超导Nb膜表面减反膜技术研究

针对单光子探测芯片中超导Nb膜减反的问题,研究了磁控溅射Nb膜折射率光谱特性随Nb膜厚度变化的规律,同时研究了化学气相沉积法制备的SiO₂和SiN_x介质膜的折射率光谱特性。为降低超导Nb膜对633 nm光的反射比,在Nb膜表面设计和制备了SiO₂和SiN_x减反膜。测试结果表明:SiO₂和SiN_x使反射比明显减小,计算结果验证了这一趋势。     

约瑟夫森结工艺系统

超导电子学和超导量子信息等领域的核心元器件是约瑟夫森结,这是一种超导体/介质层/超导体三层结构的非线性器件.超导量子比特常用铝/氧化铝/铝结构的结,在量子芯片上制备这种约瑟夫森结,需要在衬底不离开真空环境的条件下,实施离子束刻蚀、样品方位角可调的电子束蒸发、气氛可控氧化等工艺过程.自主研发的约瑟夫森结工艺系统是一套集成...     

沉积温度为室温和560 ℃的Nb/Si多层膜微结构研究

对多靶离子溅射制备的Nb/Si周期多层膜的微结构进行了实验研究。利用X射线衍射和截面透射电子显微镜观测到室温和 56 0℃沉积的Nb/Si多层膜为非晶多层膜 ,但它们的微结构有很大的不同。采用沉积原子表面活动性和界面反应程度解释了所得到的结果。     

约瑟夫森结阵器件的研究进展

介绍了约瑟夫森效应在电压基准方面的应用,综述了目前国内外对用于电压基准的约瑟夫森结阵的研究和发展过程,重点介绍了国内用于电压基准的Nb/NbxSi1-x/Nb单结的研究进展。     

约瑟夫森结Nb电极的实验研究

通过溅射Nb膜张力与氩（Ar）压强的关系，超导转变温度Tc，室温阻扰与液氮温度阻抗比RRT／RLN2，沉积中Ar浓度CAr与负偏压关系的测量和扫描电子显微镜的观察分析，对约瑟夫森结Nb电极作了研究。发现Ar压强在1．1Pa时，Nb膜呈现无应力状态；低负偏压下沉积的Nb膜晶粒结构是由致密膜到圆柱状。在偏压Ub＝－50V时，获得表面致密均匀、晶粒结构合适的Nb膜。对Nb膜用阳极氧化电压谱图（AVS）分析，证实沉积的Nb膜内不存在氧化物、寄生结和分层界面。     

Si 含量对放电等离子烧结原位Nb/ Nb5Si3复合材料显微结构的影响

Nb/ Nb₅Si₃ 是一种新型的高温结构复合材料, 为了降低该材料的制备成本并有效控制材料的显微结构, 本文作者以Nb、Si 粉末为原料, 采用放电等离子烧结(SPS) 技术原位合成了近理论密度的Nb/ Nb₅Si₃ 复合材料, 着重研究了Si 含量对Nb/ Nb₅Si₃ 复合材料显微结构的影响。结果表明: 制备的复合材料由合成的Nb₅Si₃和均匀分布的Nb 颗粒组成; 在原子分数为6 %～20 %Si 范围内, 随着Si 含量增加, 复合材料中Nb₅Si₃ 数量增加, Nb 颗粒尺寸减小, 复合材料的致密性和硬度提高。      

Mg/Nb复合薄膜的结构调控及其对脱氢温度的影响

利用磁控溅射法制备了两组Mg/Nb复合薄膜,研究了不同Nb层厚度和不同基底温度对Mg/Nb复合薄膜脱氢温度的影响。结果表明,当Nb层厚度为1nm和2nm时,其催化效果相对最好,可使Mg/Nb复合薄膜的脱氢温度分别降至110℃和122℃。当基底温度为125℃时对脱氢性能的改善效果最佳,可使Mg(100nm)/Nb(1nm)复合薄膜的脱氢温度降至100℃。同时,讨论了Nb层厚度和基底温度对Mg/Nb复合薄膜脱氢温度的影响机制。     

Nb/Nb5Si3复合材料的研究进展

Nb/Nb5Si3复合材料具有高熔点、低密度以及良好的室温韧性和高温强度,被认为是下一代航空发动机中极具竞争力的超高温结构材料.本文介绍了这种复合材料的主要制备方法、组织结构和力学性能,并展望了其发展前景.     

Si3N4陶瓷/Nb/Cu/Ni/Inconel 600界面反应层形成机制研究

观察分析了Si3N4陶瓷/Nb/Cu/Ni/Inconel600界面处反应层的形貌、元素分布、反应层中的相结构、界面反应以及反应层的生长规律,研究了Si3N4陶瓷/Nb/Cu/Ni/Inconel600界面处反应层的形成机制.研究结果表明:在连接过程中,Cu层首先熔化,Nb、Ni向液态Cu中扩散溶解形成Cu-Nb-Ni合金,液态合金中的Nb和Ni向Si3N4表面扩散聚集并与Si3N4反应形成反应层;Si3N4侧的反应层主要物相是NbN和Nb、Ni的硅化物,Ni基合金侧反应相主要是NbNi3和Cu-Ni合金;在连接温度为1403 K的条件下,随着连接时间的增加,界面反应层厚度先快速增加,再缓慢增加.     

Zr/Nb薄膜材料的制备及界面结构研究

通过直流磁控溅射法在单晶Si(100)基底上制备了Zr/Nb/Si薄膜材料。X射线衍射(XRD)研究表明Zr薄膜以多晶形式存在,而Nb薄膜则形成了(110)晶面择优生长。薄膜中Zr和Nb晶粒大小分别为14,6 nm。扫描电镜研究表明形成的薄膜表面平整光滑,没有微裂纹存在。扫描俄歇电子能谱及X射线光电子能谱的研究表明,Zr/Nb/Si薄膜样品具有清晰的界面结构。在薄膜表面形成了致密的氧化层物种,而在膜层内部少量氧则以吸附态形式存在。     

热处理对EB-PVD制备的TiAl/Nb复合材料微观组织的影响

对利用EB-PVD技术制备的TiAl/Nb微层板进行了热处理,分析了沉积态材料与热处理态材料的组织结构和物相的变化。热处理TiAl/Nb中态富Ti的TiAl层中成分沿沉积方向呈有规律的梯度变化但未形成周期,界面处的反应扩散区由B2相组成;TiAl层、扩散区和Nb层的显微组织形貌依次为含月牙形亚晶的柱状晶、细小等轴晶和粗大等轴晶;经1000℃/16h的真空退火处理后,Nb层和扩散区会因完全扩散而消失。     

不同电解液体系中SiCp/Al基复合材料微弧氧化膜层的组织与性能

在(NaPO₃)₆,Na₂SiO₃-NaOH和NaAlO₂-NaOH三种电解液中,采用微弧氧化技术在SiC_p/Al基复合材料表面制备微弧氧化膜层。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)对膜层组织结构及相组成进行表征,并通过摩擦磨损实验及电化学工作站分析基体及膜层的耐磨性和耐蚀性。结果表明：三种电解液中均能制备出均匀的微弧氧化膜层,NaAlO₂-NaOH中制备的膜层粗糙度和厚度最大。三种电解液中制备的膜层物相有差异。微弧氧化提高SiC_p/Al基复合材料的显微硬度,其中NaAlO₂-NaOH中制备的膜层硬度达到1125HV。微弧氧化可降低SiC_p/Al基复合材料的摩擦因数,综合摩擦因数及磨损情况,NaAlO₂-NaOH中制备的微弧氧化膜层的耐磨性较好。三种电解液中制备的微弧氧化膜层均能改善SiC_p     

日本Nb基超合金和复合材料研究新进展

介绍了日本近年进行的一项旨在替代Ni基超合金、将燃气轮机进气温度提高到1500℃的高温材料研究项目.该项目以难熔金属中密度小、室温塑性好的Nb为基材,通过固溶强化和复合弥散强化改善合金的高温强度和韧性,通过多层膜和梯度组成膜进行抗氧化性和耐蚀性的表面改性,收到了较好的成效.通过6年的努力,研制成功了具有较高高温强度的Nb基固溶体合金(Nb-W-Mo系)和Nb基复合材料(Nb-W-Mo-Si-HfC系),其力学性能好,抗氧化性的研究也取得了突破性进展.     

YBCO直流SQUID热循环性能研究

应用超导电子器件的超导量子干涉仪(SQUID)需要高质量的约瑟夫森结,并且要求能控制制结的工艺,参数重复性好(包括具有非磁滞电阻分流结(RSJ)型的I-V特性,具有高的特征电压IcRo值,低水平的1/f噪声,室温储存稳定性高,冷热循环稳定性好).     

Ti/Nb/Cu作缓冲层的TiC金属陶瓷/304不锈钢扩散连接

采用Ti/Nb/Cu复合中间层在连接温度为925℃、保温时间20min、焊接压力8MPa的条件下对TiC金属陶瓷和304不锈钢进行真空扩散连接。通过光学金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)及X射线衍射(XRD)分析观察接头微观组织、断口形貌、反应界面元素分布、断面的物相组成。结果表明:在TiC金属陶瓷和304不锈钢之间形成一个明显的转变过渡区,界面反应产物主要为[Ti,Nb]固溶体+Ti+NbTi4,Nb和剩余Cu+[Cu,Fe]固溶体+Cr。接头抗剪强度达到84.6MPa,断裂发生在TiC和Ti之间的位于TiC上的扩散反应层上。Nb对接头残余应力的改善起到关键作用,界面强度高于因残余应力作用而弱化了的陶瓷基体强度。     

催化臭氧的MnO2-TiO2/陶瓷膜制备及其降解苯酚性能

对陶瓷膜进行催化功能层的构建，以提高其催化臭氧性能.以商业陶瓷膜为基膜(CM),采用水热法负载二氧化钛纳米棒，制备TiO₂棒/陶瓷膜(Ti_r/CM);再通过浸渍法以Ti_r/CM为载体负载二氧化锰颗粒，制备MnO₂-TiO₂棒/陶瓷膜(MnO₂-TiO₂/CM).采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射光电子能谱仪(XPS)等手段对改性陶瓷膜进行形貌及物相分析，以MnO₂-TiO₂/CM为臭氧催化膜构建催化臭氧反应器用于处理苯酚废水，研究了不同工艺参数对苯酚去除效果的影响，同时对比了不同反应类型对苯酚的矿化效果.结果表明：成功制备出MnO₂-TiO₂/CM,其中TiO₂纳米棒呈金红石型；在苯酚质量浓度为40 mg/L,pH值为9.0,臭氧投加量为4.8 mg/L的条件下，...     

Ti-48Al-2Cr-2Nb钝化膜的电化学性能及形成机理

探究Ti-48Al-2Cr-2Nb合金钝化膜的耐腐蚀性和形成机理对提高电解加工过程中的抗杂散腐蚀具有重要意义。通过极化曲线确定了Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的钝化电位,采用X射线光电子能谱确定了钝化膜的成分与结构,并运用电化学阻抗谱和Mott-Schottky理论分析了钝化膜的电化学性能。结果表明,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金在NaNO3电解液中钝化电位区间为0.079～1.896V,钝化膜主要成分为Al₂O₃、TiO₂及少量的Nb₂O₅,呈双层多孔结构,具有良好的耐腐蚀性。钝化膜具有n型半导体特性,载流子密度随钝化电位的增加而降低。最后,构建了钝化膜形成示意图,揭示了Ti-48Al-2Cr-2Nb合金钝化膜的形成机理与成相膜理论相符,以半球体模型延展并形成独立的相。     

磁体用Nb3Sn超导体研究进展

Nb3Sn是典型的低温超导材料,主要应用于高能物理(HEP)和热核聚变(ITER)以及高场核磁共振(NMR)等磁体领域.Nb3Sn材料在2K时的上临界场Hc2达到30T,为其在高场磁体的应用提供了契机.综述了Nb3Sn的发展现状与研究成果,以及近年来其制备工艺的改进和存在的问题.     

SiO2-SiNx体系光学谐振腔中Ti超导薄膜特性的研究

设计良好的光学谐振腔是提高超导转变边沿传感器(TES)光学效率的有效手段，光学谐振腔结构厚度的变化，不仅对TES的光学效率有影响，而且会产生不同的残余应力进而影响TES的超导特性。研究了以超导Ti膜为TES功能层材料，同时选用SiO₂-SiN_x体系作为光学谐振腔薄膜。通过对数值仿真，确定了SiO₂-SiN_x体系光学谐振腔薄膜厚度变化对Ti-TES光学吸收效率的影响。分析了SiO₂-SiN_x体系光学谐振腔不同薄膜厚度的变化自身应力随之变化的趋势，最后制备了不同厚度SiO₂-SiN_x光学谐振腔的TES,并进行光学吸收效率的测试，验证了SiO₂-SiN_x体系光学谐振腔薄膜厚度对Ti-TES光学吸收效率变化的规律。     

高场磁体用Nb3Al超导线材研究进展

Nb3Al超导体的超导转变温度(Tc)和上临界磁场(Hc2)与Nb3Sn类似,但具有更好的应力应变容许特性和高场临界电流密度(Jc)。因此,被认为是下一代高场磁体应用的理想材料。目前国际上报道的Nb3Al超导线材单根长度可以达到2.6 km;在4.2 K和15 T条件下,Jc达到1 000 A/mm2;但是由于制备工艺的复杂性,目前仍然无法实现大规模工业化应用。首先阐述了Nb3Al超导材料的基本特性,如Nb/Al扩散间距小、二者硬度匹配性小和低温热处理导致Al含量偏离化学计量比等,以及由此带来的材料加工和热处理方面的难点;系统介绍了近年来针对Nb3Al超导长线性能提升,在前驱体制备工艺、热处理工艺和表面覆Cu工艺方面的研究进展,并对不同的工艺进行了比较分析,重点讨论了线材制备过程中存在的关键性难点问题;最后,对Nb3Al超导材料的发展趋势进行了展望。