基于碳纳米管压阻效应的复合材料结构健康监测技术

复合材料结构健康监测技术是一个重要的发展方向,不断出现新的监测方法,而碳纳米管(CNT)因具有优越的传感特性得到了广泛的关注。介绍了碳纳米管及其压阻效应的形成机理,并总结了碳纳米管膜所具有的压阻特性及其相关的应用研究进展,设计了利用碳纳米管压阻效应制成的聚合物薄膜传感器在复合材料结构健康监测(SHM)中进行应用的研究方案。其中,传感器采用表面贴覆的方法和阵列式监测原理,结合特征提取、模式识别等信号处理方法,实现对复合材料的早期损伤及其类型进行预测、识别和定位等功能。     

电化学沉积铁-非晶碳磁性纳米复合薄膜北大核心CSCD

利用液相电化学方法,以乙酰丙酮铁的甲醇溶液为碳源,在单晶硅表面制备了铁-非晶碳磁性纳米复合薄膜。通过扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱和Raman光谱技术分析了薄膜组成、形貌和结构。结果表明:Fe掺杂的非晶碳膜为含有Fe、Fe_3O_4纳米晶和非晶碳基的复合结构。和未掺杂非晶碳膜相比,Fe掺杂的薄膜具有更高的sp2碳含量和无序度。磁滞回线显示Fe掺杂的薄膜具有软磁特性,沿薄膜表面方向为易磁化方向。     

Si（100）上异质外延金刚石膜生长及其应用研究

利用负衬底偏压和发射电子增强核化的方法,通过微波等离子体和热灯丝CVD法在Si(100)上合成出了高度定向的异质外延金刚石膜。并利用冷离子注入和快速退火处理完成P型掺杂异质外延金刚石膜的制作,研制出高灵敏度的压阻和磁阻传感器件。试验结果表明,这些器件不仅具有高灵敏度,而且在高温、高辐射和强化学腐蚀的环境下仍能正常工作。     

Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶合金薄膜压磁效应的特征及负压磁效应现象研究

本文以Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉非晶合金薄膜作为研究对象,研究了其压磁效应的特征及其负压磁效应现象。研究结果表明,淬态下的Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉非晶合金薄膜在0-0.6KPa压力带具有显著的正压磁效应,随着压应力增大,薄膜电感值下降。当压应力σ=0.6kPa时,压磁效应值Si%达到5.5%;环境温度对压磁效应灵敏度有影响,在20~30 ℃范围内,压磁效应和灵敏度稳定性最好,随着环境温度升高,薄膜灵敏度和压磁效应值均降低;薄膜经过退火处理后,薄膜内应力状态会发生变化,当退火温度≧350℃时,薄膜的压磁效应类型由“正压磁效应”转变为“负压磁效应”,且随着薄膜中内应力降低,|Si%|值下降,且薄膜的压磁效应受环境温度影响减小。当退火温度为555℃时,|Si%|值最小,σ=0.66kPa时,|Si%|值0.5%;当退火温度达到薄膜的晶化温度时,薄膜的压磁效应受环境温度影响最小。     

基体负偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

采用自主研制的45°单弯曲磁过滤阴极电弧沉积系统于Si基体表面制备了四面体非晶碳(ta–C)膜,研究了基体负偏压对薄膜沉积速率、成分、力学性能及摩擦学性能的影响规律。结果表明,随基体负偏压升高,ta–C膜sp3键含量呈先增后减的变化趋势,在-50 V时达到最大值（约64%）;其硬度和弹性模量呈相似的变化规律,在-50 V偏压下获得最大值(48.22 GPa和388.52 GPa)。ta–C薄膜的摩擦学性能与其sp3碳杂化键的含量密切相关,在-50 V偏压下制备的薄膜具有最小平均摩擦系数值（0.10）。可见,采用单弯曲磁过滤阴极弧电弧制备ta–C薄膜的力学和摩擦学特性主要受薄膜中sp3键含量的制约。     

Co-C颗粒膜的结构、磁性能和GMR效应研究

采用直流磁控溅射技术,在n-Si(100)衬底上制备了Cox C100-x(x=2.5～50,at%)颗粒膜,并对薄膜的结构、形貌、磁性能和巨磁电阻(GMR)效应做了系统的研究。结果表明:制备态的Co-C薄膜为非晶结构,且表面光滑、颗粒尺寸及膜厚度均匀;随热处理温度的增加,Co成分在300℃逐渐开始晶化,400℃基本晶化完全,500℃度的时候膜层开始出现裂纹;拉曼光谱显示制备态薄膜为类金刚石(DLC)薄膜;X射线光电子能谱(XPS)分析表明,包埋在碳基薄膜中的Co掺杂纳米颗粒以单质形态存在,没有Co的碳化物出现,且Co掺杂没有促进碳膜的石墨化,Co-C纳米复合薄膜组成了一个互不相溶的金属/绝缘体体系;磁性能测试显示薄膜的饱和磁化强度(Ms)和矫顽力(Hc)与Co的含量和颗粒的晶化程度有密切关系;磁电阻测量结果表明Co2.5C97.5薄膜具有高达36%的正GMR效应,GMR效应遵循输运通道的转变机制。     

淀粉包覆纳米银粒子的简易合成及其抗菌性能

采用直流磁控溅射技术,在n-Si (100)衬底上制备了CoxC100-x(x=2.5～50,at％)颗粒膜,并对薄膜的结构、形貌、磁性能和巨磁电阻(GMR)效应做了系统的研究.结果表明:制备态的Co-C薄膜为非晶结构,且表面光滑、颗粒尺寸及膜厚度均匀;随热处理温度的增加,Co成分在300℃逐渐开始晶化,400℃基本晶化完全,500℃度的时候膜层开始出现裂纹;拉曼光谱显示制备态薄膜为类金刚石(DLC)薄膜;X射线光电子能谱(XPS)分析表明,包埋在碳基薄膜中的Co掺杂纳米颗粒以单质形态存在,没有Co的碳化物出现,且Co掺杂没有促进碳膜的石墨化,Co-C纳米复合薄膜组成了一个互不相溶的金属/绝缘体体系;磁性能测试显示薄膜的饱和磁化强度(Ms)和矫顽力(Hc)与Co的含量和颗粒的晶化程度有密切关系;磁电阻测量结果表明Co2.5C97.5薄膜具有高达36％的正GMR效应,GMR效应遵循输运通道的转变机制.     

硅烷流量对钛合金双极板表面改性碳膜性能的影响

目的通过对钛合金基底进行表面改性,提高其作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)金属双极板的耐蚀导电性能。方法通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD),调控不同的Si H4流量(0～10 mL/min),在钛基底表面制备了含硅非晶碳膜。利用电化学工作站、界面接触电阻测量仪、水接触角测量仪、纳米压痕仪,分别测试了薄膜的耐蚀性、导电性、疏水性和力学性能。通过拉曼光谱分析了腐蚀前后薄膜内部杂化比变化,并结合扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜研究了薄膜厚度、腐蚀形貌和内部结构。结果 SiH4流量为8m L/min时,制备的含硅非晶碳膜具有最佳耐蚀性和导电性,该含硅非晶碳膜水接触角为102.91°,硬度为9.28 GPa,弹性模量为60.34 GPa,厚度为2.822μm。其动电位腐蚀电流密度为0.017μA/cm2,相比钛基底提升3个数量级(80.51μA/cm~2),在1.4 MPa压力下,其界面接触电阻为47.06 mΩ·cm~2。结论硅的引入诱导非晶碳膜生成类石墨烯结构,提高了非晶碳膜的导电性能和耐蚀性能,提升了薄膜的力学性能及疏水性。用含硅非晶碳膜对钛双极板进行表面改性,有望显著提高极板的燃料电池性能。     

热蒸发法制备Mg和Mg-Ni薄膜及其氢化性能

采用热蒸发法制备了纯Mg膜及Mg78Ni22合金膜，研究了薄膜的结构及其氢化性能．Mg膜具有典型的柱状晶结构，择优取向生长趋势明显；Mg78Ni22薄膜由纳米晶Mg2Ni，Mg及少量非晶组成，Mg2Ni相沿着平行于薄膜表面的(001)方向择优生长．纯Mg膜的吸放氢温度分别为593和653K，其吸氢过程遵循形核长大机制．Mg78Ni22薄膜的压力一组成等温曲线存在低压和高压两个平台区，分别对应Mg和Mg2Ni的氢化反应，薄膜内Mg的吸放氢温度可分别降至473和503K，薄膜的最大吸氢量(质量分数)达到5．7％．Mg的氢化性能改善与薄膜中纳米晶Mg2Ni和非晶相起到的催化作用有关．     

非晶碳基薄膜及其表面织构化后的水润滑性能研究进展

非晶碳基薄膜在水中具有低摩擦磨损特性和好的耐腐蚀性,但在摩擦过程中容易发生局部剥落,进一步提高薄膜在水中的承载力是目前的热点研究方向之一.在综合分析非晶碳基薄膜的摩擦学性能及其改性,以及采用表面织构化提高材料承载力的基础上,阐述了将两者相结合以改善薄膜整体性能的研究现状和发展前景.     

硅芯片外引线键合的热压焊装置及焊接工艺

针对压阻式微型压力传感器封装工艺中,硅芯片外引线键合的要求,分析了热压焊引线键合原理,研制了热压焊装置.在扫描电镜下,对键合点进行了微观分析.使用接合强度测试仪对压焊键合点强度进行了拉断试验,测得键合强度拉断力都在0.17 N之上.通过对金铝压焊处金属间化合物及其扩散深度随温度增长关系的研究,键合时调节压焊控制台电压使衬底温度保持在150～200℃,压焊头辟刀温度保持在150℃左右,从而保证了压焊点接触的可靠性.     

Electrical conduction behavior of cement-matrix composites

In this work, the electrical conduction behavior of cement-matrix composites is reviewed, with a focus on the resistive, thermoelectric and electromagnetic behavior, in addition to the effect of strain and of damage on the resistive behavior. Admixtures such as short fibers are effective for enhancing the electrical behavior and for providing p-type and n-type cement matrix composites.     

衬底类型对粘贴芯片表面残余应力的影响

封装所导致的残余应力是电子器件封装和组装重点关注的问题,本工作利用硅压阻传感器,实时原位地记录了在不同基板材料（FR4和Al2O3陶瓷）上粘接剂固化过程中的应力变化和残余应力的分布状况,研究表明,在不同基板材料上固化时,应力演化过程不同,Al2O3陶瓷基板上芯片的残余应力明显低于FR4基板。     

发动机凸轮表面耐磨减摩薄膜的制备与表征

采用闭环磁场非平衡磁控溅射技术在发动机80B钢凸轮表面分别制备了类金刚石(DLC)和CrTiAlN两种薄膜,并从显微硬度、微观形貌、摩擦因数和磨损量、接触疲劳寿命等方面对薄膜进行了表征。结果表明,薄膜硬度大于凸轮基体材料,薄膜均匀致密且膜基结合良好;镀膜凸轮在油润滑下的情况下减摩效果不明显,但耐磨性能大大提升,且其接触疲劳寿命均明显提高为凸轮基体的约2.5倍。DLC薄膜由于在摩擦的过程中形成了转移膜从而具有较小的磨损量和较高的抗接触疲劳寿命,在大马力发动机上具有更广阔的应用前景。     

电弧离子镀技术及其在硬质薄膜方面的应用

从电弧蒸发源控制技术和大颗粒过滤技术出发,论述了电弧离子镀技术最近的发展成果,并总结了电弧离子镀技术在氮化物、氧化物、非晶碳等薄膜方面的技术应用进展,以期能对我国电弧离子镀技术及其在硬质薄膜方面的应用起到一定的参考作用。     

IN SITU TEM OBSERVATION OF AMORPHOUS Nd_xFe_(1-x)THIN FILMS AND THEIR CRYSTALLIZATION

The room temperature stability and crystallization of amorphous Nd_xFe_(1-x)thin filmswith x=0.06—0.90,prepared by flash evaporation at 77 K,were investigated by X-raydiffraction and TEM observation.The amorphous Nd_xFe_(1-x)films are stable at roomtemperature when 0.19相似文献   

IN SITU TEM OBSERVATION OF AMORPHOUS Nd_χFe_(1-χ) THIN FILMS AND THEIR CRYSTALLIZATION

用X射线衍射和透射电镜研究了用闪蒸法(Flash evaporation)在77K制备的Nd_xFe_(1-x)(X=0.06-0.90)非晶薄膜的室温稳定性及其晶化过程 当0.19相似文献   

NdxFe1—x非晶膜及其晶化过程的TEM原位观察

用X射线衍射和透射电镜研究了用闪蒸法(Flash evaporation)在77K制备的Nd_xFe_(1-x)(X=0.06-0.90)非晶薄膜的室温稳定性及其晶化过程当0.19相似文献   

铌-铬复合溅射膜对锆合金基体的附着性

研究了铬膜和铌膜的复合对锆合金基体上制备的商流磁控溅射薄膜附着性的影响。使用扫描电镜(SEM)观察了膜层界面，用原子力显微镜(AFM)观察了膜层表而，用划痕法测定了薄膜的附着性。结果表明：膜／基界面结合良好，界面成分升降区狭窄；铬膜与铌膜组成的复合薄膜结合紧密；铬膜的组织为致密、边界孔洞少的纤维状晶粒，铬膜厚度为2μm时，晶粒仍为业微米级，但晶粒顶而已出现拱形；膜厚同为2μm时，外层1μm铌膜 内层1μm铬膜组成的复合膜的附着性分别是外层1μm铬膜 内层1μm铌膜组成的复合膜的2．35倍、2μm铬膜附着性的3倍，其原因在于膜层组织及力学性能变化、铌膜韧性好和复合顺序。因此，依靠铬膜厚度的增加米提高铬膜保护性的方法具有较大局限性，通过在一定厚度的铬膜外复合铌膜的方法则有较好的可行性。     

反应溅射TiO/AlO和TiN/AlN薄膜的微结构与力学性能

采用Ti-Al镶嵌复合靶在Ar、N2和O2混合气体中反应溅射制备了一系列TiO/AlO和TiN/AlN薄膜,并采用EDS、XRD、TEM、AFM、SEM和微力学探针研究了薄膜的化学成分、微结构和力学性能.结果表明,随氧分压的提高,TiO/AlO和TiN/AlN薄膜中的氧含量逐步增加,氮含量相应减少,但其(Ti Al):(O N)仍保持约为1:1的化学计量比.薄膜保持与(Ti,Al)N薄膜相同的NaCl结构,并形成强烈(200)织构的柱状晶.与此同时,TiO/AlO和TiN/AlN薄膜的硬度和弹性模量也仍保持在与TiN/AlN薄膜相当的35GPa和370～420GPa的高值.由于薄膜中形成了相当含量的氧化物,这类薄膜的抗氧化能力有望得到提高.