非晶金刚石纳米棒阵列制备及其场发射性能

采用磁过滤等离子体结合氧化铝模板技术制备了具有优异场发射性能的非晶金刚石纳米棒阵列膜. 显微分析表明, 阵列棒分布均匀, 棒密度达10⁹ cm^–2. 场发射性能测试表明, 其最低阈值电场为0.16 V/μm, 在2 V/μm较低电场值下可获得最大电流密度180 mA/cm², 并且发射电流在长时间内非常稳定. 利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)和场发射测试装置等手段对样品的形貌、内部结构以及场发射性能进行表征. 初步探讨了非晶金刚石纳米棒阵列场发射机理.     

FAD非晶金刚石薄膜的场电子发射性能研究

利用真空磁过滤弧沉积(FAD)技术制备得到了无氢的非晶碳膜.由于非晶碳膜中数量极高的四面体键(sp~3键)的存在,这种非晶碳膜也可被称作非晶金刚石薄膜.报道了这种非晶金刚石膜的场电子发射特性,并对其能带结构和发射机理进行了研究.实验结果表明,在阈值电场为15V/μm的情况下,测得的场发射电流超过20μA,薄膜的电子发射行为符合Fowler-Nordheim场发射理论.非晶金刚石膜具有负电子亲合势和较小的有效功函数.如此低的阈值电场和高的发射电流,表明这种非晶金刚石薄膜的场电子发射性能已达到甚至超过目前文献上报道的最好结果,为非晶金刚石膜作为场发射材料在平板显示器等真空微电子器件中的实际应用提供了可能性     

ZnO纳米阵列基钙钛矿太阳能电池的光电性能分析

近年来钙钛矿材料CH3NH3Pb X3(X=Cl,I,Br)因其在可见光范围的吸光系数大、成本低廉、能量转换效率高等优势而得到快速发展.本文采用低温化学水浴沉积制备出有序的Zn O纳米阵列,进一步在Zn O纳米阵列上旋涂不同体系的Ti O2,制备出Zn O/Ti O2复合阵列结构作为钙钛矿太阳能电池的电子传输层,通过改变Ti O2掺入体系探究电极的微结构变化和电池光电性能.研究表明,Zn O纳米阵列经过Ti O2浆料处理的复合体系组装的电池具有最优的光电性能,进一步考察Ti O2浆料浓度对电池性能的影响表明,当Ti O2浓度为0.1 mol/L时得到最佳性能,其组装电池的开路电压(Voc)达到0.93 V,短路电流(Jsc)为15.30 m A cm-2,填充因子(FF)为43%,效率(η)为6.07%.效率的提升主要是因为钙钛矿能深入Zn O阵列的间隙,同时在阵列的上部形成了均匀致密的覆盖层,有效提高了电池的光俘获,同时抑制了载流子的复合.在Zn O/Ti O2浆料复合阵列结构优化浆料浓度的基础上,进一步对纳米阵列采用Ti Cl4溶液进行处理,电池的光电性能得到大幅提升:Voc=0.99 V,Jsc=19.09 m A cm-2,FF=58%,效率η达到11%.性能提升的原因主要是Ti Cl4溶液对复合纳米阵列的处理,引入了小Ti O2纳米颗粒到Zn O/Ti O2浆料复合阵列结构中,有效地填补了阵列中的间隙,后续旋涂钙钛矿材料,阵列上部的钙钛矿覆盖层和间隙中的钙钛矿纳米晶,其光照后产生的载流子都可以与电子传输层有很好的接触,从而快速地经由Zn O阵列传导至导电衬底,此外小纳米颗粒的引入,也增大了电极的表面积,提高了对钙钛矿物质的吸附,增大了光俘获,因而电池的整体性能都得到提高.     

基于碳纳米管薄膜的吸附式气体传感器的研究

研究了低温低压化学气相沉积(LPCVD)法生长的多壁碳纳米管薄膜对气体的敏感性. 结果表明纯的多壁碳纳米管薄膜对气体没有明显的气敏特性, 而碳纳米管-二氧化硅复合薄膜表现出对甲烷、氢气和乙炔的敏感性. LPCVD法生长的多壁碳纳米管-二氧化硅复合薄膜由于Schottky结的形成而具有电容性, 被测气体在多壁碳纳米管表面发生化学吸附, 从而调节Schottky结处存在的空间放电区域而导致介电常数改变是其对气体敏感的主要原因.     

纳米硅薄膜材料在场发射压力传感器研制中的应用

设计研制了一种基于量子隧道效应机制的场发射压力传感器原型器件, 用CVD技术制备了粒径为3 ~ 9 nm, 厚度为30 ~ 40 nm的纳米硅薄膜, 并同时把这种低维材料引入到传感器阴极发射尖锥的制作, 形成纳米硅薄膜为实体的发射体结构. 用HREM及TED分析了纳米硅态的显微特性, 用场发射扫描电子显微镜SEM分析了发射体及阵列的微观结构, 用HP4145B晶体管参数测试仪考察了传感器件的场发射特性. 实验结果表明, 当外加电场为5.6×10⁵ V/m时, 器件有效区域发射电流密度可达53.5 A/m².     

界面过渡层对非晶金刚石薄膜电子场发射性能的影响

在Au/Si和Ti/Si和Si 3种不同的衬底材料上 ,通过真空磁过滤弧源沉积技术制备了无氢高sp3 键含量非晶金刚石薄膜 (amorphousdiamond ,AD) .使用阳极覆盖有低压荧光粉的二极管型结构 ,对其电子场发射性能和荧光显示进行了研究 .测试表明 ,衬底过渡层对非晶金刚石薄膜的场发射行为产生重大的影响 .通过二次离子质谱 (SIMS)测试分析了AD/Ti/Si和AD/Si中界面的成分分布 .由于Ti和C之间的互扩散和反应 ,存在一定的浓度梯度 ,形成了衬底和AD薄膜之间良好的接触 ,有效降低了界面的接触势垒高度 ,使电子容易从衬底进入到AD薄膜中去 ,从而显著改善了AD薄膜的电子场发射性能 .在电场强度E =1 9 7V/ μm时 ,获得的电子场发射电流密度为 0 35 2mA/cm2 ,大大高于同场强下AD/Au/Si和Au/Si的数值 .     

多壁碳纳米管-氧化铝复合材料的制备及其力学、电学性能研究

研究了热压制备的多壁碳纳米管-氧化铝复合材料的力学、电学性能及与显微结构的关系. 通过添加4%(质量分数)的MWNTs(多壁碳纳米管), 所得材料的断裂韧性KIC达到5.55 MPa·m^1/2, 是相同条件下所得纯氧化铝断裂韧性的1.8倍. 通过SEM观察发现, 其增韧机制主要是碳纳米管对氧化铝晶界的钉扎机制, 碳纳米管的拔出机制也有一定的作用. 添加2%(质量分数)MWNTs, 并采用不同的分散混合方式, 在相同烧结成型条件下所得复合材料的KIC为3.97 MPa·m^1/2, 和纯氧化铝相比有所提高; 而其电阻率达到8.4×10^-3 W·m, 和纯氧化铝相比, 降低了14个数量级. 研究发现, 碳纳米管在复合材料中的增韧和提高导电性能方面的差异和复合材料的显微结构有很大的关系, 而显微结构的差异又和制备工艺之间有直接的联系.     

原位扫描电压法除去多壁碳纳米管的管壁

碳纳米管可以具有金属性或半导体性, 这依赖于它们的手性. IBM公司有选择性地除去了多壁碳纳米管的管壁, 将多壁碳纳米管转变为具有金属性或半导体性的导体. 他们是将碳纳米管置于空气中, 并将其两端施加恒定的偏压实现的. 这里报道一种方法, 即在真空中碳纳米管两端通过反复施加扫描偏压, 原位除去单根多壁碳纳米管的管壁. 碳纳米管最外层与电极的直接接触及其热导率的高度各向异性促进了管壁的一一除去.     

一步法制备核壳结构的碳纳米管

采用微波辅助多元醇还原法一步制备了纳米镍和包覆镍的多壁碳纳米管.利用拉曼光谱仪、透射电子显微镜、X 射线衍射仪和振动样品磁强计等测试手段对产物的拉曼光谱、形貌、物相和磁性进行分析. 结果表明, 当有黑色悬浮物镍出现, 继续反应, 由于镍金属的微波涡流效应产生的电火花, 可合成碳纳米管. 研究发现, 所制备的碳纳米管是多壁的, 管径约为18~20 nm. 该镍/碳纳米管核壳结构的磁滞回线有别于单一的纳米镍.     

硅离子注入聚合物表面改性的研究

采用MEVVA离子注入机引出的Si离子对聚酯薄膜(PET)进行了改性研究, 原子力显微镜观察表明, 注入后的聚酯膜表面比未注入PET更光滑. 用透射电子显微镜观察了注入聚酯膜的横截面表明, 注入层结构发生了明显的变化. 红外吸收测量揭示了Si-C和C-C的形成. 说明了碳化硅和碳颗粒的形成. 这些颗粒增强了注入层表面强化效果, 改善了表面导电特性. 表面电阻率随注入量的增加而明显地下降. 当硅注入量为2×10¹⁷ cm^-2时, PET表面电阻率小于7.9 W·m. 用纳米硬度计测量显示, Si离子注入可明显地提高聚酯膜表面硬度和杨氏模量. 表面硬度和杨氏模量分别比未注入PET时大12.5和2.45倍. 硅注入表面划痕截面比未注入PET的划痕窄而浅. 说明表面抗磨损特性得到了极大的增强. 最后讨论了Si离子注入聚酯膜改善特性的机理.     

金属离子注入聚合物纳米结构形成和导电机理

采用MEVVA离子注入机引出的Ag, Cu, Ti和Si离子注入聚酯薄膜, 注入后的聚酯膜电阻率大大降低了. 用透射电子显微镜观察注入聚酯膜的横截面,TEM照片表明,在注入层中形成了纳米金属颗粒和富集的碳颗粒. 用X射线衍射测量了注入层中结构的变化和新相的形成,进而讨论了金属离子注入聚酯膜的导电机理.     

超灵敏、宽频域新型柔性仿生振动传感器

信息化社会对电子产品的柔性化、便携性(轻薄、可折叠、可穿戴)的需求日益增加,最近的研究表明,利用碳纳米管优异的电学、力学特性和纳米尺度效应而设计出的柔性纳米传感器表现出更高的灵敏度、更快速的响应-恢复时间等优异的特性.本文基于多壁碳纳米管(multiwalled carbon nanotube,MWNT)复合材料,采用一种简单喷涂成膜的方法制备了具有空腔结构的柔性仿生振动传感器,该柔性仿生振动传感器时间分辨短(22.7μs),信噪比高(55 dB),检测范围宽(20~22000 Hz),可以高质量地实时检测并记录声音信息,在声音检测以及构筑电子耳膜来治疗耳膜损伤导致的耳聋等方面提供了新的可能性方案.     

超薄Al2O3绝缘栅AlGaN/GaN MOS-HEMT器件研究

采用原子层淀积（ALD）,实现超薄（3.5nm）Al2O3为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管（MOS-HEMT）.新型AlGaN/GaN MOS-HEMT器件栅长0.8μm,栅宽60μm,栅压为＋3.0V时最大饱和输出电流达到800mA/mm,最大跨导达到150ms/mm,与同样尺寸的AlGaN/GaNHEMT器件相比,栅泄漏电流比MES结构的HEMT降低两个数量级,开启电压保持在？5.0V.C-V测量表明Al2O3能够与AlGaN形成高质量的Al2O3/AlGaN界面.     

超薄Al_2O_3绝缘栅AlGaN/GaN MOS-HEMT器件研究

采用原子层淀积(ALD),实现超薄(3.5nm)Al2O3为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT).新型AlGaN/GaN MOS-HEMT器件栅长0.8μm,栅宽60μm,栅压为+3.0V时最大饱和输出电流达到800mA/mm,最大跨导达到150ms/mm,与同样尺寸的AlGaN/GaNHEMT器件相比,栅泄漏电流比MES结构的HEMT降低两个数量级,开启电压保持在?5.0V.C-V测量表明Al2O3能够与AlGaN形成高质量的Al2O3/AlGaN界面.     

干凝胶法制备惯性约束聚变靶用厚壁空心玻璃微球

为实现惯性约束聚变靶用厚壁（5～10μm）空心玻璃微球（Hollow Glass Microsphere,HGM）的干凝胶法制备,从数值模拟和工艺实验两个方面研究了玻璃配方发泡剂种类和含量、炉内载气组分、压力和温度对厚壁HGM制备过程及其壁厚的影响.结果表明,针对厚壁HGM在炉内成球过程中停留时间短的特点,需要对玻璃配方以高表面张力和低高温粘度为目标进行优化设计,需选用分解温度高和分解速率慢的发泡剂,并对发泡剂含量进行精确控制.提高载气中氩气的体积比例有利于增加HGM的厚壁.由于载气压力可调范围有限,提高载气压力不能显著增大HGM的壁厚.升高载气温度将减小HGM的壁厚,但有利于提高HGM的品质和合格率.当载气中氩气的体积分数在80%～95%、载气压力在1.0×105～1.25×105Pa、炉温在1600°C～1800°C时,能制备得到壁厚5～10μm、直径200～300μm的HGM,其球形度、壁厚均匀性和表面光洁度较好,但合格率还有待进一步提高.厚壁HGM的抗压强度、抗张强度和对氘气的渗透系数都随着壁厚的增大而逐渐下降.     

前驱体中Bi含量对Bi_(3.4)Ce_(0.6)Ti_3O_(12)薄膜结构和性能的影响

分别配制了Bi含量为90,100和110mole%的前驱体,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备Bi3.4Ce0.6Ti3O12薄膜,研究前驱体中Bi含量对其微观结构和铁电性能的影响.前驱体中Bi含量增加可以有效地改善薄膜的结晶性能和表面形貌.对Pt/Bi3.4Ce0.6Ti3O12/Pt电容结构进行电学性能测量,发现Bi过量10%的前驱体制备的Bi3.4Ce0.6Ti3O12薄膜具有较好的性能:室温下,在测试频率1kHz时,其介电常数为172,介电损耗为0.033;在测试电场为600kV/cm时,其剩余极化值(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别达到67.1μC/cm2和299.7kV/cm;同时还表现出良好的抗疲劳特性和绝缘性能.     

TiO_2纳米阵列的制备、表面修饰及其在钙钛矿太阳电池中的应用

一维TiO_2纳米阵列具有直接的电子传输通道,在太阳电池中作为电子传导材料引起了广泛的关注.以水热法制备的金红石相TiO_2纳米阵列作为有机无机杂化钙钛矿太阳电池电子传导支架,系统研究了TiO_2致密层引入对纳米阵列生长和组装器件光电性能的影响;考察了TiO_2纳米棒棒长和TiCl_4水浴处理等对纳米阵列微结构和组装电池光电性能的影响.致密层的引入有利于获得垂直取向TiO_2纳米阵列,纳米棒棒长的优化有利于光生载流子的快速分离和传导,而采用TiCl_4水浴处理TiO_2纳米阵列,不仅增大了纳米阵列的比表面积,有利于吸附更多的钙钛矿晶体和提升电池对光的俘获,同时TiCl_4水浴处理产生的小纳米颗粒有助于填补钙钛矿晶体与纳米阵列间的缝隙,促进更好的界面接触,从而抑制载流子传导过程中的复合,提升电池性能.在引入TiO_2致密层后,进一步采用0.1 mol/L TiCl_4处理的TiO_2纳米阵列组装的电池展现最优的光电性能,其短路电流密度、开路电压、填充因子分别达到22.88 mA/cm~2,1.04 V和63.58%,电池的能量转化效率达到15.11%.     

平面多层介质中空域Green函数的高效算法与应用

基于偶极子场理论，经过4个基本函数重构所有的矢量势和标量势谱域Green函数，并利用二级离散复镜像方法和高阶Sommerfeld恒等式，提出一种平面多层介质中的空域Green函数的高效算法．算法的优势在于：避免了利用传输线理论时需重写谱域Green函数各个分量，从而在不改变当前积分路径的前提下，直接提取表面波的影响，得到近区场和远区场都适用的空域Green函数，同时，有效地避免了电磁场混合势积分方程中电流（磁流）产生磁场（电场）的旋度因子，十分方便分析平面分层介质中三维结构的电磁散射和辐射特征，通过平面微带周期光子带隙（PBG）结构的S参数、大型微带天线阵列的雷达散射截面和平面分层介质中具有三维结构的目标的辐射场、散射场特性的数值分析，证明算法的有效性和正确性。     

全金属支杆阵列多稳态被动转换及滞后阻尼特性

海洋结构趋向于更大型化,需以高刚度承担更大负荷,结构就不能很好地适应动态负载,动载低衰减传播将导致设备损坏和人员不适,但传统黏性阻尼减振结构的刚度较低,可能降低静态负载.为使减振结构同时具有高承载和高阻尼性能,本文基于稳定理论设计了多稳态被动转换支杆阵列,位移加载下压杆出现直杆-局部弯曲-整体弯曲3个稳定支撑状态,由此产生负刚度使激励-响应曲线形成滞后回环;进一步提出了线性弹簧-多稳态压杆并联结构,位移或力动态加载下该类结构都可发生多稳态转换,实现静态高刚度和动态高耗散,并以有限元模拟讨论了耗散特性的几何参数相关性.     

多层电路板的深层充电研究

以欧空局的FLUMIC2模型为输入电子能谱,基于Monte Carlo方法和辐射诱导电导率模型进行多层电路板充电分析,可模拟地球同步轨道上有2 mm铝层屏蔽时的多层FR4印刷电路板的深层充电过程,得到电场和电势随介质深度的变化.研究发现与双面接地电路板相比较,电路板四层铺铜接地内部最大充电电场减少54%,有效地减小介质内部电场,降低深层放电风险.充电时间常数和电介质的物理特性有关而与电路板分层情况无关.分析各接地层的电流,两层电路板为90~150 p A m?2,四层电路板为10~100 p A m?2.