SiO2气凝胶薄膜的介电性能

采用MIS结构测量了SiO2气凝胶薄膜的介电性能,其介电常数可低于2.5.验正了薄膜的介电常数与孔洞率或折射率的计算公式;探讨了SiO2气凝胶薄膜的介电色散行为和介电极化机制,指出了薄膜的低介电常数是其纳米多孔结构和疏水性能共同作用的结果.     

TiNi表面磁控溅射DLC薄膜的纳米压痕与摩擦性能

采用室温磁控溅射技术在TiNi合金表面制备出DLC/SiC(类金刚石/碳化硅)双层薄膜(SiC为中间层),采用拉曼光谱仪、纳米压痕仪和球-盘式摩擦磨损仪研究DLC薄膜的结构、纳米压痕和摩擦性能.结果表明:制备的DLC/SiC薄膜石墨含量高、纳米硬度(5.493 GPa)低、弹性模量(62.2447 GPa)低.在以氮化硅球(半径为2mm)为对摩件,4.9N载荷、室温、Kokubo人体模拟体液润滑下,该DLC/SiC薄膜具有低且稳定的摩擦因数,其平均值约为0.094.     

用纳米压痕法研究拉伸变形对电沉积镍镀层力学性能的影响

用纳米压痕法对受不同程度拉伸变形后的电沉积镍镀层试样的硬度、弹性模量和蠕变性能进行了研究.结果表明:随着变形量从零增加到28.3%,镍镀层的硬度及其弹性模量都有明显降低,硬度从9.37 GPa下降到6.13 GPa,弹性模量从242.51 GPa下降到116.23 GPa;而蠕变位移随变形量的增加而增加,从未拉伸试样的1.25 mm增加到伸长率为28.3%试样的4.52 mm.     

基于原子力显微镜和分子动力学的纳米压痕技术研究

利用原子力显微镜对真空蒸发镀膜技术制得的单晶铜薄膜试件进行了纳米压痕试验。通过进行各种压痕深度下的试验,获得了压痕深度对试件力学性能的影响关系。试验得到的试件弹性模量为67.0 GPa±6.9 GPa。试件的硬度值随着压痕深度的减小而不断增大,表现出强烈的尺寸效应。在原子力显微镜试验的同时,使用分子动力学仿真方法对单晶铜薄膜的纳米压痕过程进行了研究。仿真结果表明单晶铜薄膜的纳米压痕的力学机理不是位错在晶体中运动产生的塑性变形,而是非晶态产生的变形,从而解释了尺寸效应产生的原因。     

纳米结构碳基薄膜的制备及性能研究

利用单极脉冲等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积含氢碳薄膜,用高分辨透射电子显微镜和激光拉曼光谱仪研究薄膜的微观结构,用X射线光电子能谱分析薄膜的化学键状态,并用纳米压痕仪测定薄膜的硬度和弹性模量,在CSM往复式摩擦磨损试验机上考察薄膜的摩擦学性能。结果表明:在单极脉冲等离子体增强化学气相沉积系统上成功制备出在非晶基体上镶嵌弯曲类富勒烯纳米结构的含氢碳薄膜,其独特的类富勒烯纳米结构赋予薄膜良好的力学性能,其弹性恢复系数和硬度分别高达86%和26.37 GPa;与非晶结构薄膜相比,制备的纳米结构含氢碳薄膜在室温环境下摩擦学性能更为优异,在机械摩擦表面具有广阔的应用前景。     

应用纳米压痕法测试类金刚石薄膜的力学性能

纳米压痕仪被称为材料机械性质微探针,它借助于加载-卸载过程中压痕对载荷和压入深度的敏感关系,使得测试始终在薄膜材料的弹性限度内,克服了维氏法和努氏法等传统方法引起压痕边缘模糊或者碎裂的缺点,从而正确地、可靠地测试出薄膜材料的硬度和弹性模量等纳米力学性能.试验用微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积技术,在不同偏压条件下制备三种类金刚石薄膜(DLC膜),用纳米压痕仪测试不同载荷下薄膜的硬度和弹性模量值.试验结果表明,材料的纳米硬度和弹性模量随着载荷的增大而逐渐减小.     

IF钢晶界的微观力学性能及其对宏观力学性能的影响

利用纳米压痕技术对不同晶粒尺寸无间隙原子钢(IF钢)晶界的微观力学性能进行表征,并测试了IF钢的维氏硬度和拉伸性能,分析了晶界微观力学性能对宏观力学性能的影响。结果表明:不同尺寸晶粒内的纳米压痕硬度和弹性模量基本一致,但晶粒尺寸较小试样的平均纳米压痕硬度约为3.12GPa,比晶粒尺寸较大试样的(2.36GPa)更高,平均模量约为205GPa,低于晶粒尺寸较大试样的(210GPa),晶粒尺寸较小试样的维氏硬度和抗拉强度明显高于晶粒尺寸较大试样的;晶界的纳米压痕硬度(3.25GPa以上)比晶粒内的(2.61GPa)更高而弹性模量略低是导致宏观力学性能差异的主要原因。     

CrSiCN薄膜的力学性能及水润滑特性研究

运用非平衡磁控溅射技术,通过改变硅烷的流量,在Si(100)和316L不锈钢片基材上沉积不同元素含量的CrSiCN四元薄膜;运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和纳米压痕仪分别研究薄膜的结构、表面形貌和纳米硬度;运用球-盘摩擦磨损试验机研究水润滑下CrSiCN薄膜与Al_2O_3小球对摩的摩擦学特性。结果表明:由于固溶强化和纳米复合结构的形成,CrSiCN薄膜在硅烷流量为10 sccm获得最大硬度19.3 GPa和最大弹性模量306.9 GPa,继续增加硅烷流量,由于薄膜结构向非晶态转变,薄膜硬度降低;硅烷流量为10 sccm得到的薄膜CrSiCN具有最低的摩擦因数0.24,随着硅烷流量的增加,由于硬度的降低和过量非晶相的形成,薄膜抗磨性能降低,摩擦因数波动较大。     

薄膜/基体结构的纳米压痕实验及其有限元分析

利用纳米压痕实验测定了氮化钛薄膜/高速钢基体中薄膜的弹性模量和硬度,并得到了纳米压痕过程的载荷—位移曲线;根据实验所得材料参数建立了纳米压痕实验的DEFORM计算模型,利用该有限元模型分析了不同薄膜厚度的膜/基结合处的切应力分布,研究了膜/基分离的可能性大小及分离位置与薄膜厚度的关系。     

基于多孔PDMS薄膜介电层的柔性压力传感器

提出一种基于多孔弹性体薄膜介电层的电容式压力传感器。该多孔弹性体薄膜是由液体相位分离原理制作而成。首先将去离子水与聚二甲基硅氧烷(PDMS)以一定比例均匀混合,随后将溶剂蒸发后形成多孔复合弹性薄膜。以ITO为电极材料,PET为柔性基底,多孔弹性体薄膜为介电层,将两电极面对面层压封装,得到电容式柔性压力传感器。由于均匀孔结构的存在,薄膜介电层在压力作用下能发生较大形变。研究结果表明,基于多孔薄膜介电层的压力传感器的灵度为0.58 kPa~(-1),具有良好的稳定性和重复性;传感器阵列能够准确地检测表面压力分布。制作的柔性压力传感器具有高灵敏度、低成本的特点,可用于人机交互界面、电子皮肤传感和细微压力变化监控等方面。     

多层微桥试验法测量薄膜力学性能的研究

本文推导了表征多层结构微桥试验挠度-载荷关系的特征参数.通过MEMS(微机电系统)技术制备了包含亚微米厚度NiFe和cu薄膜的5层和8层微桥,采用XP纳米压痕仪进行微桥试验.基于小挠度理论和固支(built-in)边界条件,通过对不同长度微桥挠度-载荷关系曲线的研究,计算了梁弯曲刚度和单位宽度残余合力,并提出了一种估算薄膜机械性能的方法.得到NiFe薄膜弹性模量、残余应力分别为201.54GPa和270.75MPa,Cu薄膜为120.15GPa和50.31MPa.     

脉冲磁过滤阴极弧技术制备类金刚石薄膜研究

介绍了弯曲电弧磁过滤设备,并利用脉冲磁过滤阴极真空电弧沉积技术,在高速钢基体上制备了DLC膜.对制得的DLC薄膜表面形貌、Raman光谱及纳米硬度和弹性模量等进行了测试.结果表明,脉冲磁过滤阴极电弧法制备的DLC膜具有优良的性能.拉曼光谱分析显示,制得的薄膜为非晶结构,具有明显的sp2和sp3键杂化结构,符合DLC膜的特征,基体负偏压为50 V时,沉积的DLC膜Raman光谱的ID/IG值最小,sp3键含量最高,纳米硬度和弹性模量值达到最高,分别为29.94 GPa和333.9 GPa.     

纳米多孔氧化铝薄膜厚度的反射光谱测量方法研究

提出一种基于反射光谱的纳米多孔氧化铝(PA)薄膜厚度测量的方法。当白光照射PA薄膜时,分别从薄膜上、下表面反射的两束光线发生干涉。根据布拉格公式(B raggequation),若已知反射干涉光谱相邻两个极大值对应的波数差和薄膜的折射率就可以算出薄膜厚度。PA的有效折射率可根据M axw ell-G arnett有效介电常数理论由孔隙率算出。这种方法的优点是能实现PA总体膜厚的非接触、非破坏性在线测量。     

Ti表面高承载摩擦学SiC薄膜的研究

采用室温磁控溅射技术在金属钛表面制备出碳化硅(SiC)薄膜。研究了SiC薄膜的组织结构、纳米压痕行为和摩擦磨损性能。实验结果表明:SiC薄膜呈非晶态,含有较多Si-C键;膜-基间结合很好,具有明显的且呈梯度的相互元素扩散;薄膜的硬度(H)为12.1 GPa,杨氏弹性模量(E)为166.2 GPa,硬度与弹性模量比值(H/E)为0.073;在以氮化硅球为对摩件,初始Hertzian接触应力约为685~930 MPa的室温Kokubo人体模拟体液条件下,其磨损速率在10-5 mm3/Nm级,摩擦系数约为0.215,且不出现薄膜的破裂及剥落现象。分析表明,该薄膜在高载荷下仍具有很好的摩擦磨损性能,其原因是薄膜具有高的韧性和很好的界面结合;高的韧性与H及H/E相对较低有关,而好的界面结合与膜-基间弹性模量的差值较小有关。     

热处理对离子束溅射Ta_2O_5薄膜特性的影响

利用离子束溅射沉积技术制备了Ta2O5薄膜,在100~600℃的大气氛围中对其进行热处理(步进温度为100℃),并对热处理后样品的光学常数(折射率、折射率非均匀性、消光系数和物理厚度)、应力、晶向和表面形貌进行了研究。研究显示,随着热处理温度增加,薄膜折射率整体呈下降趋势,折射率非均匀性和物理厚度呈增加趋势,结果有效地改善了薄膜的消光系数和应力,但薄膜的晶向和表面形貌均未出现明显的变化。结果表明:热处理可以有效改变薄膜特性,但需要根据Ta2O5薄膜具体应用综合选择最优的热处理温度。本文对离子束溅射Ta2O5薄膜的热处理参数选择具有指导意义。     

沉积压强对类金刚石薄膜组织和性能的影响

使用等离子增强化学气相沉积的方法制备不同沉积压强下的类金刚石薄膜。反应气体为C2H2和CH4,辅助气体为Ar。通过控制气体流量来达到改变沉积压强的目的,沉积压强分别为2.5Pa、3.8Pa、5.0Pa和6.1Pa,为排除其它工艺参数对实验结果的影响,气体流量比C2H2∶CH4∶Ar=2∶2∶1保持不变。使用扫描电镜、拉曼光谱和纳米压痕等检测手段对薄膜的组织和性能进行分析。研究表明,薄膜均为非晶态结构;随着沉积压强的升高,薄膜沉积速率不断提高;随着沉积压强的升高,薄膜的ID/IG值不断下降,说明薄膜中的sp3键含量不断上升,与此同时,薄膜中的硬度和弹性模量不断提高;通过Rockwell压痕法测试膜基结合力,结果表明四组薄膜均有较高的结合力,其中沉积压强为5.0Pa的薄膜的结合力最好。     

超级双相不锈钢中σ相力学性能的纳米压痕表征

为了预测金属间化合物σ相的析出对00Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢力学性能的影响,采用纳米压痕技术对加热缓冷后该钢的σ相进行了表征,并对其显微组织进行了观察。结果表明:钢中σ相的体积分数为36.7%,其纳米压痕硬度范围为14.0～17.1GPa,平均值为15.7GPa,弹性模量范围为262～380GPa,平均值为317GPa;测试结果基本排除了基体效应的影响。     

离子束溅射制备SiO2薄膜的折射率与应力调整

基于正交试验方法,系统研究了用离子束溅射法制备SiO2薄膜其折射率、应力与工艺参数(基板温度、离子束压、离子束流和氧气流量)之间的关联性.使用分光光度计和椭圆偏振仪测量SiO2薄膜透过率光谱和反射椭偏特性,利用全光谱反演计算法获得薄膜的折射率,通过测量基底镀膜前后的表面变形量得到SiO2薄膜的应力.实验结果表明,工艺参数对薄膜折射率影响权重从大到小依次为氧气流量、基板温度、离子束流和离子束压,前三者对折射率影响的可信概率分别为87.03％、71.98％和69.53％;对SiO2薄膜应力影响权重从大到小依次为基板温度、离子束压、氧气流量和离子束流,前三者对应力影响的可信概率分别为95.62％、48.49％和37.88％.得到的结果表明,制备低折射率SiO2薄膜应选择高氧气流量、低基板温度和低离子束流;制备低应力SiO2薄膜应选择低基板温度和高氧气流量.     

磁控溅射法制备ZrW2O8薄膜及其性能

利用射频磁控溅射法在单晶硅片和石英基片上沉积了非晶态ZrW2O8薄膜,对不同温度下热处理的薄膜进行了XRD分析;用扫描电镜观察了薄膜的表面形貌,用阻抗分析仪和分光光度计分别研究了薄膜的介电性能和透光性能.结果表明:非晶态薄膜在740℃热处理3 min可以制得具有较好负热膨胀特性的ZrW2O8薄膜,其热膨胀系数为-2.54×10-5 /℃;介电常数和介电损耗均随着频率的增加而减小;在可见光范围内薄膜的透光率达75%.     

纳米压痕技术表征Al2O3/3%TiO2爆炸喷涂涂层的各向异性

利用纳米压痕技术研究了爆炸喷涂涂层的微观结构特征和力学性能的关系。结果表明:相对于涂层表面,涂层横截面存在着尺度分布较宽的孔洞和微裂纹等缺陷;涂层微观结构的各向异性使得涂层的弹性、塑性、硬度和弹性模量等出现各向异性;与涂层横截面相比,涂层表面具有较好的抵抗外加载荷的能力和卸栽后良好的弹性恢复能力;涂层表面的硬度和弹性模量分别为10．3 GPa和170．7 GPa,而涂层横截面的分别为2．9 GPa和234．5 GPa。