Molecular dynamics simulations of non-Fourier heat conduction

Unsteady heat conduction is known to deviate significantly from Fourier＇s law when the system time and length scales are within certain temporal and spatial windows of relaxation. Classical molecular dynamics simulations were used to investigate unsteady heat conduction in argon thin films with a sudden temperature increase or heat flux at one surface to study the non-Fourier heat conduction effects in argon thin films. The studies were conducted with both pure argon films and films with vacancy defects. The temperature profiles in the argon films showed the existence of mechanical waves when the thin film was suddenly heated and the wave nature of the heat propagation. The flux phase relaxation time, Zq, and the temperature phase relaxation time,τt, were calculated from the temporal variations of the energy flux and temperature distribution in the film. Comparisons of the MD temperature profiles with temperature profiles predicted by Fourier＇s law show that Fourier＇s law is not able to predict the temperature variations with time. Different film thicknesses were also studied to illustrate the variation of the time needed for the films to reach steady-state temperature profiles after a sudden temperature rise at one surface and to illustrate the finite speed of the energy waves.     

相变微胶囊半径及含量对织物热湿性能影响数值研究

为了指导织物内相变材料的设计,基于织物热湿耦合模型,发展了一个考虑附加相变微胶囊影响的织物内热湿传递模型．采用控制体积法和有限差分法对模型方程进行了求解．预测结果和实验数据吻合良好．基于所建模型,研究了相变微胶囊半径及含量对织物热湿性能影响．数值结果表明,在当织物温度达到相变材料（PCM）的相变温度区间时,相变材料具有延迟织物内温度变化作用．PCM半径越小延迟温度变化幅度越大,但延迟时间短．PCM含量越多延迟织物温度变化的效果越好．     

近液相线半连续铸造中凝固组织的多尺度模拟

建立了描述连续铸造过程的温度场模型及相变模型,通过固相率变化将宏观和介观尺度上的模拟耦合起来.利用外推边界条件对Al-Cu合金在近液相线半连续铸造过程的稳态温度场进行了计算;根据连续铸造特点,提出了用液/固相变区域中元胞的平均过冷度作为形核计算的基本参数,避免了铸件中心区域的多余形核问题.对Al-(3.5~10)%Cu合金、铸造速度为2.0 mm/s的液相线铸造的凝固组织进行了模拟,并且ZL201合金的模拟结果与实验吻合.计算表明:合金成分对半固态合金组织的形成有较大影响,当合金质量分数在(8~10)%时可获得晶粒大小和分布良好的合金组织.     

热丝化学气相法合成金刚石的温度场仿真及试验

为了对热丝化学气相法沉积金刚石薄膜的工艺进行优化,提出了以有限元法模拟金刚石薄膜沉积系统三维温度场的新方法.在有限元仿真中,分析了温度场中热丝温度、直径、热丝排布、热丝与衬底距离等参数对衬底温度及均匀性的影响.在此基础上,通过热丝化学气相法沉积金刚石薄膜和生长单晶金刚石颗粒的试验验证了仿真结果的正确性.实验和仿真结果一致表明,热丝排布以及热丝与衬底间距离是影响金刚石薄膜沉积温度场的主要因素.     

导电原子力显微镜在介质薄膜电流图像检测中产生的假像

对导电原子力显微镜在介质层电流图像检测中存在的假像进行了研究。发现这种假像归因于导电探针针尖较大的直径,其大小与被检测样品表面的缺陷点、漏洞、沟穴大小相关。研究表明,为提高图像分辨率,避免检测过程中存在的假像,需要使用具有纳米直径针尖的超尖导电探针。     

毛细蒸发相变界面的数学模型和机理

通过对毛细蒸发相变界面的机理研究,提出了热流对毛细抽吸两相流体回路和回路热管蒸发冷凝界面的影响,推导出蒸发冷凝相变界面的一个新的修正的杨一拉普拉斯方程;采用热力学理论,分析和建立了这一驱动机制的简化数学模型;推导出由于热作用对杨一拉普拉斯方程及相变界面的影响,并得出毛细半径与蒸发温度以及热流密度之间的关系式,对毛细芯热管的驱动原理作出新的阐释.     

多孔薄膜介电常数的测试方法研究

为了降低超大规模集成电路中的信号传输延迟和串扰,多孔低k薄膜材料日益受到人们广泛关注。介绍了测试多孔低k薄膜材料介电常数的几种常用方法及其原理和优缺点,并详细分析了不同的测试方法对测试结果产生的影响。     

衬底偏压对γ-′Fe_4N薄膜磁性的影响

采用直流磁控溅射方法, 以Ar/N2(N2/(Ar N2)=10%)为放电气体, 在Si(100)单晶衬底上获得了γ′-Fe4N薄膜样品. 利用X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)研究衬底偏压对γ′-Fe4N薄膜样品的影响. 结果表明, 随着衬底负偏压的增大, γ′-Fe4N薄膜样品的晶胞参数减小, Fe和N的化合效率与样品的致密度提高, 表面缺陷减少, 矫顽力降低.     

TiNi形状记忆合金薄膜结晶粒子的长大行为

将采用直流磁控溅射方法制备的TiNi薄膜沉积在玻璃衬底上, 在退火温度为500 ℃时, 应用X射线衍射（XRD）和小角X射线散射（SAXS）研究室温溅射的TiNi合金薄膜结晶粒子的长大行为. 结果表明, 薄膜中的晶化粒子约在前13 min以成核的方式生成, 而在13 min后不断长大, R₃G与退火时间t的关系不完全满足Lifshitz’s动力学理论.      

纳米TiO_2的低温制备及光催化活性研究

以钛酸丁酯为前躯体,在低温(40℃)下制备了TiO2薄膜,并评价其光催化活性.结果表明:在40℃条件下制备的光催化剂,具有锐钛矿相和板钛矿相两种晶相,粒径为5 nm.光催化甲醛实验表明,制备的TiO2薄膜不需经过高温处理,光照2 h甲醛的降解率达60%,且稳定性较好,可重复使用.