Si1-xGex/Si材料外延生长技术

介绍了用MBE法生长SiGe/Si新材料的无氧外延表面等关键技术,并据此外延生长出本征和掺杂Si1-xGex/Si材料。其测试结果与分析表明,该合金材料有效组成成分(x=0.15)和电学参数符合理论设计目标。利用该材料试制成功了1-xGex-PMOS (x=0.18)器件。     

不同尺寸的悬架石墨烯纳米带热传导性质的实验测量

实验测量了悬架的单层石墨烯(Single-Layer Graphene,SLG)和具有不同尺寸的石墨烯纳米带(Graphene Nanoribbons,GNRs)的热传导性质。GNRs悬架于Si O2/Si基底的槽上,悬架的GNRs的长度等于槽的宽度。采用一维稳态法测量了不同条件下GNRs和SLG的热导率k。使用激光切割技术将SLG剪裁成具有不同尺寸的GNRs。与SLG相比,GNRs的k高很多,而且随着GNRs宽度的减小而增加,宽度越小,k的增加越明显。另一个明显的现象是k随着温度升高先增加后减小,在50?C附近出现峰值。这种现象可能是由边界散射、点缺陷散射、晶界声子散射,以及声子传递中的反转散射的综合效应引起的。SLG经过第4次切割后,在50?C条件下k达到了最大值2 450.55 W/(m·K)。研究结果显示,窄的GNRs具有更好的热性质。     

Mg_2Si的声子谱与力热性能的第一性原理计算

针对6xxx系铝合金的主要强化相Mg2Si的力热性能,采用密度泛函理论、第一性原理以及CASTEP软件进行了理论计算,得到了Mg2Si的平衡晶格常数、弹性系数、声子谱、声子态密度以及相关热力学参量,并对计算曲线进行了理论分析.结果表明:合金强化相Mg2Si的刚性较好,脆性较强,在合金中能起到强化作用.通过声子谱及声子态密度曲线可知,存在9条色散关系曲线,其中3条为声学波,6条为光学波,且频率在8.51 THz附近的格波振动较强.随着温度的增加,熵、焓均增加,而自由能减少.当温度低于200 K时,热容量随着温度的增加而明显增加;当温度高于400K后,热容量接近于常量,其计算结果与物理规律一致.     

GFRP/CFRP混合纤维延性分析

对碳纤维(CFRP)与玻璃纤维(GFRP)两种应力-应变线性材料在不同比例、不同概率分布等情况下混合后的延性进行了分析,并得出影响CFRP与GFRP混合材料延性的因素.其中纤维强度、单丝极限应变分布概率以及两种材料的峰值应力差和其对应应变差值对混合后材料的应力-应变全曲线形状影响较大.该材料的使用可以克服单一FRP材料在加固中的弊端.     

Physically-based modeling for hole scattering rate in strained Si1-xGex/(100)Si

Based on the Fermi’s golden rule and the theory of Boltzmann collision term approximation, a physically-based model for hole scattering rate(SR) in strained Si1-x Gex/(100)Si was presented, which takes into account a variety of scattering mechanisms,including ionized impurity, acoustic phonon, non-polar optical phonon and alloy disorder scattering. It is indicated that the SRs of acoustic phonon and non-polar optical phonon decrease under the strain, and the total SR in strained Si1-x Gex/(100)Si also decreases obviously with increasing Ge fraction(x). Moreover, the total SR continues to show a constant tendency when x is less than 0.3. In comparison with bulk Si, the total SR of strained Si1-x Gex/(100) Si decreases by about 58%.     

压力敏感性材料准静态扩展裂纹尖端场

为了研究压力敏感性材料的准静态扩展裂纹尖端场,建立了压力敏感性材料准静态扩展裂纹的力学模型.在稳态扩展阶段,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝r-1/(n-1).引入Airy应力函数,通过渐近分析得出了裂纹尖端应力和应变的分离变量形式的渐近解,并采用双参数打靶法求得了裂纹尖端应力和应变的数值结果.数值计算结果表明,裂尖场主要受材料的泊松比v,和幂硬化指数n的控制.通过对裂纹尖端场的渐近分析,从应变角度出发,提出了压力敏感性材料准静态扩展裂纹的断裂判据.     

粘弹性材料Ⅲ型动态扩展裂纹尖端场

建立了粘弹性材料Ⅲ型动态扩展裂纹的力学模型 ,求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解 .当粘性幂指数n≤ 3时 ,(σ ,ε) ∝r-1/2 ;当n >3时 ,(σ ,ε) ∝r-1/(n-1) ;当n→∞时 ,应力、应变场的奇异性消失 .裂尖场主要受粘性幂指数n和马赫数M控制 ,当M→ 0时 ,动态解趋于准静态解     

壳体结构的声散射相似性研究

针对散射实验缩比模型的设计问题,研究了壳体结构的声散射相似性.根据弹性声散射理论,研究了一般情况下壳体结构的声学相似性,同时对有厚度畸变的情况进行了分析.采用材料补偿法来弥补厚度畸变引起的弹性散射特性变化,利用最优控制理论得到厚度畸变模型的最佳壳厚比.研究结果表明,对于球壳和圆柱壳内部真空或内部充水,在频率较低时认为铝壳体近似是钢壳体厚度的2.7倍时两者的形态函数吻合情况最好,声学特性也最相近,并且频率越低其相似性越好.     

缝合铺层碳/环氧复合材料动态压缩性能实验研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)动态测试系统对环氧树脂E-51和缝合铺层复合材料厚度方向的压缩性能进行实验研究,得到了不同应变率下的压缩应力-应变关系和压缩强度,并通过冲击破坏形貌来探讨材料的动态压缩破坏模式.结果表明:环氧树脂E-51是应变率相关材料,但其应变率敏感程度并不高;缝合铺层碳/环氧复合材料厚度方向的应力-应变曲线对应变率是敏感的,随着应变率的增加,最大应力增大,应变率在900 s-1比应变率在350 s-1的压缩强度增加120%;破坏的主要原因是纤维和树脂的分离以及纤维之间产生相对位移形成微裂纹,随着载荷的增加和应力集中的作用,促使裂纹扩展导致材料破坏.     

新鮮牛股骨压縮试验的声发射及股骨压縮的力学性质

骨骼压縮时的声发射 1.骨骼声发射机理骨骼受载荷作用将产生应力和应变,在其薄弱处(松质骨、病变骨、滋养动脉血管等)材料发生开裂或破碎,部份变形能以应力波的形式释放出来,被声发射仪测到,这就是声发射。由于变形能的释放,应力从新分布达到新的稳定状态,声发射停止。载荷继续增加,裂纹由稳定状态变成不稳定状态而扩展,或骨骼在另外部位发生新的开裂和破碎,声发射又发生。骨骼声发射事件是骨骼开裂或裂纹扩展及破碎形成的。这在我们所作的牛股骨三点弯曲试验及压缩试验中均观测到并得到证实。 2.Kaiser(卡塞尔)效应问题     

尺寸效应和应变速率对岩石力学特性影响的试验研究

采用MTS 815.02型电液伺服岩石力学试验系统,对6种规格岩样应变速率在1×10~(-5)~5×10~(-3) s~(-1)范围内进行了6级应变速率下的单轴压缩试验,分析了岩样尺寸、应变速率对岩样峰值强度、弹性模量、峰值应变、声发射特性及破坏形态等力学性质的影响.结果表明,岩样的峰值强度与岩样尺寸呈负相关,与应变速率呈正相关,两者均可采用二次多项式进行描述.当岩样尺寸较小(L/D2.0)时,岩样声发射振铃数在峰值应力前后呈先逐渐增多后减少的渐变规律,声发射模式属于渐进发射型;当岩样尺寸较大(L/D≥2.0)时,在达到峰值应力之前声发射数量较少,在应力峰值处突然爆发显著的声发射事件,声发射模式属于突跃发射型.当岩样高径比较小(L/D2.0)时,随着应变速率的增加,岩样的声发射振铃数与振铃次数增多,声发射活动越强烈,岩样破坏形式较为复杂,沿轴向出现较多的劈裂面或岩样产生圆锥形破坏;当岩样高径比较大(L/D≥2.0)时,岩样基本为单一剪切破坏.当应变速率较小(ε′5×10~(-4) s~(-1))时,岩样破坏形式为剪切破坏或拉剪混合破坏;当应变速率较大(ε′≥5×10~(-4) s~(-1))时,随着应变速率的增加,岩样易产生圆锥形破坏.     

类手性拉胀型声学超结构的设计及隔声特性研究

为满足航空航天、船舶海洋、土木建筑等领域对轻质多功能结构的迫切需求,本文设计了一种兼具轻量化、高承载和具有优异隔声性能的新型声学超结构。基于声子晶体及声学超材料的设计思想,提出了一种新型类手性拉胀型声学超结构,采用局域共振理论,建立了多层复合谐振局域共振型声子晶体的数值模型,通过与已有结果对比,验证了模型的准确性。基于此,研究了结构在变结构参数条件下的传声损失特性,以及杨氏模量、泊松比等材料参数对结构隔声性能的影响。研究发现：采用多重复合谐振型局域共振声子晶体与橡胶框架进行错层排列,并设置弧度边界,可以同时保障声学和力学性能,并进一步分析了材料、布局对隔声效果的影响。研究结果可为新型轻质隔声结构的设计提供理论参考。     

基于平面波展开法的声学黑洞梁弯曲波带隙研究

为了进一步提高结构的减振能力,新型减振结构的研究已成必然趋势,声学黑洞作为连续幂律变截面结构,能较好地抑制结构中弯曲波的传播.为了扩展声学黑洞减振频带,本文考虑将声子晶体中周期性结构与声学黑洞结合,构造出以声学黑洞为原胞的一维声子晶体梁.基于欧拉梁理论,推导了该声子晶体梁的弯曲波带隙的平面波展开计算方法,分析了该方法的...     

粘弹性材料中动态扩展裂纹尖端场的分析

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了粘弹性材料动态扩展裂纹的力学模型.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝r-1/(n-1).通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近控制方程;采用靶法求得了Ⅰ型Ⅱ型动态扩展裂纹尖端的应力、应变的数值解.数值计算表明:裂尖场变化主要受材料的蠕变指数和马赫数的控制.通过对裂纹尖端场的渐近分析,为动态扩展裂纹的断裂判据提供参考依据.     

纳米尺度材料有效导热率的界面效应

为了研究界面效应对纳米尺度材料内声子热输运的影响,利用格子波尔兹曼法模拟二维矩形结构二氧化硅纳米材料内声子热输运,模拟过程考虑了边界面散射对声子平均自由程的影响.结果表明,相对镜反射的情况,漫反射界面明显降低了纳米尺度材料的导热率,边界面存在界面效应;随着镜反射因子的减小,材料的有效导热率降低;提高纳米尺度固体材料界面的粗糙度,界面热阻增强,有助于降低导热率.     

Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N/Ag复合材料的负热膨胀与物理性能

采用机械球磨加固相烧结法合成Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N/Ag复合材料。在77K-300K温度范围内,分别研究了Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N/Ag复合材料的热膨胀性能,电导性能和热导性能。当含Ag量分别为1,5,10和20 wt%时,所有样品在有效的温度区间205K-275K表现出负热膨胀。随着Ag含量的增加,有效温度区间向室温方向移动。另外,和Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N材料相比,Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N/Ag复合材料具有更高的电导率1?0-6（Ohm.m）-1和热导率10.5W/(mK)。     

幂软化材料动态裂纹尖端的弹塑性场

采用塑性动力学方程,对应变损伤材料平而应力动态裂纹尖端场进行了渐近分析。假定材料服从J_2流动理论,且损伤规律以幂律应变软化的规律给出,其结果表明:在裂纹尖端附近,应力和应变分别具有如下的奇异性:σ/(1n R/r)~(-n/n+1),∈～(1n R/r)~(1/n+1),并且通过数值计算给出了裂纹尖端附近的应力分布。而对于n=1情况下,即损伤规律服从反比例关系,本文对平面应变问题和Ⅲ型反平面剪切问题进行了研究。给出了动态弹塑性场的渐近解,揭示了场的渐近特性。     

纤锌矿型GaN电子迁移率的计算

考虑了对纤锌矿型氮化镓低场电子输运影响最为显著的4种散射机制——电离杂质散射,极化光学波散射,声学波压电散射和声学声子形变势散射的单个平均动量驰豫时间,采用Mattiessen's rule计算了不同补偿率以及不同载流子浓度条件下,氮化镓电子漂移迁移率,霍耳因子以及霍耳迁移率随温度的变化．计算表明,温度小于200K时总霍耳因子随温度的增加而增加,200K时达到峰值1.22,温度大于200K后霍耳因子则随着温度的增大而减小．此外,在包括室温在内的较高温度下,极化光学波散射对电子迁移率的变化起决定作用．温度较低时,声学波压电散射对电子迁移率的影响较大．     

AZ31B镁合金板材冷轧成形应力应变响应的数值模拟

为了研究AZ31B型镁合金板材在室温轧制成形过程中应力应变响应规律,采用Johnson-cook本构关系对AZ31B镁合金板材在不同轧制工艺下的单道次冷轧成形进行数值模拟.分别在压下量为2%、5%、8%,应变速率分别为0.1 s~(-1)、1.0 s~(-1)、10.0 s~(-1)的条件下,开展了不同压下量及不同应变速率组合对轧件应力应变响应的模拟研究.模拟结果表明,在压下量为5%,应变速率为10.0 s~(-1)时,AZ31B镁合金板材变形过程中的局部最高应力为267.100 MPa,低于材料极限应力282.900 MPa.局部最高应变为4.454×10~(-2),低于宏观断裂应变0.2.相比其他工艺条件,此条件是较为合理的冷轧工艺.     

计入构件形变影响的超声波测量应力方法

根据弹塑性力学的基本原理,分析了材料在弹性应变范围内受单向应力情况下应变对超声波传播时间的影响,提出了经应变修正的超声波测量应力模型.采用基于超声波纵波回波信号的声时测定方法测试了立方体试样在无应力和有应力状态下的时间变化量,数据的重复测量误差仅为0.01%.实验证明了超声波测量应力模型的正确性和声时测定方法的可行性.通过对应变的修正,能够很好地反映出由应力引起波速变化所造成的时间变化量随应力变化的关系.