双复合材料结构基底厚度对薄膜裂纹的影响

针对薄膜-基体双复合材料结构的薄膜裂纹问题,研究了薄膜材料的力学行为,进行了裂纹垂直于薄膜与基底交界面,且尖端未达到交界面情形下问题的分析.基于Beuth理论,把模型简化为平面应变问题,并通过有限元分析程序评价了具有裂纹的薄膜-基底双复合材料结构的断裂机理,得到了薄膜与基底不同的弹性错配及薄膜与基底的不同的厚度比率,对薄膜裂纹应力强度因子的影响.结果表明:随着hs/hf的减小,应力强度有很大幅度的提高,当hs/hf≥10时,基底的厚度对薄膜裂纹的影响较小,可以忽略不计;当薄膜-基底结构退化为单一材料时,应力强度因数趋向于1.     

基底温度对Ti/TiN薄膜内应力的影响研究

摘要：采用反应直流磁控溅射法,在硅基底上制备了一系列不同结构的Ti/TiN多层薄膜。采用X射线衍射仪（XRD）对薄膜物相进行了分析,研究了溅射沉积过程中基底温度对周期薄膜结构及内应力的影响.结果表明：多层薄膜中的Ti出现（101）面,TiN的（200）面衍射峰强度在基底温度为600℃时为最高。随着衬底温度的升高,薄膜内部的压应力逐渐减小,当基底温度在600℃时,薄膜内应力最小。     

带有周期性裂纹薄膜热弹性场模拟研究

通过建立带有周期性裂纹缆索薄膜/基底二维平面模型,分析不同参数对薄膜热弹性场的影响。运用有限元软件分析了在温度荷载作用下不同薄膜/基底弹性模量比、热膨胀系数对薄膜位移场、应力场的影响并且与理论值进行对比。结果表明有限元模拟结果与理论预测结果吻合良好,以上因素变化对薄膜轴向位移、轴向应力有明显的影响。薄膜表面位移和拉应力随着薄膜/基底弹性模量比与薄膜热膨胀系数的增大而增大,基底会对薄膜的热弹性场起到限制作用,边缘效应也会对薄膜热弹性场起到影响。理论值在薄膜与基底弹性失配较小或在薄膜边缘处不能准确的预测实际值。     

Si薄膜在预结构基底上生长的动力学蒙特卡罗模拟

通过引入周期性排列波浪形预结构基底,建立了Si薄膜生长的三维动力学Monte Carlo模型.利用该模型在此基底上分别正常沉积和倾斜沉积Si薄膜,研究薄膜在不同沉积条件下的生长过程及其内在的生长规律.通过计算机模拟,论证了在正常沉积条件下薄膜呈均匀生长模式,而在大角度倾斜沉积条件下,薄膜生长呈各向异性非均匀生长模式.     

Cu_2O的生成对CuO纳米薄膜电极锂离子电池特性的影响

以铜箔为基底,采用一步水热法制备CuO纳米结构薄膜,通过XRD、SEM、XPS对所制薄膜的形貌、成分进行分析,并测试CuO薄膜电极的锂离子电池特性,研究铜基底与CuO薄膜之间生成的Cu_2O对电池性能的影响。结果表明,较高反应温度有利于铜基底和薄膜之间Cu_2O的生成,且利于改善CuO薄膜纳米结构;140℃反应温度下生长出的CuO薄膜电极,其比电容和电容保持率均高于80℃反应温度下生长出的CuO薄膜电极,其电池循环能力更强,这与铜基底和CuO薄膜之间产生的Cu_2O层有关。     

基体曲率对热障涂层残余应力的影响

导出了轴对称温度应力状态下的位移公式,采用空心和实心四相同心圆模型分析了基体曲率对热障涂层残余应力的影响。结果表明:热障涂层结构中各层内既有环向应力,又有径向应力,应力大小与温降成线性关系;当陶瓷层在外层时,在氧化层/陶瓷层和粘结层/氧化层界面上产生垂直界面的拉应力,且实心模型的拉应力远大于空心模型的拉应力;当陶瓷层在里层时,空心模型中相应界面上的应力为压应力。     

薄膜厚度对1-3型BaTiO3-CoFe2O4多重铁性薄膜相变温度的影响

基于热动力学理论,通过对演化方程的线性稳定分析,确定了1-3型BaTiO3-CoFe2O4(BTO-CFO)多重铁性复合材料中的铁电、铁磁相变温度.考虑系统中基底与薄膜之间及薄膜内铁电相、铁磁相之间的内应力和外应力的弹性耦合,确立了顺电到铁电/铁磁地相变临界温度地解析式.临界温度与两相体积分数、基底、薄膜的晶格尺寸、薄膜两相的材料性能及薄膜厚度都有很大关系.两相的相变临界温度可以通过调节体积分数及薄膜厚度进行控制.     

开路和短路电学边界外延铁电薄膜的畴结构及铁电性能

考虑基体对外延铁电薄膜内畴变的约束,采用应力函数方法求解外延铁电薄膜畴变时的本征应力,并结合相场法分析了不同电学边界条件下铁电薄膜的畴结构与极化强度.对短路电学边界下PbTiO_3外延铁电薄膜畴结构的计算表明,由a畴到a/c/a畴转变时的薄膜厚度与采用有限元方法模拟的结果十分接近.通过对开路电学边界下铁电薄膜畴结构的分析发现,由a畴到a/c/a畴转变时的薄膜厚度远大于短路条件下的转变厚度.基体约束引起的应力变化使得薄膜内畴结构出现a畴和a/c/a畴的分层.铁电薄膜的平均自发极化强度随厚度的增加而增加,从a畴向多畴转变后,极化强度有显著的增加.     

Cu薄膜应力的计算机模拟与表征

用Monte Carlo法以Cu为例对薄膜生长过程中薄膜应力进行计算机模拟。将分子动力学法引入到连续体薄膜的生长过程中,通过面上的假想力来实现薄膜应力的计算机模拟.模拟结果表明,在一定原子入射率和基底温度下,在薄膜厚度极其薄的情况下,薄膜应力随薄膜平均厚度的增加而增大,薄膜应力随薄膜表面粗糙度的增大也增大,薄膜应力—厚度随原子沉积个数趋向于线性关系,并且模拟了薄膜应力与薄膜表面粗糙度以及沉积时间的关系曲线。     

应用修正Stoney公式原位测量硅薄膜电极中的锂化应力（英文）

结合Stoney公式的多光臂应力测量方法能够有效检测出薄膜电极在充放电过程中的平均应力.然而,经典Stoney公式仅适用于低应力水平的情况.运用修正的Stoney公式考虑了硅电极材料力学性质的变化和基底曲率剧烈变化情况下电极薄膜中应力的演化规律.基于应力和扩散相互耦合的三维非线性有限元模型,验证了修正Stoney公式的准确性.进一步,讨论了曲率分叉出现的条件,确保使用修正的Stoney公式时避免出现曲率分叉行为.     

耐湿性有序介孔SiO2减反射膜的制备及光学性能分析

采用氟硅烷链对有序介孔SiO₂光学减反射薄膜进行表面改性,有效提高其在潮湿环境中的稳定性。以三嵌段共聚物F127为模板剂,以正硅酸四乙酯为前驱物,在酸催化的醇体系中制备SiO₂溶胶。采用提拉法在石英基底上镀制薄膜,经350℃热处理后得到有序介孔SiO₂薄膜,薄膜对中心波长的透射率达到99.83%。通过嫁接氟硅烷链对薄膜表面进行改性,以有效阻止羟基和微孔开口对水蒸气的吸附。薄膜耐湿性测试在相对湿度80%、温度40℃的可控环境中进行,每隔15天进行一次薄膜透射光谱测试,采用光谱拟合方法分析薄膜的光学常数随测试时间的变化。结果表明,在湿度环境下,薄膜结构沿厚度方向具有非均匀性,薄膜折射率由靠近基底的边界到薄膜-空气界面呈非线性下降趋势。     

弹性薄膜裂纹的应力强度因子分析

对裂纹垂直于薄膜与基底交界面,且尖端达到了交界面的情形进行分析.基于Beuth理论,把模型简化为平面应变问题,并通过有限元分析程序评价了具有裂纹的薄膜-基底结构的断裂机理,得到了薄膜与基底的不同弹性错配及不同厚度比率对薄膜裂纹的应力强度因子的影响.结果表明：对于β=0和β=α/4的条件下,应力强度因子的幅值随着α值（-1＜α＜＋1）的增大而减小,其误差小于5%.     

e型枪热蒸法制备的非化学计量ZnO薄膜的结构性能

采用ｅ型电子枪热蒸技术，在不同条件下成功地制备了不同Ｏ／Ｚｎ比的非化学计量ＺｎＯ薄膜。利用系列物理手段，如ＸＰＳ，ＸＲＤ法对其结构性能进行了分析。结果表明，选择适当的基底温度及热处理温度可获得物理性能很好的非化学计量的ＺｎＯ薄膜。     

高温氨气氛下镍纳米催化剂的结构研究

研究了高温氨处理过程对SiO2/Si基底表面镍纳米薄膜显微结构变化的影响,探讨了镍纳米薄膜显微结构随氨气介入时间、薄膜厚度以及氨气刻蚀温度等参数变化的规律,并对氨在其变化过程中的作用机制进行了初步分析.结果表明:SiO2/Si基底表面镍纳米薄膜转变成高密度、小直径、均匀镍纳米颗粒的关键是恰当的氨气介入时间和刻蚀温度;硅表面的二氧化硅层有效地隔离了镍原子和硅原子的扩散,这种隔离层对镍纳米薄膜的显微结构有很大的影响,起到了阻碍硅和镍发生化合反应的作用,维持了镍在基底表面物质的量的恒定.     

沉积温度对直流磁控溅射TiN薄膜结构和表面形貌的影响

利用直流磁控溅射技术,在锆合金基体表面上研究不同基体温度对沉积TiN薄膜的影响.分别采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜(SEM)对TiN薄膜结构、表面形貌和截面形貌进行了研究.研究结果表明:TiN薄膜在不同沉积温度下晶格取向是不同的;200℃时,TiN为随机取向;300℃时,TiN薄膜以(111)为择优取向;400℃时,薄膜晶化质量不断提高,最后逐渐趋于稳定.300℃时,薄膜的致密性与均匀性较好,表面无明显缺陷.     

基体曲率对热障涂层残余应力的影响

导出了轴对称温度应力状态下的位移公式。采用空心和实心四相同心圆模型分析了基体曲率对热障涂层残余应力的影响。结果表明：热障涂层结构中各层内既有环向应力,又有径向应力,应力大小与温降成线性关系;当陶瓷层在外层时,在氧化层／陶瓷层和粘结层／氧化层界面上产生垂直界面的拉应力,且实心模型的拉应力远大于空心模型的拉应力;当陶瓷层在里层时,空心模型中相应界面上的应力为压应力。     

磁控溅射沉积TiN薄膜工艺优化

磁控溅射TiN薄膜的力学和腐蚀性能与薄膜的结构密切相关,而其结构又取决于薄膜的制备工艺.采用正交实验方法对影响TiN薄膜结构和性能的重要参数如电流、负偏压、氮流量和基体温度等进行优化,以期获得更优的制备工艺条件.实验结果显示,其对TiN薄膜纳米硬度影响由大到小的次序为：基体温度＞负偏压＞电流＞氮流量;对膜/基结合力的影响由大到小的顺序为：基体温度＞氮流量＞电流＞负偏压.综合考虑TiN薄膜的纳米硬度和膜/基结合力,获得的最优方案为：基体温度300℃,电流0.2A,负偏压-85 V,标准状态下氮流量4 mL/min.     

用广义Rayleigh波测量压电薄膜结构的初应力

通过求解考虑初应力进的耦合波动方程,研究了覆盖层为各向同性材料,基底灯英俊同各向同性压电材料的压电层状结构中广义Ｒａｙｌｅｉｇｈ波传播时初应力和相速度的关系,结果表明,对于给定的材料参数和薄膜厚度,通过测量薄膜结构中的声表面波传播速度即可确定薄膜中的初应力,这对声表面波器件设计及结构的力学性能分析具有理论意义和实际应用价值。     

乙烯-四氟乙烯薄膜徐变特性的试验分析

对12组250μm厚的乙烯-四氟乙烯(ETFE)薄膜在40~80℃时进行了不同温度和应力下的徐变试验.对试验数据进行对数拟合,分析了拟合参数随试验条件的变化规律,得出考虑加载应力和温度的函数关系式,用以描述ETFE薄膜在不同温度和应力下的徐变性能.该函数关系式对后续分析ETFE薄膜力学性能和长期荷载作用下的结构性能有重要作用.试验和分析结果表明,ETFE薄膜的徐变量随加载应力的增大和温度的升高而明显增大,且呈非线性关系;温度小于40℃且应力小于6MPa时,材料的徐变量较小且增加缓慢;40℃以上或较高应力状态下,徐变显著.     

适用于晶体硅太阳能电池的HF/LF-PECVD SiNx:H薄膜的特性研究

介绍了使用HF/LF-PECVD方法制备适用于晶体硅太阳能电池的SiNx:H薄膜.在温度、压强、射频功率和板极间距固定的条件下,通过改变气体流量,制备不同特性的薄膜,并测量薄膜的厚度均匀性、薄膜的折射率和基底的少数载流子寿命的变化,从这三个方面对SiNx:H薄膜的特性进行研究.