环状楔形铁薄膜的褶皱形貌研究

采用直流磁控溅射方法,在玻璃基片上制备了环状楔形铁薄膜系统,研究了该薄膜的褶皱形貌。实验表明,楔形铁薄膜在沉积过程中受到硅油的淬火作用而产生较大的压应力,并以电话线褶皱的形式得以释放。电话线褶皱在大气气氛中成核并缓慢生长,其生长周期可达几天到几十天。由于圆环边界的限制作用,电话线褶皱在边界处往往形成平行于周边的正弦结构,而远离边界处则形成无规的电话线褶皱网格。楔形铁薄膜的厚度由边界处往内部递减,因而电话线褶皱的尺寸(包括正弦波长和振幅)也逐渐衰减。     

短纤维端部形状对其增强复合材料应力分布的影响

采用ABAQUS软件分析了不同纤维端部形状下碳纤维增强树脂基复合材料的纤维端部应力分布。考虑的纤维端部形状包括平面、半椭球面、楔形面。结果表明:当长径比≥0.75时,半椭球面纤维端部复合材料力学性能优于平面和楔形纤维端部复合材料。进一步研究了界面相厚度、界面相弹性模量对纤维端部轴向应力和剪应力的影响。结果表明:轴向应力σB随界面相弹性模量的增加逐渐减小,界面相弹性模量较小时(E≤4 GPa左右),剪应力τD随着界面相弹性模量的增加而迅速增加,此后τD基本保持不变;当E≥3 GPa左右时,轴向应力σB随界面相厚度的增加逐渐减小。在所研究的界面相厚度(0.1、0.2、0.3μm)范围内,τD基本不随界面相厚度的变化而改变。所以界面相弹性模量应尽可能小于并接近于树脂基体的弹性模量(4 GPa),并适当增加界面相厚度有利于抑制界面脱粘破坏。     

柔性衬底/刚性薄膜应力褶皱有序结构形成的动态过程

对于柔性衬底/刚性薄膜系统,当应力超过临界值时,通常会产生无序皱褶.本文在PDMS衬底/Pt薄膜系统中,通过预制边界条件实现了皱褶图案的有序化排列,并针对其详细过程进行了系统研究.基于30°C降温至0°C的温差系统,实时观察褶皱有序结构形成与演化动态过程.根据力学原理分析,研究了褶皱起源和生长,缺陷形成和演化规律,以及褶皱波长和振幅随温度的变化情况.其结果对形成大面积高度有序的褶皱花样具有一定的指导意义.     

射频磁控溅射制备碲化铋热电薄膜性能研究

利用射频磁控溅射制备了N型Bi2Te3薄膜,并测量其在不同温度、不同膜厚度条件下的Seebeck系数和电导率。室温条件下,不同厚度Bi2Te3薄膜Seebeck系数约为-150μVK-1,当温度为53℃时,5.1μm厚的薄膜Seebeck系数为-267μVK-1,而1.5μm厚的薄膜Seebeck系数为-142μVK-1。利用扫描电镜和X射线衍射仪研究了薄膜的微结构,当薄膜厚度增加时,晶粒尺寸越大。薄膜厚度为1.5μm时,晶粒尺寸为800nm,5.1μm时,晶粒尺寸为1 300nm。X射线衍射仪的分析结果表明,射频磁控溅射制备的N型Bi2Te3薄膜为菱方结构。     

薄膜结构褶皱变形的数值分析与实验验证

目的基于有限元原理,从面内应力和面外变形2方面,揭示薄膜结构褶皱形成与扩展机理。方法针对方形薄膜结构,借助有限元仿真软件,采用直接扰动法进行数值仿真,分析不同载荷下的薄膜面内应力分布以及面外褶皱变形;设计合理的实验装置,采用非接触式三维扫描的测试方法,通过相机捕捉光栅发射器投射在被测物体表面的光栅,根据三角计算法,得到被测物体表面投射点的坐标,生成三维立体图形,还原褶皱形态。结果 1)进行应力分析,得到不同拉力下的应力分布云图,判断出褶皱区域;2)去除初始扰动后进行后屈曲分析,得到不同拉力下的褶皱形态图;3)设计实验系统,减小测量设备对结果的影响,更准确地预测出薄膜结构褶皱形态。结论研究表明:有限元数值仿真结果与实验结果一致,当X方向和Y方向拉力比值为1时,在4个角区域出现对称的褶皱,随着X方向拉力逐渐增大,X方向角区域褶皱逐渐向中心扩展,当X方向和Y方向拉力比值为4时,形成贯穿中心的横向褶皱。     

基于神经电极形状参数的脑组织微动损伤仿真

为了预测脑组织微动损伤,采用数值仿真法,基于超黏弹性本构对神经电极-大脑组织模型进行数值仿真,分析了神经电极形状参数(过渡圆角、楔形角、厚度)对脑组织微动损伤的影响规律.结果表明:圆角半径为20μm时最大应变与损伤区域均控制在较小范围;楔形角取为70°可降低最大应变10.34%,减少损伤区域34.52%;电极厚度为15μm时损伤区域最小.     

受扭圆环膜褶皱影响因素的数值分析

薄膜广泛应用于土木工程中的大跨建筑结构以及航空航天领域的空间可展结构.由于其厚度薄、抗弯刚度小,在压应力作用下会形成褶皱.褶皱变形对薄膜结构的表面精度以及力学特性产生重要影响.为了深入认识薄膜的褶皱行为,探究褶皱因素的影响作用及其影响机理,以受扭圆环膜为研究对象,采用基于板壳稳定理论的褶皱模型,借助有限元方法,深入分析了褶皱变形特征随边界条件、预张力、薄膜厚度以及材料常数等因素的变化规律.     

基于原子力显微镜的纳米尺度摩擦力的速度依赖关系

以硅为探针、带有自然氧化物的硅(100)晶面为基底样品,利用原子力显微镜研究了探针扫描速度对于单个微凸体系统中摩擦力的影响.首先,利用热噪声标定法测量出硅悬臂梁的法向弹簧常数和法向灵敏度;然后,利用改进的楔形校准法,通过扫描三角光栅得出侧向灵敏度;最后,测量出扫描区域为15μm×15μm、正压力为-5～10 nN、扫描速度为2.5～1 000μm/s下的摩擦力.实验结果表明,不同速度下摩擦力随正压力的增加呈近似线性增加,服从经典库仑定律.当扫描速度小于40μm/s时,速度增加所导致的摩擦力的增加不明显;当扫描速度大于40μm/s时,速度增加则引起摩擦力急剧增加.该结果与热激发的Tomlinson模型的计算结果吻合.     

脉冲激光沉积KTN薄膜动力学过程模拟

根据流体力学理论 ,对脉冲激光沉积KTN薄膜的动力学过程进行了模拟 ,讨论了激光沉积的KTN薄膜厚度分布随基片位置的变化规律 .结果表明 ,等离子体在膨胀过程中会形成垂直靶表面的等离子体羽辉 ,当激光束的位置和方向不变时 ,KTN薄膜的厚度分布不均匀 ,呈现类高斯分布形状 ,薄膜的最大厚度与基片和靶材的距离成负二次方关系     

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。     

PET表面含有聚硅氧烷微球的涂层制备及其光散射性能

将粒径为2-9μm的聚硅氧烷微球作为光散射剂均匀分散于丙烯酸树脂中,涂布于厚度为180μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜表面,挥发溶剂制得光散射薄膜。考察了聚硅氧烷微球的浓度、粒径和涂层的厚度对光散射薄膜的透光率和雾度等光学性能的影响。结果表明：聚硅氧烷微球可以在保持较高透光率的情况下,大幅度地提高光散射薄膜的雾度。当粒径为5μm的聚硅氧烷微球的添加质量百分数为25%、涂层厚度为90μm时,光散射薄膜的透光率为88%,雾度为90%,有效光散射系数可达79%,具有最佳的光散射性能。     

高温变形尺度效应及其微观结构

通过在200℃恒载荷的高温变形实验,对厚度（t）为10～200μm的铝箔的应变速率与厚度的变化规律进行了研究.在t≥50μm时,随厚度的降低,变形速率增加,而在t〈50μm时随厚度的降低,变形速率降低.根据实验结果,在t≥50μm时应变速率与厚度的关系符合幂率关系,其中的指数（α）大约在1～2之间,α依存于应力和晶粒大小.在t〈50μm时应变速率与厚度的关系则受到晶粒减小和织构增强的强烈影响.对高温变形机制的考察表明,其变形受晶界滑移控制.在变形微观结构的观察中找到了晶界滑移的证据.     

脉冲激光沉积KTN薄膜动力学过程模拟

根据流体力学理论,对脉冲激光沉积ＫＴＮ薄膜的动力学过程地模拟,讨论了激光沉积的ＫＴＮ薄膜厚度分布随基片位置的变化规律,结果表明,等离子体在膨胀过程中会形成垂直靶表面的等离子体羽辉,当激光束的位置和方向不变时,ＫＴＮ薄膜的厚度分布不均匀,呈现类高斯分布形状,薄膜的最大厚度与基片和靶材的距离成负二次方关系。     

热轧带钢层流冷却中的温度演变及返红规律

用有限元法模拟热轧带钢层流冷却中的温度场并计算典型位置处的冷却速度.分析水冷期间和随后返红过程冷却速度周期性变化规律,发现在轧件横断面厚度方向上距离表面大约半厚度的1/3处存在一条冷却速度临界线;在临界线与表面之间冷却速度有正负交替现象;此临界线是冷却过程中瞬时内部热输出区与热输入区(返红区域)的分界线;在返红区域回归出返红温度随经历时间和各点到表面距离的变化规律的关系模型.此研究为组织性能预测和控制提供了参考数据.     

IC器件在HBM ESD脉冲电压下的介质击穿实验研究

在IC器件氧化绝缘层介质击穿物理模型的基础上,讨论了人体带电放电模型(HBM ESD)中的波动电压加于氧化层上时的介质击穿.发现了氧化层上的俘获空穴密度临界值随薄膜厚度的变化十分敏感,当厚度由0.010μm减少至0.003μm时,俘获空穴密度临界值由0.100 C/cm2减少至0.002 C/cm2.相应地,IC器件抗ESD的性能也急剧下降.     

温度对RTCVD法制备多晶硅薄膜生长的影响

多晶硅薄膜太阳电池是21世纪最具发展潜力的薄膜太阳电池.如何快速、大面积、高质量地沉积多晶硅薄膜一直是多晶硅薄膜太阳电池研究中的一个核心问题.文中以SiHCl3为硅源、B2H6为掺杂气,采用先进的快热化学气相沉积法(RTCVD)制备了大晶粒的多晶硅薄膜.所制备的薄膜厚度为30~40μm,沉积速率达3~7μm/min.文中还分析了沉积温度对多晶硅薄膜生长速率及晶体微观结构的影响.结果表明:当沉积温度在900~1170℃时,平均生长速率随温度近似单调递增,此时薄膜生长由表面反应阶段控制;随着温度的升高,薄膜平均晶粒尺寸也由900℃时的不足3μm增长到1170℃时的超过30μm;温度较低时,薄膜易向[220]方向生长;温度达到1170℃时,多晶硅薄膜有向[111]方向生长的趋势.     

图形化Si基Ge薄膜热应变的有限元分析

利用有限元方法模拟了图形化Si衬底上外延Ge薄膜的热失配应变,研究了薄膜内部以及表面的应变分布情况,分析了应变与薄膜厚度、衬底尺寸的变化关系.结果表明,热失配应变在异质结构的界面处最大,沿外延层生长方向递减;在薄膜表面,中心区域应变最大,由中心到边缘逐渐减小,边缘发生突变,急剧减小;不同的膜厚下,薄膜表面应变分布规律相同,并且薄膜越厚,应变越小;图形衬底单元的尺寸对薄膜应变有较大的影响,当衬底厚度在6μm以内,宽度在10μm以内时,更有利于薄膜应变的释放.     

乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜单向拉伸性能及黏塑性本构模型

对厚度为250μm的长条形ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)薄膜试样进行了8种定速(拉伸速度由极慢的1mm/min到极快的500mm/min)单向拉伸试验,得到了相应的应力应变曲线、屈服强度、弹性模量等参数随拉伸速率的变化规律.结果表明:ETFE薄膜的屈服强度和屈服应变随拉伸速率的增加而增加;ETFE薄膜的切线、割线弹性模量,以及基于应变能和应变余能的等效弹性模量随拉伸速率的增加而增大,3种弹性模量之间的差值也随拉伸速率的增加而增大.对上述应力应变曲线进行分析,提出了ETFE膜材的黏塑性本构模型(Peirce模型),并在有限元分析软件ANSYS中进行了数值模拟,其结果与试验得出的应力应变曲线吻合较好.     

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.     

高温退火Fe3O4薄膜的结构和磁输运性质研究

利用直流反应磁控溅射方法制备了厚度为480nm,不同掺氧量γ的Fe3O4薄膜,再经过480度80分钟的高温退火处理.系统研究了薄膜的微结构和电、磁输运性质,发现随掺氧量增大,薄膜的电阻率从20.6增大到1100mΩcm,磁滞回线和磁电阻曲线表明在磁特性方面高掺氧量薄膜明显优于低掺氧量薄膜,当掺氧量为0.675:50时室温下薄膜有最大磁电阻2.1%.X射线衍射表明所有的Fe3O4薄膜都显示出外延生成倾向,磁电阻随温度变化曲线证实薄膜在低温时经历Verwey转变.综合比较表明掺氧量为0.65:50和O.675:50的薄膜具有最佳的结构和电磁特性.