衬底温度对单晶金刚石同质外延生长的 影响规律研究

文章采用微波等离子体化学气相沉积法,以单晶金刚石籽晶为衬底进行金刚石外延生长,通过拉曼光谱、扫描电子显微镜及光学显微镜等多种表征测试手段,系统地研究了衬底温度对单晶金刚石同质外延生长的影响机理.研究结果表明,衬底温度是影响同质外延单晶金刚石生长速率、生长模式和生长缺陷的重要因素:在一定温度范围内,单晶金刚石的生长速率随衬底温度的升高而增加,与此同时,金刚石的生长模式也由丘状生长转变为台阶生长.当单晶金刚石的生长厚度超过1 mm时,较高的衬底温度容易导致沉积层边缘部分产生孪晶等缺陷.拉曼光谱表征结果显示,微波等离子体化学气相法沉积的单晶金刚石质量优于传统的高温高压法.     

环境友好型船舶防污涂料的研究进展

综述了环境友好型船舶防污涂料的研究现状,并在此基础上综述了纳米船舶防污涂料的最新成果,展望了未来环境友好型船舶防污涂料技术的发展趋势。     

施加偏压对采用等离子体辅助热丝化学气相沉积法在硬质合金上沉积金刚石/ 碳化硅/ 硅化钴复合薄膜的影响

金刚石涂层硬质合金是一种出众的刀具材料,将碳化硅掺入金刚石涂层中不仅可以提高涂层的断裂韧性,还能够提高薄膜与基体之间的粘附性。文章采用氢气、甲烷和四甲基硅烷混合气体作为反应气体,用直流等离子体辅助热丝化学气相沉积法在硬质合金基体上沉积金刚石-碳化硅-硅化钴复合薄膜。通过扫描电子显微镜、电子探针显微分析、X 射线衍射和拉曼光谱对薄膜的表面形貌、成分以及结构进行了分析,结果显示此复合薄膜中含有金刚石、碳化硅(β-SiC)和硅化钴(Co2Si、CoSi)。复合薄膜的结构和成分可通过调节偏流和气相中四甲基硅烷的浓度来控制,随着偏流的增加,复合薄膜中金刚石晶粒尺寸变大且含量增加,β-SiC 的含量减少,因为复合薄膜沉积过程中正偏压促进金刚石的生长,并且增强金刚石的二次形核。虽然电子轰击同时增强了氢气、甲烷和四甲基硅烷的分解,但随着偏流的增加,气相中产生的碳源浓度高于硅源浓度,使金刚石比β-SiC 在空间生长上更具有优势。当偏流过高时则形成纯金刚石,不能够同时沉积金刚石、β-SiC 和硅化钴三种物质。通过调节偏压和气体成分,金刚石和碳化硅在复合薄膜中的分布得以控制。该工作有助于理解和控制复合材料和超硬薄膜的生长,所产生的复合薄膜可用于提高金刚石涂层刀具切削性能。     

薄膜热膨胀系数测试技术研究

热膨胀系数是薄膜的重要热学性能参数,也是薄膜热应力和残余应力计算分析过程中的关键数据.文章基于热诱导弯曲原理,分别采用单基片法和双基片法对氮化钛(TiN)和铝(Al)薄膜的热膨胀系数进行测试,并着重对双基片法的测试误差和适用性进行了分析.研究结果表明,薄膜在不同材质基底上弹性模量的差异是影响双基片法薄膜热膨胀系数测试精度的重要因素.当不同材质基片上薄膜弹性模量差异较小时,双基片法测得的热膨胀系数与单基片法所获结果基本一致;而当不同材质基片上薄膜弹性模量相差较大时,双基片法将不再适用.此外,文章结合薄膜的形貌、结构和残余应力表征测试,对TiN和Al薄膜热膨胀系数与其块体材料的差异进行了分析,结果显示残余压应力会导致薄膜热膨胀系数增大,而残余拉应力则具有相反的效果.     

面向化学气相沉积生长单晶金刚石的高导热嵌入型 基片托盘设计及其高质量生长工艺研究

针对高功率密度微波等离子体化学气相沉积法生长单晶金刚石过程中,金刚石籽晶表面温度容易发生漂移的问题,提出了一种新的基片托盘结构设计方法.基片托盘中间采用通孔结构,以避免籽晶底部与钼托盘的直接接触,在基片托盘与水冷台之间、籽晶和水冷台之间添加高导热材料氮化铝片,以保证外延沉积金刚石所需的均匀温度场环境.实验结果显示,利用新型基片托盘可以连续工作48 h,并获得生长厚度达1.66 mm的单晶金刚石,经过多次反复生长可实现厚度3 mm的高质量单晶金刚石制备.新型基片托盘能有效地抑制生长过程中石墨等大颗粒煤烟沉积引起的温度漂移现象,满足不同条件下金刚石单晶的同质外延生长,抑制籽晶边沿处多晶金刚石的生成,从而保证金刚石单晶在高功率密度下长时间稳定生长,获得高质量、大尺寸的化学气相沉积单晶金刚石.     

甲烷浓度对硬质合金微型立铣刀表面生长 金刚石涂层的影响

金刚石涂层的应用可显著提升刀具使用寿命.文章采用钽丝为热丝,氢气、甲烷为反应气体,通过热丝气相沉积法在不同甲烷浓度下对硬质合金立铣刀表面进行沉积金刚石涂层.通过扫描电子显微镜、拉曼光谱对不同甲烷浓度下金刚石涂层的表面形貌、涂层质量进行分析.结果显示,随着甲烷浓度增加,涂层中二次形核率增加、金刚石晶粒尺寸变小,金刚石晶粒能够完好地嵌入到硬质合金表面形成机械锁扣结构,提高膜-基结合强度,但过高的甲烷浓度使得活性氢原子对石墨的刻蚀强度减弱,使得涂层中金刚石晶粒晶界处非金刚石碳相含量逐渐增加,涂层质量下降.当甲烷浓度为3%时,硬质合金立铣刀表面金刚石涂层结晶度高、晶粒间接触紧密、涂层中非金刚石碳相含量低、膜-基结合强度高,端刃处未出现涂层剥落现象.文章工作有助于理解热丝气相沉积法中碳源浓度对表面金刚石涂层沉积效果及涂层失效的影响,使硬质合金立铣刀表面金刚石涂层沉积工艺得到进一步优化.     

水系双离子电池的研究进展与展望

随着消费电子、电动汽车与规模储能产业的迅速发展,人们对电化学储能技术的安全高效提出了更高的要求。然而,锂离子电池（LIBs）存在的安全隐患问题制约了其在规模储能市场的应用。水系双离子电池（ADIBs）是一类以水系电解液作为离子传输介质且阴、阳离子均作为载流子同时参与电极电化学反应的新型储能技术,具有安全性能优异、功率密度高、绿色环保、性价比高等优势,在大规模储能领域具有潜在的应用前景。本综述从ADIBs的基本工作原理以及限制其发展的关键科学问题出发,归纳了近年来从电解液设计角度出发,拓宽电化学稳定电压窗口的几种常用方法,并总结了在正极和负极材料优化、储能机理研究方面取得的重要进展。最后,基于对ADIBs的理解,对其研究前景和未来研究方向进行了展望。本文将为水系储能电池研究的工作者提供参考,并为推动ADIBs的发展和促进高安全储能技术的进步发挥积极作用。     

Ti 和 TiN 薄膜的制备以及残余应力的测试方法研究

基底曲率半径法是一种测量薄膜残余应力的常用方法,其中的光杠杆法应用最为广泛.文章在SUS304基底上使用电弧离子镀法制备了不同厚度的钛(Ti)和氮化钛(TiN)薄膜,研究了薄膜的形貌、密度以及物相,基于光杠杆原理分别从正面(正测法)和反面(背测法)对两种薄膜样品镀膜前后基底的曲率半径进行了测量,采用Stoney公式计算薄膜残余应力.通过对比正测法和反测法的测试结果,结合薄膜形貌、密度以及晶体结构表征分析,对背测法的测试误差和适用范围进行了分析.研究结果表明,背测法测得的应力值低于正测法的测量结果,薄膜残余应力水平越高,背测法的测量结果与正测法越接近:当薄膜残余应力水平较高(>1 GPa)时,背测法结果可以如实反映薄膜的应力水平;但当薄膜应力水平较低(<1 GPa)时,背测法结果存在较大误差.     

二氧化锡/ 石墨烯复合材料的制备及其在钠基双离子电池中应用

双离子电池体系因其能量密度高、资源丰富、环境友好、价格低廉而备受青睐。但基于钠离 子电解液的双离子电池却极少报道,这是因为缺乏可以与钠离子可逆嵌入脱出反应合适的负极材料。 因此,该文首次报道了一种基于二氧化锡负极复合材料钠型(命名为 SnO2/GF//EG)双离子电池,其负 极为石墨烯与二氧化锡的复合材料,正极为膨胀石墨烯。通过纳米二氧化锡与石墨烯复合：一方面, 石墨烯可以提高二氧化锡材料的导电性,从而提升材料的倍率性能;另一方面,柔性多孔的石墨烯可以容纳二氧化锡在脱出和嵌入钠离子过程中的体积膨胀,从而提升其循环性能。二氧化锡与石墨烯的 三维复合材料具有优异的倍率性能和循环稳定性,同时具有非常高的可逆比容量：1 Ag－1 电流密度下,循环 300 次时,比容量约为 279 mAhg－1,容量保持率为 69.9%;在 5 Ag－1 大电流密度下,其比容量为 118 mAhg－1。由纳米二氧化锡与石墨烯复合材料组装的基于钠离子电解液的 SnO2/GF//EG 双离子电池表现出优异的循环稳定性,同时具有非常高的可逆比容量：200 mAg－1 电流密度下,循环300 次时,比容量约为 70.6 mAhg－1,容量保持率为 72.5%。另外,该材料表现出优异的倍率性能, 在 200 mAg－1、500 mAg－1、1 000 mAg－1、1 500 mAg－1 和 2 000 mAg－1 电流密度下的比容量分别为97.4 mAhg－1、88.5 mAhg－1、75.5 mAhg－1、70.4 mAhg－1 和 67.2 mAhg－1。总之,该文首次研究了二氧化锡复合材料在钠基双离子电池的电化学行为,并得到了优异的循环性能和倍率性能。     

一种新型廉价、环境友好、结构稳定且具有大离子通道的钾离子电池正极材料

得益于钾的地壳丰度及其与锂的化学相似性,钾离子电池有望应用于大规模储能领域.目前,钾离子电池的性能尚不能满足实用需求,主要原因在于缺乏合适的正极材料.基于硫酸根的强诱导效应和草酸体系制备亚铁化合物的优势,本文制备了一种新型廉价、环境友好且稳定的储钾正极材料K₄Fe₃(C₂O₄)₃(SO₄)₂.其独特的二维层状晶体结构具有3.379?的层间距,且层内具有4.576×6.846?的大环.根据第一性原理计算,该结构有利于钾离子的可逆迁移,且体积变化仅为6.4%.不同充放电态样品的同步辐射X射线吸收光谱和XRD、半电池以及全电池的电化学表征证实了其优异的电化学可逆性和结构稳定性.通过成分调控、掺杂、结构优化等策略,K₄Fe₃(C₂O₄)₃(SO₄)₂正极材料的电化学性能有望进一步提升.因此,本工作为廉价、环保的储钾正极材料提供了一种新的稳定晶体模型.