基于超材料的无标记光学生物传感

超材料(metamaterials)因为能够在亚波长尺度范围内精细调控电磁波而受到人们广泛关注。超材料具有丰富的电磁模态,在表面支持高度局域场增强且对周围介电环境极其敏感,可应用于无标记光学生物传感领域。与传统光学生物传感器相比,超材料生物传感器具有小型化、集成化、高度灵敏、多功能可定制等突出优点。本文总结了近年来超材料生物传感器在可见光、近红外、中红外以及太赫兹波段的研究进展,包括折射率生物传感、表面增强拉曼散射、表面增强红外吸收和太赫兹生物传感等。     

铌硅基高温合金定向凝固铸造温度场模拟计算

以铌硅基高温合金定向凝固铸造过程为对象，通过实验测试和反求法确定了铌硅基高温合金和型壳的热物性参数，以及凝固过程各界面换热系数等边界条件；利用ProCAST软件对不同抽拉速率下铌硅基高温合金凝固过程温度场进行了模拟。结果表明，随着抽拉速率由5 mm·min?1增加到10 mm·min?1，固/液界面离液态金属锡表面的距离由12.1 mm下降到8.2 mm；平均糊状区宽度逐渐变窄，由11.5 mm减小到10.4 mm。针对抽拉速率为5 mm·min?1的实验结果表明，数值模拟结果与实际定向凝固实验获得的一次枝晶间距差异在6%以内，从一个方面验证了温度场模拟结果的正确性，相关结果可为铌硅基高温合金叶片定向凝固铸造参数的确定提供参考。      

张深根研究员荣获2014年度北京市科学技术奖一等奖

<正>2015年2月27日,北京会议中心举行2014年度北京市科学技术奖励大会。北京科技大学新材料技术研究院张深根研究员领衔完成的"废旧电子电器处置和资源化技术及其工业化应用"获北京市科学技术奖一等奖。废旧电子电器数量庞大,有毒有害物质多,已成为主要污染性垃圾源;同时,富含贵金属和其他有价材料,金、银、铜等品位远高于原生矿。因此,废旧电子电器是战略物资的重要来源。但我国     

FeSiAl电磁屏蔽涂层的腐蚀行为对吸波性能的影响

以在Q235冷轧钢板表面涂敷的FeSiAl电磁屏蔽涂层为研究对象，通过改变固化条件，探究了电磁屏蔽涂层的最优固化环境.同时，运用中性盐雾试验、电磁屏蔽性能测试和电化学阻抗试验，研究了自然条件固化后涂层的吸波性能和耐蚀性能随盐雾周期不同的变化规律.结果表明，电磁场下固化会损害涂层的腐蚀屏蔽性.吸波剂含量的增加不利于提升涂层的吸波性能，同时也会损害涂层的腐蚀屏蔽性.长期盐雾试验后，涂层的吸波性能随腐蚀屏蔽性的降低而下降.      

CVD金刚石表面增透膜的研究进展

CVD金刚石膜因特有的物理化学性质，具有发展成为新一代光学材料的前景。但由于CVD金刚石膜自身局限性导致其理论透过率不到71%，在金刚石膜表面镀制增透膜，通过改变增透膜组成成分、显微组织和晶体结构，可有效地改善CVD金刚石膜自身理论透过率的问题。首先，介绍了CVD金刚石表面镀制单层增透膜增透原理，并总结了物理和化学气相沉积技术制备增透膜的优缺点。然后，重点综述了近年来CVD金刚石表面氮化物、金属氧化物和稀土金属氧化物等增透膜材料的研究进展，详细分析了增透膜制备参数、热处理工艺、衬底表面改性和掺杂工艺对增透膜整体组织和性能影响的规律。其中优化增透膜沉积温度、氧分压和热处理等工艺参数，是通过改变增透膜微观组织形貌以及晶体结构来提高其光学透过性能，而改变衬底表面结构能够通过改变增透膜与基体之间的成键方式来提升界面结合能力，而稀土元素掺杂方式是通过改变增透膜化学组成成分来改善增透膜的光学透过性能，并指出掺杂元素成型机理和影响机制。最后，展望了未来CVD金刚石表面增透膜的发展方向。     

磁控溅射铱薄膜的表面形态与取向演变的控制优化

目的 研究磁控溅射制备金属Ir膜的过程中溅射参数对Ir膜表面微结构和晶体质量的影响,制备高质量(100)取向的外延Ir膜,为单晶金刚石的异质外延生长奠定重要基础。方法 通过磁控溅射技术在单一改变参数(溅射功率、溅射厚度)的条件下制备金属Ir膜,通过分析原子力显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、电子背散射衍射等测试结果,研究了各条件对所制备Ir膜粗糙度、表面形貌、晶体结构和取向的影响,并通过摇摆曲线衡量真空退火对薄膜晶体质量的优化效果。结果 在(100)MgO衬底上外延生长的Ir膜具有均匀的微结构,该结构由规则且紧密的矩形颗粒排列而成。薄膜表面微结构特征尺寸随溅射功率升高而逐渐减小;当功率为45 W时,Ir(200)X射线衍射峰强度最大、半高宽最宽;而随着厚度的增大,Ir(200)X射线衍射峰的半高宽及强度均增大。经优化的Ir膜表面光滑(Ra<0.5nm)、薄膜晶体质量高(θ_FWHM<0.5°)。结论 功率、厚度和退火处理都会影响薄膜晶体质量和表面微结构尺寸,合适的功率和厚度结合退火处理能获得具有特定表面微结构的高质量Ir膜。     

金刚石上不同晶体结构Y2O3膜性质与增透性能研究

目的研究不同晶体结构Y_2O_3薄膜的性质及其对金刚石增透性能的影响规律。方法采用反应磁控溅射的方法,通过控制氧氩比,在金刚石膜上制备立方与单斜两种不同晶体结构的Y_2O_3薄膜,随后系统研究两种Y_2O_3薄膜的性质与增透性能。结果在低氧氩比下获得了立方结构Y_2O_3薄膜,在高氧氩比下获得了单斜结构Y_2O_3薄膜,二者表面粗糙度分别为2.57、1.07nm。两种晶体结构均呈现出符合Y_2O_3原子配比的价态。立方和单斜结构的Y_2O_3薄膜硬度分别为17.4、12.6 GPa;弹性模量分别为248.1、214.6 GPa。双面镀制立方结构Y_2O_3薄膜后,金刚石膜在10.0μm透过率最大,达89.1%,增透24.5%;单斜结构Y_2O_3薄膜在7.4μm透过率最大,达90.4%,增透25.4%。结论通过控制氧氩比可以获得热力学稳定的立方Y_2O_3薄膜和亚稳态的单斜Y_2O_3薄膜。立方和单斜结构的Y_2O_3薄膜中O与Y原子价态均符合其化学计量比。立方结构Y_2O_3薄膜呈现出更高的硬度与弹性模量。两种结构对金刚石窗口均呈现出良好的增透效果。单斜结构Y_2O_3薄膜增透效果更佳与其较低的折射率有关,且相比于立方结构Y_2O_3薄膜,增透最佳值向低波长方向移动。     

超滑表面(LIS/SLIPS)的设计与制备研究进展

仿生猪笼草结构的超滑表面(LIS/SLIPS)是一种通过将低表面能液体注入微纳孔而形成的固液复合结构,其具有优异的疏液、不粘附、自修复等特性,成为表界面领域的研究热点。综述了超滑表面制备过程中的经验、争议、误解与盲点,并讨论了超滑表面可能产生的失效。通过对比超滑表面与超疏水涂层结构的差异,分析了超滑涂层在滑动性、稳定性、自修复性等方面与超疏水的联系、区别以及超滑涂层表面四个相态间的作用关系,总结出超滑涂层设计的基本物理模型。从超滑涂层制备工艺,包括基底制备、基底修饰、润滑油选择、润滑油灌注等四个方面,详细梳理了超滑表面制备要点及选材标准,并讨论了超滑表面制备工艺存在的诸多争议。研究发现,超滑表面多孔结构的粗糙度对于形成稳定界面至关重要,有着其特殊的尺寸范围。为了追求疏液性能而选取表面能过低的润滑油不可取,过低表面能反而会引起cloak效应,最终导致油膜流失,而如何将润滑油完全填充到多孔结构中也被许多学者忽视,并且不合理的设计制备以及服役环境也将造成超滑表面的失效。最后展望了未来超滑表面制备应朝着工艺简化、性能稳定长效、多功能化、智能化方向发展。     

热带雨林环境中霉菌对PCB-Cu腐蚀行为的影响

目的 研究PCB-Cu在热带雨林环境下的霉菌腐蚀行为。方法 利用平板培养法筛选出PCB表面出现频率较高的两株真菌Fusarium solani和Daldinia eschscholtzii。利用干重法研究Cu2+对其生理活性的影响,利用扫描电子显电镜观测PCB-Cu表面的生物成膜情况,并利用动电位极化曲线研究其腐蚀电化学行为。 结果 两株真菌在6天时,均能在PCB-Cu表面形成生物膜,且在菌丝密集处,出现腐蚀产物的堆积。同时,薄液膜内Cu2+浓度的升高能抑制菌体的繁殖。相比于无菌组,两株菌株均能够在前期抑制PCB-Cu自腐蚀电位Ecorr的升高,在后期抑制PCB-Cu自腐蚀电位Ecorr的降低。结论 霉菌孢子接种到PCB-Cu表面后,由于初期PCB-Cu表面薄液膜中的Cu2+含量较少,对菌体的抑制作用较低,因此菌体活性较好,其分泌物抑制了PCB-Cu表面氧化膜的生成,从而在初期促进了PCB-Cu的腐蚀。但随着腐蚀反应的进行,PCB-Cu表面薄液膜中Cu2+浓度逐渐升高,菌体的活性受到抑制,因此腐蚀性分泌物含量下降,而此时附着在PCB-Cu表面的生物膜对基体起到了保护作用,从而开始抑制腐蚀。     

基于质点逆向追踪的铝合金空心型材横断面温度的不均匀性

采用挤压金属质点逆向追踪方法,分析了铝合金空心型材挤压过程中型材横断面温度分布不均匀性的原因及主要影响因素。结果表明:挤压过程中质点在分流孔内流动时的温度变化对模孔出口处型材横断面温度分布不均匀性的影响较大,而在焊合室内和模孔内流动时,温度变化对模孔出口处型材横断面温度分布不均匀性影响较小;挤压过程中各项热流作用对型材横断面温度分布不均匀性的影响程度由大到小依次为摩擦热、塑性变形热以及金属与工模具间的传热;通过模具结构设计和挤压工艺参数合理化,可使空心型材横断面温度分布的不均匀性得到较大的改善。