纳米晶LaNiAl薄膜充氦技术研究

采用离子束辅助磁控溅射方法沉积出了纳米晶LaNiAl膜和纳米晶渗氦LaNiAl膜（膜厚约10 m）,通过调节Ar-He气氛的比例可控制纳米晶膜中的含氦量（He/LaNiAl的原子分数5.7%~13.8%）,通过该方法引入到LaNiAl金属薄膜中的氦量远高于采用球磨法制备的纳米LaNiAl粉中的含氦量。研究结果表明:渗氦LaNiAl膜中的氦含量（原子分数）可达13.9%,氦在膜的深度方向分布均匀;热解析分析恒温条件下沉积的渗氦膜的起始释放温度为848 K,最高释放温度为1407 K,主释放峰为1080 K,初步确定了氦主要是以团簇的形式存在于在纳米晶膜中。     

纳米晶钛膜中氦注入的保持剂量

在从室温到500℃的温度范围内，用卢瑟福质子背散射技术分别测量了不同能量、不同剂量注入的纳米晶钛膜中氦的浓度分布，不同温度时的保持剂量及其释放浓度.发现氦在这种纳米晶粒膜中其氦-钛原子浓度比达到41%—52%时能在室温到100℃的温度下长期稳定保持，若其原子浓度达52%—74%时也能在室温环境有效保持.文中对这种具有大的界面体积比的膜能有效保持氦这种惰性元素的可能机理从能量观点进行了初步探讨. 关键词： 离子注入 纳米晶粒钛膜 氦 保持剂量     

晶粒尺寸对掺氦纳米多晶铁机械性能影响的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法研究了晶粒尺寸对掺氦纳米多晶铁机械性能的影响.在拉伸形变过程中,纳米多晶铁将产生裂纹与晶格畸变,通过模拟XRD谱探索二者之间的联系.拉伸模拟结果显示,由于晶界氦原子的引入,峰值应力将显著减小.另外,在拉伸模拟中观察到,沿晶裂纹的产生与长大随着晶界氦原子的引入而增强.研究结果表明,晶界氦原子能够促进沿晶...     

堆垛层错和温度对纳米多晶镁变形机理的影响

本文采用分子动力学模拟方法研究了在拉伸载荷下,堆垛层错和温度对纳米多晶镁力学性能的影响,在模拟中,采用嵌入原子势描述镁原子之间的相互作用．计算结果表明：在纳米晶粒中引入堆垛层错能明显增强纳米多晶镁的屈服应力,但堆垛层错对纳米多晶镁杨氏模量的影响很小;温度为300．0K时,孪晶在晶粒交界附近形成,孪晶随着拉伸应变的增加而逐渐生长．当拉伸应变达到0．087时,一种基面与X—Y面成大约35°角且内部包含堆垛层错的新晶粒成核并快速增长．也就是说,孪晶和新晶粒的形成和繁殖是含堆垛层错的纳米多晶镁在300．0K温度下的主要变形机理．模拟结果也显示,当温度为10．0K时,位错的成核和滑移是含堆垛层错的纳米多晶镁拉伸变形的主要形式．     

微量掺碳nc-SiC:H薄膜用于p-i-n太阳电池的窗口层

采用等离子增强化学气相沉积方法(PECVD)制备了微量掺碳的p型纳米非晶硅碳薄膜(p-nc-SiC：H)，反应气体为硅烷和甲烷，掺杂气体采用硼烷，沉积温度分别采用333K，353K和373K.测量结果表明随着沉积温度增加和碳含量的增加，薄膜的光学带隙增加；薄膜具有较宽的带隙和较高的电导率，同时有较低的激活能(0.06eV).Raman和XRD测量结果表明薄膜存在纳米晶.优化的p型纳米非晶硅碳薄膜作为非晶硅p-i-n太阳电池的窗口层，使得太阳电池的开路电压达到0.94V. 关键词： 光学带隙 纳米硅 薄膜 太阳能电池     

铒、钪膜中离子注入氦的热解析行为

采用热解析法初步研究了铒、钪膜中离子注入氦的热解析行为。研究结果表明:同种元素铒中离子注入氦的热释放峰位相同,但膜的致密性将影响氦的释放量,结构疏松的膜中存在的孔洞是氦的快速释放通道;在相同注入剂量和能量条件下,铒、钪膜中注入氦的热释放峰位不同,这可能与氦在铒、钪膜中的深度分布及膜的致密性有关,利用质子增强背散射法测量出能量为60 keV的4He+在铒、钪膜中的注入深度分别为210,308 nm。     

单轴应力场下钨中氦扩散行为的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学方法研究了沿<100>及<111>晶向的单轴应变对钨中单个氦原子扩散的影响。结果表明,应变会使得金属钨材料发生相变,且引起相变的临界应变随温度升高而减小。相变起始的应变在达到抗拉强度的应变附近。计算结果表明,拉应变使得单个氦原子在钨中的扩散系数发生骤降,在不同应变下扩散系数变化平缓。沿<100>晶向氦扩散系数随应变的增大而线性减小,而<111>晶向则出现了震荡变化趋势。研究结果表明,沿<100>晶向应变达到+0.15%时阿纽列斯方程不再适用,而沿<111>晶向应变大+5%阿纽列斯方程仍然适用;沿<111>晶向随应变增加氦扩散激活能减小,说明应变使得单个氦原子在钨中迁移性增强。     

原子层沉积法 生长ZnO的性质与前驱体源量的关系研究

介绍了新型材料ZnO的各项性能,并采用原子层沉积方法制备新型材料ZnO. 实验中采用二乙基锌(DEZn) 和水作为生长ZnO的前驱体源, 在蓝宝石衬底上生长ZnO; 采用氮气作为载气, 生长温度为180℃. 通过改变在实验中的通入锌源的时间, 探索不同的DEZn的源的量对薄膜的成分(Zn/O)、薄膜的厚度、生长速率、晶型、 表面形貌、三维形貌以及粗糙度的影响. 关键词： 氧化锌 原子层沉积 Zn/O     

熔融TiAl合金纳米粒子在TiAl(001)基底表面凝结过程中微观结构演变的原子尺度模拟

采用基于嵌入原子方法的分子动力学方法模拟了附着于TiAl合金(001)面的TiAl合金纳米粒子在不同温度下的原子堆积结构演变. 在模拟中, 熔融态(1500 K)的纳米粒子先被放置在温度分别为1100, 1000, 900, …, 200和100 K的基体(001)面, 随后急冷降温至基体温度. 通过逐层分析粒子内和基体表面的原子排列情况, 发现温度主要影响粒子内的原子堆积结构. 当基体温度很高时, 粒子内除了靠近基体的几个原子层外, 其他区域内均未形成有序的原子堆积结构. 随基体温度降低, 粒子内大部分原子逐渐形成了有序的原子堆积结构, 且粒子内出现了一个以基体(001)晶面为底面、以基体[101], [101], [011], [011]晶向为轴的近四棱锥形内区域, 此区域内外的原子均呈有序排列, 但原子面的取向不同, 因而形成了明显的界面. 随基体温度进一步降低, 这个内区域仍然存在但其体积不断减小, 同时在纳米粒子顶部有越来越多的原子再次呈现无序排列, 使此内区域愈加难以辨别.     

直流磁控溅射沉积含He钛膜的研究

研究了用He/Ar混合溅射气体的直流磁控溅射制备钛膜中，He的掺入现象.分析结果表明，大量的He原子（He/Ti原子比高达56%）被均匀地引入到Ti膜中，其He含量可由混合溅射气体的He分量精确控制.通过调节溅射参数，可实现样品中He的低损伤引入.研究还发现，溅射沉积的含氦Ti膜具有较高的He成泡剂量和高的固He能力，这可能是溅射沉积形成了纳米晶Ti膜所致.纳米晶Ti膜较粗晶材料具有很高浓度的He捕陷中心，使He泡密度增大而泡尺寸减小.随He引入量的增加，Ti膜的晶粒尺寸减小，He引起的晶体点阵参数和X射线衍射峰宽度增大，晶体的无序程度增加.Helium trapping in the Ti films deposited by DC magnetron sputtering with a He/Ar mixture was studied. He atoms with a surprisingly high concentration (He/Ti atomic ratio is as high as 56%)incorporate evenly in deposited film. The trapped amount of He can be controlled by the helium partial amount. The introduction of the helium with no extra damage(or very low damage) can be realized by choosing suitable deposition conditions. It was also found that because of the formation of nanophase Ti film a relative high He flux for bubble formation is needed and the amount of the retain He in sputtering Ti films is much higher than that in the coarse grain Ti films. The nanophase Ti film can accommodate larger concentration of trapped sites to He, which results in a high density and small size of the He bubbles. With the increasing He irradiation flux, the grain size of Ti film decreases and the lattice spacing and width of the X ray diffraction peak increase due to the He introduction, and the film tends to amorphous phase.     

纳米氦液滴-超低温化学研究装置

成功研制了新一代纳米氦液滴实验装置．氦液滴是由高压的高纯氦气通过超低温的脉冲阀绝热膨胀形成的,通过调节连接在超低温氦冷头上的脉冲阀的温度(10～30 K)及脉冲阀内氦气的背景压力(10～40 atm),氦液滴的大小在包含103到105个氦原子间连续可调,和传统的连续氦液滴束源比较起来,脉冲束源的强度提高了一个量级以上,提供了一个和商品化脉冲激光器结合使用,研究超低温条件下超流体氦中的化学反应动力学的机会．通过研究氦液滴中包裹的CH₃I分子的光解动力学来对仪器的性能进行测试,利用离子速度影像技术研究了超低温纳米氦液滴中包裹的CH₃I分子在252 nm下的光解动力学,光解产物甲基通过(2+1)共振增强多光子电离并运用离子影像进行检测,结果表明光解产物的平动能及角分布被氦原子环境有效的弛豫．也证实了运用脉冲氦液滴束源研究衰减光谱的可行性,通过对氦液滴中掺杂苯的衰减光谱的研究,还发现小于3%的衰减信号都可以被检测到,表明所研制的脉冲氦液滴束的稳定性及检测器的灵敏度都是很高的．     

氦气对MPCVD沉积金刚石的影响

为了确定添加氦气对微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石膜的影响,采用发射光谱法(OES)在线诊断了CH₄-H₂-He等离子体的发射光谱特性,研究了He对等离子体内基团空间分布的影响;并利用扫描电子显微镜(SEM)和拉曼(Raman)光谱对不同He体积分数下沉积出的金刚石膜进行了表征。结果表明：随着He体积分数的增加,等离子体内H_α, H_β, H_γ, CH和C₂基团的谱线强度均呈上升趋势,其中H_α基团的谱线强度增加最大。光谱空间诊断发现He的加入导致等离子体中各基团的空间分布均匀性变差,造成沉积出的金刚石膜厚度极不均匀。沉积速率测试表明,He的加入导致碳源基团相对浓度增加,有利于提高薄膜的沉积速率,当He体积分数由0 vol.%增加至4.7 vol.%时,沉积速率提高了24%。SEM测试结果表明,随着He体积分数的增加,金刚石膜表面形貌由(111)晶面取向向晶面取向混杂转变,孪晶生长明显。高He(4.7 vol.%)体积分数下由于C₂基团的相对浓度较高,导致二次形核密度增加。此外,由于基片台受到等离子体的刻蚀和溅射作用,导致薄膜沉积过程中引入了金属杂质原子。二次形核和杂质原子的存在使得孪晶大量的产生,薄膜呈现出压应力。     

基于graphene条带的硅纳米结构

采用分子动力学模拟方法研究了graphene条带上生长硅纳米结构的过程,分析了不同温度下硅原子在graphene条带边沿生成的新型纳米结构.研究表明,随机分布的硅原子吸附到锯齿型graphene条带边沿在不同的温度T下可生成不同类型的硅纳米结构：300K≤T<2000K时形成无规则的团簇,2000K≤T≤2800K时形成单原子链结构,2800K<T<3900K时形成含缺陷的硅链结构,T≥3900K时硅原子逐渐替代条带边沿的碳原子直至graphene条带破坏.而硅原子吸附到扶手椅型graphene条带边沿在300K≤T<3000 K内仅能形成非链状的不定型的硅纳米结构. 关键词： graphene 硅 纳米结构 分子动力学模拟     

金属钨中氦行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了氦在金属钨中的扩散聚集行为. 首先,建立了氦与钨原子间相互作用势,短程部分采用ZBL势形式,长程部分采用从头算法数据,实现了两者之间的平滑连接. 通过计算氦在钨中不同间隙位的形成能发现,单个氦原子更易存在于金属钨中的四面体间隙位,这与最新的研究成果是一致的. 在400-1200 K的温度范围内,考察了氦原子在金属钨中的扩散行为,获得了扩散迁移能,其值介于实验值和从头算法结果之间. 最后,研究了氦的聚集行为,从能量的角度考察了氦团簇形成初期的生长机理. 研究发现,在氦团簇形成初期,氦团簇对氦的结合能随着氦团簇的生长有逐渐增大的趋势,说明氦团簇吸收氦的能力逐渐增强. 关键词： 氦扩散 氦团簇 辐照损伤 分子动力学模拟     

原子层沉积方法制备核-壳型纳米材料研究

采用原子层沉积方法在碳黑纳米颗粒表面分别沉积Al₂O₃, ZnO, TiO₂和Pt, 成功制备出核-壳型纳米材料. 通过高分辨率透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、 能谱仪对材料的表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析. 结果表明, 原子层沉积方法是制备核壳型纳米材料的理想方法. 此外, 还分析了采用原子层沉积方法沉积不同材料, 所生长的薄膜材料有单晶、多晶、非晶等多种存在形式的形成原因. 关键词： 原子层沉积 核-壳型纳米材料 碳黑纳米颗粒     

碲化镉纳米晶中温度相关的能量转移

为了获得纳米晶之间以及单个纳米晶内部本体态至缺陷态两种能量转移在不同温度下对发光强度的影响,测量了碲化镉纳米晶层发光光谱随温度(78～300 K)的变化情况.碲化镉纳米晶层发光光谱显示:碲化镉纳米晶层在低温下有明显的本体(约520 nm)和缺陷(约605 nm)发光,且发光强度随温度的改变呈现出不同的变化规律.在温度变化的第一阶段(78～140 K),大尺寸碲化镉纳米晶发光效率高、表面缺陷少,小尺寸纳米晶至大尺寸纳米晶间的能量转移使得纳米晶本体发光强度逐渐升高、缺陷发光强度迅速降低.在温度变化的第二阶段(140～300 K),随着温度的升高,无辐射跃迁几率的增大使得碲化镉纳米晶缺陷态和本体态发光强度均逐渐降低.因此,能量转移仅在温度变化的第一阶段对发光强度的影响起主要作用,在第二阶段起次要作用.为了进一步验证能量转移对发光强度的影响,将碲化镉纳米晶用聚乙二醇包裹以减少纳米晶间的能量转移;将纳米晶层的干燥过程放在近真空环境下进行以减少单个纳米晶内部本体至缺陷态的能量转移.光谱结果显示在温度变化的第一阶段,这两种方式下得到的纳米晶层发光强度均逐渐降低,能量转移对发光强度的影响不再起主要作用.证实了能量转移对发光强度的影响规律的合理性.     

采用纳米晶柱阵列衬底抑制失配位错形成的分子动力学模拟研究

运用分子动力学方法对纳米晶柱阵列衬底上铝簿膜的外延生长进行了模拟研究.所采用的原子间相互作用势为嵌入原子法(EAM)多体势.模拟结果表明：采用纳米晶柱阵列衬底可以在不形成失配位错的条件下释放其上生长的外延薄膜晶体中的失配应变,有效地抑制其中失配位错的形成,获得高质量的外延薄膜晶体;这种纳米晶柱阵列的几何设计应满足两个基本条件：1) 晶柱的横截面尺寸应大于对应温度下的晶柱热失稳临界尺寸,以克服纳米结构的热失稳,模拟显示700K下铝的热失稳临界尺寸为19nm;2) 晶柱的高度与间距之比应大于076,以保证 关键词： 失配位错 分子动力学 纳米晶柱 铝     

碲化镉纳米晶中温度相关的能量转移（英文）

为了获得纳米晶之间以及单个纳米晶内部本体态至缺陷态两种能量转移在不同温度下对发光强度的影响,测量了碲化镉纳米晶层发光光谱随温度(78~300K)的变化情况.碲化镉纳米晶层发光光谱显示:碲化镉纳米晶层在低温下有明显的本体(约520nm)和缺陷(约605nm)发光,且发光强度随温度的改变呈现出不同的变化规律.在温度变化的第一阶段(78~140K),大尺寸碲化镉纳米晶发光效率高、表面缺陷少,小尺寸纳米晶至大尺寸纳米晶间的能量转移使得纳米晶本体发光强度逐渐升高、缺陷发光强度迅速降低.在温度变化的第二阶段(140~300K),随着温度的升高,无辐射跃迁几率的增大使得碲化镉纳米晶缺陷态和本体态发光强度均逐渐降低.因此,能量转移仅在温度变化的第一阶段对发光强度的影响起主要作用,在第二阶段起次要作用.为了进一步验证能量转移对发光强度的影响,将碲化镉纳米晶用聚乙二醇包裹以减少纳米晶间的能量转移;将纳米晶层的干燥过程放在近真空环境下进行以减少单个纳米晶内部本体至缺陷态的能量转移.光谱结果显示在温度变化的第一阶段,这两种方式下得到的纳米晶层发光强度均逐渐降低,能量转移对发光强度的影响不再起主要作用.证实了能量转移对发光强度的影响规律的合理性.     

低钴粗晶硬质合金的高压融渗法制备

用含钴量为16%(质量分数)的硬质合金YG16作为基体提供钴源,对平均粒度为8μm的WC初始材料进行氢气还原脱氧处理,以减少合成样品中的杂质,通过高压融渗法烧结低钴粗晶硬质合金。重点研究了烧结压力、温度和烧结时间等条件对烧结体性能的影响,通过控制适当的工艺条件得到高硬度值的低钴粗晶合金,并对合成的硬质合金层进行X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及硬度检测。实验结果表明,在4.5GPa、1 400℃、40min下合成样品的碳化钨晶粒形貌呈现球形或椭球形,其硬度值可达17.4GPa,表面钴含量为5.7%。     

温度对fcc铁中氦行为的影响研究

温度对fcc铁中的氦行为具有重要的影响,编写了居于fcc晶格的面向对象动力学蒙特卡罗程序（Object Kinetic Monte Carlo）,采用该程序结合分子动力学（MD）方法对fcc铁中的氦行为进行多尺度模拟,研究了温度对fcc铁中氦行为的影响,给出了不同温度退火过程中氦行为的原子细节。模拟结果表明引入一定量的非热平衡空位可以使模拟结果与文献实验结果有非常好的吻合;室温至1073K,温度对氦行为影响可以分为四个阶段：第一阶段,298-473K,正电子长寿命随退火温度增加略有减少,这主要由于非热平衡空位浓度降低;第二阶段,473-673K,正电子长寿命随退火温度增加而增加,主要由于晶粒内平均氦泡尺寸增加;第三阶段,673-873K,正电子长寿命随退火温度增加而迅速减少,主要是由于氦泡的平均尺寸减小和晶粒内的空位浓度降低;第四阶段,873-1073K,正电子长寿命随退火温度增加而迅速增加,与晶粒内氦泡的平均尺寸变大,且空位浓度随温度的增加而指数增加有关。