表面温度高达33.7 ℃,而g-GO/NMT复合膜的温度较低,仅为31.5 ℃。研究结果表明,g-GO/NMT复合膜具有更好的散热性能和更有效的热管理能力。