声子晶体增材制造的研究进展

声子晶体是一种超材料,通过人工设计的结构单胞可以形成周期性结构阵列,实现从Hz到THz频率范围内波的调谐和控制,在工业领域具有良好的应用前景.通过声子晶体实现波的负折射、负反射、自准直等现象的定量控制需要设计具有复杂结构的声子晶体单胞,而增材制造为这种声子晶体提供了制备技术.文中回顾了声子晶体的发展和工业应用、声子晶体的增材制造技术及制造中面临的问题,探讨了增材制造工艺参数和声子晶体服役性能之间的关联性.通过相场法模拟了工艺参数对熔池凝固的影响,采用搅拌摩擦增材制造制备了声子晶体单胞,比较了加工工艺所导致的结构变形对声子晶体带隙特性的影响.研究表明,增材制造工艺会影响所制备声子晶体结构中材料的微观结构、力学性能、密度和结构变形等,从而使声子晶体的服役性能与理论设计出现偏差,对增材制造工艺的控形与控性有助于量化控制所制备声子晶体的服役性能和带隙特性.     

利用无容器凝固BaTi2O5非晶球组装三维光子晶体及能带分析

应用无容器凝固法制备构造光子晶体的微球,获得批量成分均匀、尺寸均一的高折射率钛氧玻璃非晶球,并通过空间限位组装排列成三维蛋白石结构光子晶体。用平面波展开法模拟不同折射率的球所堆积的光子晶体的能带结构,分析了折射率对带隙位置和宽度的影响。结果表明,非晶球组成的三维蛋白石结构形成了不完全带隙,在该结构中沿[111]方向上,带隙随折射率的增大逐渐变窄并且向低频方向移动。     

电场诱导沉积方法制备PLZT基单层有序周期结构多孔薄膜

利用电泳组装聚苯乙烯微球单层模板为基础,以溶胶-凝胶方法制备含有纳米粒子的母液,通过电场诱导母液中纳米粒子填充模板孔隙,制备具有反演结构的PLZT有序多孔薄膜.通过SEM和XRD分析,分别给出通过电场诱导PLZT凝胶中纳米粒子沉积得到了单层有序周期结构的微观结构形貌及晶相组成.提供一种简单的制备而为铁电有序微结构的方法,可以用于功能陶瓷基光子带隙材料的研究.     

流体特性对周期管路弯曲振动带隙的影响

基于声子晶体理论,将液压管路设计成由钢管和挠性软管组成的周期结构,利用其带隙特性实现液压系统的振动控制。分别采用传递矩阵法和有限元法对周期管路的能带结构和振动传递特性进行了计算,同时深入研究了压力和黏度对周期管路带隙特性的影响。结果表明,周期管路在1 000 Hz以下的低频范围内具有良好的减振性能,能够有效的抑制液压管路中弯曲振动的传播;流体压力导致周期管路弯曲振动带隙升高,而流体黏度则其没有任何影响。文中的研究为液压管路的振动控制提供了一条新的技术途径。     

ZrO_2上转换反蛋白石光子晶体的制备及发光调控研究

采用自组装方法和溶胶凝胶法制备了光子带隙位于489和543nm的2种Yb~(3+),Tb~(3+)共掺杂的ZrO_2反蛋白石光子晶体,并研究了光子带隙对Tb~(3+)离子490和545nm的上转换发光的调控。研究发现:Yb~(3+),Tb~(3+)共掺杂的ZrO_2反蛋白石光子晶体的光子带隙对Tb~(3+)的490nm(~5D4→~7F6)和545nm(~5D4→~7F5)的上转换发光有显著的影响。当Tb~(3+)离子的发射光谱带与光子禁带重合时,在光子带隙调制作用下,Tb~(3+)的上转换发光受到明显的抑制。通过调节光子晶体的周期结构可以实现对稀土Tb~(3+)的蓝光和绿光的上转换发射的调控。     

镍和铜纳米线阵列的超声子带隙

以实验可制备的镍、铜纳米线三角有序阵列为模型,用平面波法计算了它们的声子能带,发现了GHz频率的超声子带隙。在XΓ方向镍比铜更容易获得z模态带隙,而在ΓM方向上铜材料更容易激发xy模态的带隙以及在高频区获得更宽的带隙;通过调节填充率,可获得z模态和xy模态共同占据的带隙,正方晶格结构比三角晶格结构更有利于同时获得这两种模态的带隙。     

制备工艺对WO3/TiO2薄膜可见光催化活性的影响

采用磁控溅射技术在浸渍提拉法制得的TiO2 薄膜上溅射WO3 层 ,通过不同制备工艺控制W在TiO2晶体中的分布。UV VIS透射光谱表明 ,在可见光范围内溅射有WO3 层的薄膜有不同程度的吸收光谱红移现象。并理论计算出带隙能 ,溅射WO3 层使薄膜的带隙能变小。甲基橙光催化降解实验表明 ,以焙烧—溅射—热处理 5h工艺制备的WO3 /TiO2 薄膜可见光活性最佳 ,W从薄膜表面到内层的浓度递减分布。讨论了不同制备工艺引起的W在薄膜内部的不同分布对光催化活性的影响。     

低温燃烧合成掺杂纳米TiO2的光吸收和光催化性能

以TiCl4为前驱体,采用低温燃烧合成工艺制备了同时掺杂Zn2+、Fe3+、Ce4+的纳米TiO2粉体,用紫外-可见光漫反射光谱表征粉体的光吸收特性,以亚甲基蓝为目标污染物研究了粉体在可见光辐射下的光催化活性;详细研究了Fe/Ce(mol)、(Fe+Ce)/Ti(mol)、柠檬酸/Ti(mol)、煅烧温度、煅烧时间等对产物光吸收带隙的影响.结果表明,通过改变合成条件可实现对掺杂二氧化钛粉体光吸收带隙的有效调制,最大红移使光吸收波长拓展至494 nm;光吸收带隙与光催化活性并没有直接的对应关系,只有适当的带隙宽度和带隙结构才具有较好的光催化活性.     

低温燃烧合成掺杂纳米TiO2的光吸收和光催化性能

以TiCl4为前驱体,采用低温燃烧合成工艺制备了同时掺杂Zn2+、Fe3+、Ce4+的纳米TiO2粉体,用紫外-可见光漫反射光谱表征粉体的光吸收特性,以亚甲基蓝为目标污染物研究了粉体在可见光辐射下的光催化活性;详细研究了Fe/Ce(mol)、(Fe+Ce)/Ti(mol)、柠檬酸/Ti(mol)、煅烧温度、煅烧时间等对产物光吸收带隙的影响.结果表明,通过改变合成条件可实现对掺杂二氧化钛粉体光吸收带隙的有效调制,最大红移使光吸收波长拓展至494 nm;光吸收带隙与光催化活性并没有直接的对应关系,只有适当的带隙宽度和带隙结构才具有较好的光催化活性.     

GaN/C60多层膜结构及光学特性的理论分析

使用转移矩阵方法计算了GaN／C60多层膜一维光子晶体的带隙结构。计算结果表明,由厚度分别为21nm、49nm的GaN、C60薄膜组成的多层膜结构,在中心带隙为6．46eV处有一不完全的光子带隙存在,反射率最高可达64．3％。     

陶瓷结合剂与金刚石高温下的界面结合机理研究

本文研究了陶瓷结合剂与金刚石的界面反应、界面结构和结合状况.通过对改性Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃和B2O3-PbO-ZnO-SiO2低熔玻璃镀钛、不镀钛金刚石试样的电镜分析、XRD分析以及两种结合结合剂与镀钛、不镀钛金刚石试样的抗折强度测定,研究了结合剂(Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃和B2O3-PbO-ZnO-SiO2玻璃)与金刚石(镀钛和不镀钛)的结合机理和结合状况.发现:改性Li2O-Al2O3-SiO2玻璃经过合适的热处理工艺能在金刚石试样中出现以Li2Al2Si3O10为主晶相的微晶体,试条的抗折强度是B2O3-PbO-ZnO-SiO2低熔玻璃金刚石试样的2.5倍以上;镀钛金刚石与微晶玻璃结合剂之间产生化学结合,抗折强度比不镀钛金刚石试条提高20%以上;而对B2O3-PbO-ZnO-SiO2玻璃结合剂而言,金刚石表面镀钛对试条的抗折强度的提高无明显作用.     

Application of rare- earth and nano elements on diamond cup wheels

Diamond cup wheel is used widely as an important tool for machining ceramic tile. In this paper, nano rare - earth oxide and nano carbide were added in the segments of seven kinds of diamond cup wheels. The performance of diamond cup wheels were tested on a special designed test machine by grinding two kinds of ceramic tiles. The surface morphology of the segments was examined by Scanning Election Microscopy （SEM） and the micro-hardness of segments was measured. The results showed that nano rare-earth oxide and nano carbide can fine segment micro structure, make grain boundary clear and increase grasping of diamond grits. They can increase also the wear resistance of diamond cup wheels as well as the grinding ratio.     

含硼金刚石单晶的研究现状

本文介绍了含硼金刚石的结构特征和硼原子在金刚石单晶中的存在形式，概述了含硼金刚石单晶的电学性能、耐热性能等，总结了行业含硼金刚石单晶的制备方法及存在的主要问题，并对其发展趋势进行了展望。      

无氢气氛下铁对金刚石的刻蚀

用铁粉在无流动氢气气氛下催化刻蚀金刚石。用扫描电子显微镜(SEM)、激光探针分析仪以及X射线衍射仪表征其表面形貌、刻蚀坑深度和刻蚀后金刚石的结构和成分,同时对金刚石的刻蚀行为进行分析。结果表明:在无氢气气氛下,铁粉通过其催化作用刻蚀金刚石晶体;刻蚀主要在金刚石的{111}、{100}面进行,且{100}面的刻蚀速率大于{111}面的,其刻蚀机制是通过铁-金刚石间形成Fe-C相实现的;且刻蚀受铁相含量影响,刻蚀后金刚石结构不变。      

金刚石的金属包覆膜的FESEM研究

利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）研究了金刚石的金属包覆膜微观形貌。结果发现，金属包覆膜内表面长有大量的尺寸为30-100nm的类金刚石颗粒，包覆膜断截面有与内表面垂直的层状结构，靠近包膜内层的层面分布有团簇状10nm级的类金刚石颗粒。分析认为，石墨中碳原子进入包覆膜后先以金属碳化物的形式存在，在催化相的反应协助下，首先形成团簇状细小的纳米类金刚石颗粒，然后，通过包覆膜片层间隙扩散至包膜内表面，长大：为具有较规则晶形的纳米类金刚石颗粒，最后沉积在金刚石表面。使金刚石晶体以层状方式生长。     

Study on synthesis and electrical properties of slab shape diamond crystals in FeNiMnCo-C-P system under HPHT

This paper reported the synthesis of slab shape diamond crystals with phosphorus doping from FeNiMnCo-C system in cubic anvil high pressure apparatus (SPD-6 × 1200) at 5.6 GPa and 1250–1320 °C. It was attributed to the presence of additive phosphorus that the temperature region of synthetic sheet cubic diamond increases evidently. With the increase of phosphorus content, the surfaces of the slab shape diamond crystals became rough. The results of Raman spectroscopy indicated that the diamonds doped by more phosphorous have more crystal defects and impurities. Furthermore, the electrical properties of the large diamond crystals were tested by a four-point probe and the Hall Effect method. It was shown that the large single crystal samples were n-type semiconductors. This work enriches the application of the slab large diamond crystals.     

铁基触媒合成含硼金刚石单晶颗粒的电阻-温度特性

以铁基合金掺入硼铁粉为触媒剂,石墨为碳源,在高温高压条件下合成含硼金刚石。光学显微镜和Raman散射仪观察了金刚石的表面形貌与晶体结构。用自制的电阻-温度测量仪对金刚石进行电阻．温度曲线进行测量,结果表明,随着温度升高,电阻逐渐降低,证明该金刚石具有负的电阻温度系数;继续升温,金刚石内的杂质发生电离,当杂质全部电离时,金刚石处于半导体的饱和区;温度进一步升高,金刚石进入本征电离区。     

多种硼源的复合添加对含硼金刚石单晶的影响

本文使用碳化硼、六方氮化硼和硼砂三种硼源材料复合添加的铁基触媒在高温高压下合成含硼金刚石,通过对金刚石结构与性能的表征,探讨多种硼源复合添加对含硼金刚石的影响。实验发现,采用多种硼源复合添加的铁基触媒合成金刚石可以有效地稳定金刚石的硼源供给,提高金刚石的含硼量。随着硼含量的增加,金刚石的结晶习性逐渐以（111）晶面为主,主要的机械性能和热稳定性得到了明显的提高。实验结果充分说明,多种硼源复合添加更有利于提高含硼金刚石的品级。     

仿鸟羽结构自润滑金刚石砂轮磨削碳化硅陶瓷实验研究

目的 减少金刚石砂轮磨削工程陶瓷材料时的砂轮磨损，改善加工表面质量。方法 以人造金刚石为磨料，青铜结合剂为黏结剂，加入一定质量分数的二硫化钼和二氧化钛纳米颗粒作为填充材料，制备出青铜结合剂自润滑金刚石砂轮。利用脉冲激光在金刚石砂轮表面烧蚀出经设计的仿鸟羽减阻几何结构，得到新型仿鸟羽结构自润滑金刚石砂轮。制备了4种不同工况砂轮，传统青铜金刚石砂轮（TGW）、纳米自润滑金刚石砂轮（NGW）、仿鸟羽结构化金刚石砂轮（FGW）、仿鸟羽结构化纳米自润滑金刚石砂轮（FNGW）以对比其磨削性能差异。开展Si C陶瓷磨削实验，研究FNGW磨削机理。从磨削力、表面质量、砂轮磨损3个方面评价FNGW磨削性能。结果 纳米颗粒的加入不会降低砂轮力学性能，砂轮表面的仿鸟羽结构激光成型烧蚀质量较高，对未烧蚀区域没有影响。与TGW相比，FGW除工件表面粗糙度值Ra与砂轮磨损有略微改善外，其他磨削性能都有明显提升。NGW磨削性能都有所提升，但提升效果不太明显。结合二者优势的FNGW，其各磨削性能都有显著提升。其中磨削力最大降低了65.1%，工件表面粗糙度值Ra最大降低了21.5%，砂轮磨损明显减少，有效提升了砂轮的使...     

Preparation of IaA-type diamond crystals containing a high concentration of nitrogen by annealing {111}-oriented N-doped diamond crystals

In this study, we report the growth of gem-quality N-doped {111}-oriented diamond crystals by adding phosphorus nitride (P₃N₅) into the growth cell at 6.0 GPa pressure and 1550–1650 K temperature. The concentration of nitrogen (C_N) incorporated into the synthetic diamond crystals was found to be in the range of 476–2624 ppm, whereas the P impurity could only be detected in the graphite phase. The annealing treatment of the diamond crystals show that the aggregation rate of N atoms in the high-level N-doped diamond crystals is ~ 71 times of that in the conventional synthetic Ib-type diamonds. Therefore, the green color Ib-type diamond crystals containing a higher C_N were found to be good candidates for the preparation of IaA-type diamond crystals.