衬底偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

采用过滤阴极真空电弧技术并施加一定的衬底负偏压,在P(100)单晶硅片上制备出四面体非晶碳薄膜利用可见光Raman光谱研究薄膜的结构,通过BWF函数描述的单斜劳伦兹曲线拟合数据并获得表征曲线非对称性的耦合系数,从而反映了薄膜中sp3杂化的含量分别用原子力显微镜和纳米压入仪研究薄膜的表面形态和力学性能.结果表明:当衬底偏压为-80V时,薄膜中sp3杂化的含量最多,均方根表面粗糙度值最低(Rq=0.23nm),硬度、杨氏模量和临界刮擦载荷也最大,分别为51.49GPa、512.39GPa和11.72mN.随着衬底偏压的升高或降低,sp3键的含量减少,其它性能指标也分别降低.     

以四面体非晶碳为布拉格反射栅高声阻抗材料的固贴式薄膜体声波谐振器性能仿真分析

为了提高固贴式薄膜体声波谐振器(SMR)的电学和声学品质,实现四面体非晶碳(ta-C)在体声波器件领域的新应用,建立了以ta-C为布拉格反射栅高声阻抗材料的SMR模型,利用MathCAD仿真研究布拉格反射栅层数对该SMR的谐振特性的影响以及ta-C中sp3杂化含量和高/低声阻抗层厚度偏差对SMR的品质因子(Q值)的影响。结果表明层数的增加提高了SMR的品质;ta-C薄膜sp3杂化含量越高,达到饱和Q值所需层数越少,当含量为80%时,至少需要6层(3对)布拉格反射层使SMR达到优异Q值;距离压电堆越近的高/低声阻抗层,其厚度偏差对Q值的影响越大,从而实现了高频率(8GHz)低损耗的SMR的设计。     

类金刚石薄膜电极的电化学行为研究

类金刚石(DLC)薄膜以其优异的物理化学性能引起了人们的研究兴趣.导电的DLC薄膜可以作为电极材料并表现出宽的电势窗口,低的背景电流,良好的电化学活性,表面易修饰,从而有望用于生物电分析及污水检测等方面.从薄膜的制备、薄膜与基底界面、薄膜表面修饰等几个方面综述了DLC薄膜电极的制备技术和电化学行为研究,并对其应用前景进行展望.     

选区激光熔化制备金刚石/铝复合材料的缺陷研究

利用选区激光熔化(selective loser melting, SLM)技术成功制备金刚石增强铝基复合材料。通过对成型之后的断口、金刚石颗粒以及成型过程中飞溅残渣的分析，发现复合材料的主要缺陷为金刚石在激光照射条件下的热损伤以及在成型过程中形成的大量孔洞。分析表明:金刚石的热损伤主要是由激光直接作用在金刚石上导致的石墨化，金刚石表层的TiC镀层也无法避免其损伤；金刚石间的内部孔洞主要是因为在极短的熔化成型过程中金刚石和基体润湿性较差，相互难以融合而形成的大量孔洞。      

平面窗口气动热辐射效应数值模拟

采用有限元法研究飞行高度为15 km不同马赫数下CVD ZnS的温度场和应力场分布情况。随后,根据窗口的温度场分布,仿真得到窗口干扰辐射强度的分布,从而对窗口的气动热辐射效应进行评估。模拟结果表明,温度在初始阶段急剧升高,随后达到稳定,同时,应力响应在极短的时间内达到最大值,随后降低。可见,窗口的成像质量随马赫数的增加急剧降低,红外窗口的热辐射是制约红外成像质量的重要因素。     

Ce-TiO2粉体的制备及其光催化性能研究

以钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备Ce掺杂纳米TiO₂。结合XRD、TEM、UV-Vis等现代检测手段对所制备样品的结构和性能进行表征。以直接桃红12B为目标降解产物,考察了所制备样品的光催化活性。研究结果表明:样品在550℃煅烧后,TiO₂为锐钛矿型,Ce掺杂纳米TiO₂后晶粒尺寸由23.9 nm降低到19.8 nm。Ce掺杂引起TiO₂的光学吸收边红移,提高可见光的吸收,拓展了TiO₂光谱响应范围。催化剂投加量为0.5 g/L,直接桃红12B溶液的初始浓度为20 mg/L,p H值为5。在紫外光下2 h条件下,Ce掺杂TiO₂后去除率由83.6%提高到93.8%。低浓度下的光催化降解过程可用Langmuir-Hinshelwood一级动力学方程拟合,初始浓度20 mg/L时,吸附速率可达到0.063 04 min^-1。     

非晶金刚石与非晶碳化锗复合增透保护膜系的设计与实现

为了有效保护硫化锌等红外光学元件并提高其在工作波段的透过率,根据薄膜光学原理进行增透设计,从而获得膜系光学参数;采用射频磁控溅射技术制备非晶碳化锗薄膜,通过调整甲烷流速比调整薄膜的折射率,根据流速比和沉积时间控制膜厚,再用过滤阴极真空电弧技术制备非晶金刚石薄膜,分别改变衬底偏压和沉积时间控制薄膜的折射率和膜厚.利用光谱椭偏仪和台阶仪表征薄膜折射率和膜厚,通过小角X射线反射和X射线光电子谱测试非晶金刚石薄膜的密度和非晶碳化锗薄膜中的锗含量,使用纳米压痕仪和傅里叶红外透射谱仪确定薄膜的硬度和红外透过率.试验表明,非晶金刚石和非晶碳化锗薄膜的折射率分别与薄膜的密度和薄膜中的锗含量密切相关,非晶金刚石与非晶碳化锗复合膜系是硫化锌等红外光学元件性能优异的增透保护膜.     

等离子体聚集装置下的高能量密度单晶金刚石快速生长研究

单晶金刚石是一种性能优异的晶体材料,在先进科学领域具有重要的应用价值。在微波等离子体化学气相沉积(Microwave plasma chemical vapor deposition, MPCVD)单晶金刚石生长中,如何提高晶体的生长速率一直是研究者们关注的重点问题之一,而采用高能量密度的等离子体是提高单晶金刚石生长速率的有效手段。在本研究中,首先通过磁流体动力学(Magnetohydrodynamic,MHD)模型仿真计算,优化设计了特殊的等离子体聚集装置;随后基于模拟结果进行生长实验,采用光谱分析和等离子体成像对等离子体性状进行了研究,制备了单晶金刚石生长样品;并通过光学显微镜、拉曼光谱对生长样品进行测试。模拟结果显示,聚集条件下的核心电场和电子密度是普通条件下的3倍;生长实验结果显示,在常规的微波功率(3500W)、生长气压(18kPa)下得到的高能量密度(793.7 W/cm3)的等离子体与模型计算结果吻合。高能量密度生长条件并不会对生长形貌产生较大影响,但加入一定量氮气能够显著改变生长形貌,并对晶体质量产生影响。采用这种方法,成功制备了高速率(97.5μm/h)单晶金刚石。不...     

过滤阴极真空电弧制备非晶金刚石红外保护膜

采用过滤阴极真空电弧技术,通过施加不同衬底偏压制备了非晶金刚石薄膜.利用纳米压痕仪和光谱椭偏仪测试薄膜的力学性能和光学性能,利用KLA-Tencor台阶仪测试硅衬底在薄膜沉积前后的曲率半径,并根据Stoney方程计算薄膜应力,利用可见光拉曼光谱和电子能量损耗谱研究了薄膜的微结构.实验表明:当衬底负偏压为80 V时,薄膜的硬度、弹性模量、光学带隙和折射率均达到最大值,随着偏压的升高或降低,各参量分别降低;此时,薄膜的sp3杂化含量最高,斜坡系数却最小;在宽红外波段范围内,薄膜的消光系数趋近于零,即红外透明;另外,薄膜具有接近金刚石的高硬度和高模量,并且其微结构以及光学和力学性能可调,因此是一种优异的红外光学窗口增透保护薄膜材料.     

铱衬底上异质外延单晶金刚石:过程与机理

金刚石因其独特的物理化学性质,在探测器、光电子器件等领域得到了广泛的应用,单晶金刚石更是因为具有大幅度提高这些器件功能的潜力而引起了众多学者的关注。目前在铱(Ir)衬底上异质外延生长的单晶金刚石具有最大尺寸和较为优异的生长质量。本文介绍了可用于外延金刚石的不同结构的衬底以及金刚石在铱(Ir)衬底上的形核和生长过程,重点阐述了金刚石偏压辅助形核(BEN)和外延横向生长(ELO)的机理,以及衬底图形化形核生长技术,指出了目前研究存在的不足,并对金刚石异质外延理论和实验研究方向进行了展望。