L-丙氨酸掺杂下KDP晶体成核特性及生长实验研究

通过实验测定了L-丙氨酸掺杂下KDP溶液的亚稳区和诱导期,根据经典成核理论计算了晶体成核的热力学和动力学参数,分析了L-丙氨酸对KDP溶液成核特性的影响。结果表明,随着掺入的L-丙氨酸浓度的增大,KDP的溶解度减小,亚稳区变宽,诱导期变长,溶液更加稳定。采用吊晶法进行了KDP晶体生长实验,发现其(100)面法向生长速度随掺杂浓度增大而减小,在过饱和度σ>0.04时,晶体(100)面的生长以二维成核生长机制为主。     

pH值对ADP晶体(100)面生长的影响

通过对40℃、不同pH值和过饱和度下ADP晶体(100)面法向生长速度的研究,发现在同一过饱和度下,改变pH值后晶面的生长速度明显加快。实验数据显示,在过饱和度较低时,(100)面的生长以螺旋位错生长机制为主;过饱和度较高时,以二维成核生长机制为主,而且pH值的改变会促使ADP晶体在较低的过饱和度下就从位错生长机制向二维成核生长机制转变。利用实验数据计算出了不同pH值下、二维成核生长机制控制晶体生长时的台阶棱边能。最后,运用原子力显微镜(AFM)非实时观察了不同过饱和度、不同pH值下生长的ADP晶体(100)面的微观形貌,发现与正常pH值相比,在较低的过饱和度下,pH=2.5和5.0的晶面上就出现了二维核。     

掺杂甲紫对KDP晶体溶液稳定性及生长速度影响的研究

首先测定了掺杂不同浓度甲紫条件下KDP晶体的溶解度曲线,发现随着掺杂浓度的增大,KDP晶体的溶解度逐渐减小;进而通过测定不同掺杂条件下KDP溶液的成核诱导期,发现随着甲紫掺杂浓度的增大,溶液的诱导期先增大后减小,说明适量浓度的甲紫掺杂能够增加溶液的稳定性。最后进行了掺杂不同浓度甲紫条件下KDP晶体的生长实验,测量了晶体各向的生长速度,发现晶体各向生长速度均随着掺杂浓度的增大先减小后增大,最终减小,当甲紫掺杂浓度为0.1%mol/L时,KDP晶体各向生长速度最快。     

Na~+对KDP晶体热膨胀及硬度的影响

Na+是KDP原料中一种常见的杂质离子,采用"点籽晶"快速生长法生长了一系列掺杂Na+的KDP晶体,研究了不同掺杂浓度下Na+对KDP晶体热膨胀及硬度的影响。实验表明,随着Na+掺杂浓度的增大,KDP晶体Z向热膨胀系数逐步增大;KDP晶体(001)面的显微硬度整体大于(100)面的硬度,随着Na+掺杂浓度升高,KDP晶体各晶面硬度显著降低。     

Cr3+掺杂对快速生长KDP晶体的生长习性和光学性能的影响

采用快速法生长了掺杂不同Cr3+浓度的KDP晶体,测试了KDP晶体(100)面在不同Cr3+掺杂浓度下的生长速度及死区,表征了Cr3+掺杂的KDP晶体的Cr3+元素分布、透过光谱、散射颗粒分布和光损伤阈值.实验表明Cr3+易吸附在晶体(100)面,从而增大了(100)生长死区,并降低了(100)面生长速度.Cr3+使快...     

Ge掺杂碳化硅晶体的生长缺陷

采用物理气相传输法(PVT)制备了2英寸Ge掺杂和非掺SiC晶体, 并使用二次离子质谱仪(SIMS)、显微拉曼光谱(Raman spectra)仪、体式显微镜、激光共聚焦显微镜(LEXT)和高分辨X射线衍射(HRXRD)仪等测试手段对其进行了表征。结果表明, Ge元素可以有效地掺入SiC晶体材料中, 且掺杂浓度达到2.52×10¹⁸/cm³, 伴随生长过程中Ge组份的消耗和泄漏, 掺杂浓度逐渐降低; 生长初期高浓度Ge掺杂会促使6H-SiC向15R-SiC晶型转化, 并随着生长过程中Ge浓度的降低快速地转回6H-SiC稳定生长。用LEXT显微镜观察发现, 生长初期过高的Ge掺杂导致空洞明显增多, 位错密度增加, 掺杂晶体中位错密度较非掺晶体增大一倍。HRXRD分析表明掺Ge能增大SiC晶格常数, 这将有利于提高与外延III族氮化物材料适配度, 并改善器件的性能。     

基于第一性原理的Fe掺杂锐钛矿型TiO2(001)表面光催化性研究

基于密度泛函理论的第一性原理对不同掺杂方式和不同含Fe量的Fe/TiO_2(001)禁带宽度及C6H6分子在其表面不同位置的吸附能进行了研究。Fe原子掺杂纳米TiO_2的能带结构和态密度计算表明,表面间隙掺杂比替位掺杂更利于减小TiO_2的禁带宽度,且当掺杂浓度为6.122%时,相比纯TiO_2的禁带宽度减小幅度最大可达59.3%。通过吸附能的比较得出了苯分子在TiO_2(001)表面以水平吸附为主,在研究浓度范围内,随Fe原子掺杂浓度的增加,吸附能并不像带隙一样呈减小的趋势,而是当Fe原子掺杂浓度为4.167%时,吸附能的涨幅最大为63.2%。     

CdZnTe晶体(111)面、(110)面和(100)面的蚀坑形貌观察

利用CdZnte晶体晶面夹角之间的关系采用激光正反射法对改进布里奇曼法生长的CdZnTe单晶进行定向,研磨出了CdZnTe单晶体的(111)、(100)面.采用自行研制的HHKA腐蚀液对三个面进行择优腐蚀,得到了(111)、(100)和(110)面的腐蚀照片,并计算出了蚀坑密度(EPD)约为104～105/m2数量级.结果表明生长晶体的质量较好.     

择优蚀坑表征立方晶系冷轧电工硅钢取向性

为确定电工硅钢的晶粒取向性,应用蚀坑技术研究了冷轧无取向硅钢、取向硅钢因择优腐蚀所形成的蚀坑与晶粒取向的关系,分析了{100}面系蚀坑形貌的演变过程,从晶体学角度建立了蚀坑形貌与晶面指数的对应关系.结果发现:无取向硅钢形成不同形貌的蚀坑,其晶面指数为(001)、(011)和(111),或是由它们演变形成的其他晶面指数;取向硅钢形成的蚀坑为同一类型,晶面指数为(011)或由其演变形成的其他晶面指数;晶界也会形成蚀坑,其形貌与相邻晶粒间的取向差有关,取向差大,形成{100}、{110}和{111}面系的蚀坑,取向差小,形成{110}面系的蚀坑.取向硅钢的蚀坑分布具有连续性,晶界的存在并不改变蚀坑的基本特征;取向硅钢蚀坑的底棱相互平行,相差不超过5°,底棱延伸方向与硅钢的轧制方向即[001]方向一致,偏离角度不超过5°.     

锰掺杂对PbZr0.5Ti0.5O3铁电薄膜电学性能的影响

采用Sol-gel方法在生长有LNO3的Si(100)衬底上制备了掺Mn的PbZr0.5Ti0.5O3铁电薄膜(PMZT)。PMZT薄膜具有优良的铁电性。在外加电场下观察到了非对称剩余极化翻转行为。这种剩余极化的翻转不对称随着锰掺杂浓度的增加而变大,从而表明极化过程中产生的内建偏压电场是由Mn的掺杂引起的。当薄膜厚度保持不变时候,PMZT薄膜的剩余极化(Pr)和平均矫顽电场(Ec)随着锰掺杂浓度的增大而减小。在低频下,PMZT薄膜的介电常数随着锰的掺杂浓度的增加而减小。瞬时电流随着时间的呈指数衰减,最后到达饱和的稳态值。样品的漏电流密度随着电压的增加而近似地线性增加,显示出欧姆特性。在相同电压下,漏电流密度随着Mn掺杂浓度的增加而增加。     

Al、Cr、Fe掺杂对KDP(001)晶面力学性能影响的第一性原理研究

本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对KDP(001)晶面及三价金属Al、Cr、Fe掺杂KDP(001)晶面的拉伸、剪切应力-应变曲线进行了模拟研究,并对其理想强度、径向分布函数、电子态密度、电荷密度分布进行了分析。研究结果表明,Al、Cr、Fe掺杂KDP晶体后晶格常数只略微增大,掺杂后费米能级附近主要由掺杂元素的Al-3s、Cr-3d、Fe-3d电子轨道占据,且O-2p轨道向低能级移动,结构变稳定。三种掺杂体系沿[001]向和[100]向的拉伸、剪切弹性模量、理想强度均高于KDP晶体,而三种掺杂体系的[110]向剪切弹性模量、理想强度几乎不变。在[001]向拉伸应力作用下,理想及掺杂KDP晶体始终保持四方晶系结构不变。KDP晶体的态密度分布几乎不变,Al、Cr、Fe掺杂体系的O-2p轨道由低能级向高能级移动,结构变得不稳定。[100]向和[110]向剪切作用下,理想及掺杂体系均由四方晶系转化为单斜晶系。理想及Cr掺杂KDP晶体的态密度分布几乎不变,Al、Fe掺杂体系的O-2p轨道由高能级向低能级移动,结构变稳定。KDP晶体容易沿[110]向发生剪切变形。     

锈损冷弯薄壁钢板的断裂机制与断裂模型

为研究锈蚀对冷弯薄壁钢板断裂机制的影响,本工作选取在工业环境中服役多年的C形钢檩条,从其平板部位和弯角部位截取标准试件进行单调拉伸试验,并通过有限元数值分析研究了锈坑深度、深径比和截面损失率对其应力三轴度和等效塑性应变的影响.拉伸试验结果表明:随锈蚀程度增大,试件的塑性硬化阶段和颈缩阶段逐渐缩短,屈服阶段逐渐消失;试件的屈服强度、极限强度和断裂应变逐渐减小.有限元分析结果表明:应力三轴度随锈坑深度和深径比增加逐渐增大,随截面损失率的增加变化不显著;等效塑性应变随锈坑深度和截面损失率增加明显增大,随锈坑深径比增加呈现先增大后减小的趋势.本工作还建立了应力三轴度和等效塑性应变相对值与锈坑深度、深径比和截面损失率的拟合公式,根据拟合结果,对空穴增长模型(VGM模型)和应力修正临界应变模型(SMCS模型)进行修正,从而推导出点蚀损伤和全面腐蚀损伤下冷弯薄壁钢板的断裂模型.     

KDP晶体(100)面生长台阶聚并现象的AFM研究

采用激光偏振干涉手段实时测量了KDP晶体(100)面的生长速度与过饱和度之间的关系,用AFM技术观察了KDP晶体(100)面在不同过饱和度下的基本台阶和聚并台阶形貌,并据此分析了由基本台阶到聚并台阶的过程及其与过饱和度之间的关系.研究表明:过饱和度为1.8%时,(100)面上以基本台阶为主,基本台阶的高度为0.366 nm,约为半晶胞高度;增大过饱和度,基本台阶开始聚并,聚并初期,台阶高度增加,进而台阶宽度增加;随着过饱和度的增大,台阶聚并加剧,推移速度加快,但聚并台阶的斜率基本不变.     

脉冲参数对氨基磺酸盐镀镍择优取向的影响

采用脉冲电镀在氨基磺酸盐镀液中以相同的平均电流密度不同脉冲导通／间歇时间制备镍镀层，用X射线衍射仪(XRD)研究了镀层结构及脉冲参数对镀层择优取向的影响。结果表明，所有镍镀层皆为面心立方结构，在(200)面有明显择优取向；脉冲间歇时间(toff)为9ms时，(200)面的相对取向密度(J200)随脉冲导通时间(ton)的增加而减小；ton为0．1ms时，J200随toff的增加而增大；当脉冲峰值电流密度(ip)大于19A／dm^2时，J200随ip的增大而增大；(200)面择优取向密度受过电位、镍离子的还原速度和氢氧化镍在阴极表面吸附的共同作用。     

热空气老化对丁腈橡胶交联密度的影响

对丁腈橡胶(NBR)进行热空气老化,通过溶胀法和核磁法(NMR)测试老化后样品的交联密度,结果发现NBR硫化胶核磁法交联密度随着老化时间的增加而增大;溶胀法交联密度随着老化时间的增加先减小后增大。此外,NBR硫化胶核磁法交联密度随着老化温度的增加而增大;溶胀法交联密度随着老化温度的增加先减小后增大。最后研究了NBR硫化胶力学性能与交联密度间的关系,结果发现NBR硫化胶的100%定伸应力随核磁法交联密度的增大而增大;拉伸强度随核磁法交联密度的增大先增大后降低;断裂伸长率随核磁法交联密度的增大而降低。     

热阴极DC-PCVD方法制备的金刚石厚膜的生长特性和内应力

采用热阴极DC PCVD(DirectCurrentPlasmaChemicalVaporDeposition)方法制备出大尺寸高质量的金刚石厚膜,研究了金刚石厚膜的生长特性和内应力状态。由热阴极DC PCVD方法制备的金刚石厚膜大多数为〈110〉取向,表面显露面主要是(100)面和(111)面,厚膜的表面被较多的孪晶所覆盖,部分(111)面退化为3个相互垂直的(110)面,孪晶使厚膜表面结晶特性复杂化,金刚石厚膜的晶粒沿生长方向呈现柱状生长。金刚石厚膜的生长速率随甲烷流量和工作气压的增加而增加,但随生长速率的提高金刚石膜的品质明显下降。金刚石厚膜的内应力以压应力为主,随着甲烷浓度的增加压应力增加,随着工作气压的增加压应力减小,到某个气压之后变为张应力。     

拉速对?400mm直拉硅单晶中空洞分布影响的数值模拟

为了研究拉速对?400mm直拉硅单晶中空洞演变的影响,应用CGSim软件模拟了3种拉速下晶体中空洞演变过程。模拟结果表明,(1)3种拉晶速度下具有相同的空洞分布规律,即随着径向半径增加,晶体心部的空洞密度增大而平均直径减小,该变化趋势随轴向位置远离固液界面而减弱;晶体边缘的空洞密度和平均直径随径向半径增加而减小,直至形成无空洞区,无空洞区域随轴向位置远离固液界面而缩小;(2)随着拉晶速度加快,晶体心部的空洞密度及其平均尺寸相应增大,对应的变化区域基本上向边缘整体平移。     

添加剂DTPA对KDP晶体快速生长及性能的影响研究

在添加1×10^-4 (mol/mol KDP) 二乙烯三胺五乙酸(DTPA)的溶液中, 利用“点籽晶”快速生长法生长了KDP晶体. 实验发现, 添加少量DTPA即可使不同饱和温度下的KDP生长溶液的亚稳区宽度均得到提高. 利用激光偏振干涉装置研究了不同浓度的DTPA对KDP晶体(100)面生长动力学的影响. 发现随DTPA掺杂量增加, 临界过饱和度(死区)一直降低, 生长速度则是先增加经过一个最大值后减小. 表征了晶体的光学透过率和晶体内部的杂质金属离子含量, 发现掺杂1×10^-4 (mol/mol) DTPA大幅提高了快速生长的KDP晶体在紫外区的透过率, 并有效地减少了进入晶体内部的杂质金属离子含量.     

3D ES势垒对Cu(111)和Cu(OO1)晶面同质外延生长的影响

三维3D ES势垒直接影响着层间扩散,在Cu(111)和Cu(100)面2D ES势垒和3D ES势垒是不同的.本文主要研究了基于(1+1)维KMC模型,在这两个特殊的晶面上Cu薄膜的同质外延生长.观察两个面的生长情况,发现随着温度的增加薄膜的粗糙度逐渐减小,由于Cu(111)表面2D ES势垒较小,所以Cu(111)面粗糙度的下降的速度比Cu(100)要快,Cu(111)表面更有利于薄膜的生长.对于纳米棒的应用,在生长时间较短时两个面的生长速率逐渐减小,但是Cu(100)面的生长速度比Cu(111)面更快,随着生长时间的增加,这两个面会出现多层台阶,Cu(111)面的生长速度会逐渐增加,最终会超过了Cu(100)面.多层台阶出现后对两个面的影响是不同的.由于Cu(111)表面3D ES势垒较大,在Cu(111)表面会形成较多的多层台阶,Cu(111)面上多层台阶数有利于纳米棒的生长,然而在Cu(100)表面3D ES势垒较小,Cu(100)表面很难形成多层台阶,所以Cu(100)面上纳米棒的生长速度并没有增加.正是因为3D ES势垒的存在才会导致多层台阶的出现,较大的3D ES势垒有利于纳米棒的生长.     

金属表面局部腐蚀与腐蚀产物沉淀动态过程数值研究

数值模拟可在一定程度上弥补传统检测方法的不足,针对现有格子Boltzmann腐蚀模型不足对其进行改进,所得模型可以描述包含多相多组分流动与传输、电化学反应、金属的溶解腐蚀以及腐蚀产物沉淀的腐蚀全过程。应用此模型,针对浸没于液体腐蚀环境的金属表面单坑点蚀情况进行了数值研究,获得了金属表面腐蚀坑的形貌变化与腐蚀坑内腐蚀产物沉淀的析出情况;分析了腐蚀反应速率、腐蚀溶液扩散系数对腐蚀程度以及腐蚀产物沉淀量的影响;分析了腐蚀产物饱和浓度、腐蚀产物扩散系数和沉淀反应速率对腐蚀产物沉淀的影响。数值模拟结果表明:对于金属表面的单坑点蚀过程,腐蚀程度随腐蚀反应速率的增大而增大,随反应物组分扩散系数的增大而增大;腐蚀产物沉淀的析出量随腐蚀产物的饱和浓度的增大而减小,随腐蚀产物扩散系数的增大而减小,随沉淀反应速率的增大而增大。