基于FIB和TEM的纳米材料中界面分层破坏的实验方法研究与应用

本文针对三维尺寸均处于纳米量级的材料与结构中常见的界面分层破坏问题,利用聚焦离子束技术(FIB)和透射电子显微镜(TEM)开发设计了一套研究纳米材料中界面端部裂纹启裂行为的实验方法.采用FIB成功从宏观多层薄膜材料(硅/铜/氮化硅,Si/Cu/SiN)中切割制备出了由硅基体(Si)和200 nm厚铜薄膜(Cu)及1000 nm厚氮化硅层(SiN)构成的纳米悬臂梁试样.利用高精度微小材料加载装置,在TEM中对该试样进行加载实验,并原位观测了不同试样中Cu/Si界面端部裂纹启裂的行为.通过对启裂瞬时Cu/Si界面上临界应力分布的有限元分析发现,不同尺寸试样中的界面上法向应力与剪切应力均集中在距界面端部100 nm的范围内,且临界法向应力远大于剪切应力.对应力分布的进一步分析则发现,距界面端部5 nm区域内的法向应力场控制着Cu/Si界面的分层破坏过程,可用于表征界面分层破坏的局部控制准则.     

N/C对碳氮膜修饰的多壁碳纳米管细胞相容性的影响

为改善碳纳米管的细胞相容性,通过离子束辅助沉积方法在由化学气相沉淀法制备的多壁碳纳米管表面沉积纳米厚度的碳氮膜以进行表面修饰.通过观察L929小鼠肺部成纤维细胞、EAHY926人内皮细胞和兔血红细胞在修饰前后的碳纳米管表面的黏附和生长状态可知,沉积CNx膜的多壁碳纳米管的细胞相容性优于沉积前,表现出良好的生命活性和增殖状态,同时,较高的N/C比有利于细胞在沉积CNx膜碳纳米管表面的增殖和生长以及细胞形态的伸展.     

周边固定的橡胶薄膜在气压作用下的变形分析

根据Gao提出的橡胶材料的非线性弹性大变形应变能函数,分析了周边固定的橡胶薄膜受气压作用的轴对称问题,推导了此类橡胶薄膜在气压作用下的平衡方程,得到了此类橡胶薄膜的变形曲线.     

薄膜沉积过程的分子动力学模拟

应用嵌入原子势作为势函数，对薄膜沉积过程进行分子动力学模拟，来模拟不同工艺条件下的成膜过程、薄膜质量及各参数变化对成膜的影响．结果表明，衬底温度越高，则原子在薄膜表面的扩散能力越强，薄膜内部的空位密度越小．但衬底温度对薄膜质量的影响只在一定范围内比较明显；原子自身携带的能量越高，则其扩散能力也越强，特别是在衬底温度较低时，这项影响越大；随着原子入射角的增大，薄膜表面的纤维状生长及阴影响应越明显，薄膜的质量则明显下降．     

脉冲激光沉积法原位后退火生长MgB2薄膜的研究

采用脉冲激光沉积的方法在 Al₂O₃（0001）基片上先生成 Mg-B 混和薄膜,然后采用原位后退火的方法生成 MgB₂ 超导薄膜,采用磁测量（M-T）、X射线衍射、扫描电子显微镜技术分析了各种沉积及退火条件对 MgB₂ 超导薄膜表面形貌、晶体结构、超导电性的影响。在沉积温度为 200 ℃,退火时间 5min 时,改变退火温度得到一组薄膜,研究退火温度对超导薄膜性质的影响,得到了转变温度-退火温度曲线。在退火温度为 670℃、720℃ 时,得到了最高的临界转变温度 T_c=33K,X射线衍射结果表明此时的薄膜有 c 轴取向。同时比较了在 200℃ 下沉积,在 670℃ 下分别退火不同时间的薄膜的超导性质。还比较了分别在不同温度下沉积,然后在 670℃ 下退火 5min 的薄膜的超导性质。结果表明,沉积温度和退火温度、退火时间极大的影响了薄膜的各种性质。     

掺杂La3+对纳米TiO2薄膜电极光电催化氧化甲醇的影响

采用改进的溶胶-凝胶法制备了一系列La^3＋掺杂的纳米TiO2薄膜电极．由SEM图可以看出，镧的掺杂使电极表面粒径变小；通过光电化学方法研究发现，当掺杂La^3＋的摩尔分数为0．50％时光电流最大，是纯TiO2电极的2．25倍．用瞬态光电流谱研究了电极在甲醇溶液中的光电转换过程，结果说明TiO2薄膜为N型半导体，镧离子的掺杂改变了电极的表面形貌。     

利用双束技术制备纳米锆氧化物薄膜的研究

作者采用离子束溅射沉积Zr的同时,进行氧离子的轰击,随着注入离子束流密度的变化,所形成的锆氧化物薄膜从非晶态向晶态转化,其形成的晶态薄膜为纳米量级范围内的微晶,实验发现,衬底不同对形成纳米锆氧化物的临界氧离子束流密度也不同,作者还对纳米晶粒的相结构及其化学组成进行了相应的分析。     

溅射于NiMnCo上的TiO2薄膜的结构与相变

利用射频磁控溅射方法以纯金属钛做靶材在氩氧混合气 体中制备了TiO₂薄膜. X射线衍射结果表明, 在NiMnCo合金基底上成功地沉积了 具有金红石、 金红石/锐钛矿和锐钛矿结构的TiO₂薄膜, 工作气压从0.2 Pa变 化到2 Pa, TiO₂薄膜的结构由金红石相变到锐钛矿相. 低于600 nm时, 厚度对T iO₂薄膜结构没有明显影响.     

SmCo(Al,Si)/Cr硬磁薄膜的结构与性能

在优化后的磁控溅射和退火条件下 ,制备SmCo(Al,Si) /Cr硬盘磁记录介质及硬磁薄膜 .实验结果表明 ,Sm摩尔分数为 31.6 % ,Cr缓冲层为 6 6nm ,Sm(Co ,Al,Si) 5磁性层为 30nm时 ,制得的Sm(Co ,Al,Si) 5/Cr薄膜的矫顽力Hc 为 187.8kA/m ,剩磁比S =Mr/Ms≈ 0 .94;在 5 0 0℃保温 2 5min退火后 ,矫顽力Hc 达10 42 .5kA/m ,剩磁比S≈ 0 .92 ,从而制成了较理想的硬磁薄膜     

复合金刚石薄膜的介电特性

利用热丝大面积金刚石薄膜气相合成（CVD）装备制备了复合金刚石薄膜，并对其表面和断面分别进行了扫描电镜（SEM），原子力显微镜（AFM）和Raman光谱表征，研究了该复合结构的介电性能，利用共振电路测量了高频下薄膜的介质损耗与频率的关系，结果表明，复合结构由普通多晶金刚石薄膜和纳米金刚石薄膜组成，薄膜的表层结构体现了纳 米金刚石的特征，复合金刚石薄膜不仅具有表面光滑的优点，介电性能也接近于常规的多晶金刚石薄膜，是一种较好的电子材料，可应用于金刚石薄膜半导体器件的制备。