激光烧蚀制备纳米Si晶粒的激光能量密度阈值

在10 Pa的Ar环境气氛下,采用脉冲激光烧蚀方法在玻璃或单晶Si(111)衬底上制备了纳米Si晶薄膜. 为了确定能够形成纳米Si晶粒的激光能量密度阈值,在0.40～1.05 J/cm2内实验研究了激光能量密度对纳米Si晶粒形成的影响. 扫描电子显微镜(SEM)测量证实,随着激光能量密度的减小,所形成的纳米Si晶粒数目逐渐减少. 当激光能量密度低于0.43 J/cm2时,衬底表面不再有纳米Si晶粒形成. 从激光烧蚀动力学角度出发,对实验结果进行了定性分析.     

液相激光烧蚀合成TiO2纳米颗粒及其XPS研究

采用液相激光烧蚀法制备了二氧化钛纳米颗粒,研究了二氧化钛纳米颗粒的生长与微结构．XRD、TEM、XPS等表征表明：此方法可在室温条件下一步获得金红石型二氧化钛纳米颗粒胶体,颗粒直径约50nm,尺寸分布窄,分散性好,从而显示出良好的应用前景．结合微观表征与激光诱导的瞬态等离子体分析对TiO2纳米颗粒形成机理进行了探讨．     

液相激光烧蚀合成TiO_2纳米颗粒及其XPS研究

采用液相激光烧蚀法制备了二氧化钛纳米颗粒,研究了二氧化钛纳米颗粒的生长与微结构．XRD、TEM、XPS等表征表明：此方法可在室温条件下一步获得金红石型二氧化钛纳米颗粒胶体,颗粒直径约50nm,尺寸分布窄,分散性好,从而显示出良好的应用前景．结合微观表征与激光诱导的瞬态等离子体分析对TiO2纳米颗粒形成机理进行了探讨．     

外加电场下脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒成核生长

采用脉冲激光烧蚀技术,在引入垂直于烧蚀羽辉轴线外加直流电场的前后,分别在1,3,5Pa的室温氩气环境下沉积制备了一系列纳米硅晶薄膜,其中衬底与羽辉轴线平行.扫描电子显微镜(SEM)的检测结果表明,在同一直流电压下制备的纳米Si晶粒平均尺寸和面密度均随气体压强的增加而增大.保持气压不变,引入电场后所制备的纳米Si晶粒平均尺寸相对于无外加电场时增大,而面密度减小.结合纳米晶粒气相成核生长动力学,对实验结果进行了定性分析.     

球形纳米氧化锆粉末的制备

以二甲苯为油相,span-80为表面活性剂,Zr(NO3)4(3Y)水溶液为水相的W／O乳浊液,采用尿素均匀沉淀结合法制备四方相ZrO2(3Y)纳米粉。利用正交实验方法研究W／O乳浊液和尿素均匀沉淀结合法合成ZrO2(3Y)纳米粉的工艺参数对粉末粒径的影响,用XRD,TEM,BET和Raman光谱等分析手段对粉末及其前驱体进行分析和表征。得出最佳工艺条件为:水相在乳浊液中的体积分数为15％,Zr(NO3)4与CO(NH2)2的量比为1:8,反应温度为120℃,反应时间为3 h。利用最佳工艺条件所得的四方相ZrO2(3Y)纳米粉球形度良好,分散性优异,粉末的平均粒径约为50nm。     

用激光操纵纳米颗粒

近来物理学家发现,用激光可以比理论预测更加强有力地推拉纳米级颗粒。日本大阪府立大学的理论物理学家称,用新一代激光牵引波束——"非线性共振激光技术",可以空前灵巧和精准地操纵纳米级颗粒。他们通过计算激光束和纳米颗粒之间复杂的相互作用,发现作用在纳米颗粒上的合力比之前料想的大得多,可以用来操纵这些颗粒。该文发表在8月的《物理评论快报》(Physics Review     

强激光烧蚀铝靶实验及数值模拟

为研究强激光对金属铝靶的毁伤效应及作用规律,进行了不同能量强脉冲激光烧蚀铝靶实验。采用纹影高速照相技术,观察了激光作用铝靶过程中形成的溅射产物和冲击波流场,获得了不同激光能量作用下铝靶的烧蚀特征。建立了强激光烧蚀铝靶的2维计算模型,对脉冲激光作用铝靶过程进行了数值模拟计算,获得了激光脉冲能量对铝靶烧蚀深度的影响规律。对连续强激光大光斑烧蚀铝靶过程进行了数值模拟计算,对比分析了有重力和无重力作用下烧蚀深度以及烧蚀形貌特征。结果表明,在重力作用下烧蚀深度小于无重力作用下的情况,而烧蚀面积大于无重力作用下的烧蚀面积。      

脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒过程中稳定晶核大小研究

采用蒙特卡罗方法,模拟了脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒的动力学过程.在模拟中采用了成核长大模型,对室温下的硅晶粒成核过程中稳定晶核所含硅原子数目进行了研究.经过大量的计算以及与实验数据的比较,发现当稳定晶核所含硅原子数目为6时,计算得出的纳米硅晶粒平均尺寸分布规律与实验数据符合较好.     

脉冲激光烧蚀氩晶体颗粒的分子动力学模拟

采用分子动力学方法对氩晶体颗粒在皮秒脉冲激光照射下内部发生的传热过程以及相变现象进行模拟研究.通过记录氩原子速度和原子位置随时间的变化情况分析了颗粒内热量的传递过程,并计算了单位体积内氩原子数目的空间分布情况以及随时间的变化规律,从而分析了颗粒内部的相变过程.研究结果表明:当激光强度较低时,晶体内部仅仅发生传热过程而没有熔化发生,加入的激光能量随时间由外向内传递;当激光强度增加到足够晶体熔化的时候会发生相变,此时固液相态之间并没有明显的界面,而是存在一个纳米级别的过渡区域;当照射的激光强度增加时,过渡区域的移动速度和移动深度都将增加.     

散射电场对激光烧蚀制备纳米Si晶粒分布和尺寸的影响

在10 Pa的氩气环境下采用了脉冲激光烧蚀技术(PLA),通过引入散射电场沉积制备了纳米Si晶粒薄膜.X线衍射谱(XRD)和Raman谱测量均证实了在薄膜中已经形成了纳米Si晶粒;利用扫描电子显微镜(SEM)对所制备的薄膜进行了形貌表征.结果表明,纳米Si晶粒的分布以及其平均尺寸均相对于轴向呈对称分布,加入散射电场后纳米Si晶粒的分布范围增大,其平均尺寸最大值所对应与靶的轴向夹角变大.利用MATLAB对烧蚀颗粒在散射电场的运动过程进行数值模拟,得到与实验结果一致的规律.     

利用脉冲激光沉积技术制备镍纳米颗粒及其生长过程中的应变场模拟

利用脉冲激光沉积技术和快速退火成功地制备了镶嵌在非晶Al2O3薄膜中的Ni纳米颗粒,用高分辨率透射电子显微镜观察到镶嵌在非晶Al2O3薄膜中的Ni纳米颗粒,用有限元算法系统地模拟了Ni纳米颗粒生长过程中的应变场分布.研究发现:在Ni纳米颗粒的生长过程中,纳米颗粒受到母体A12O3材料的非均匀的偏应变的作用,而且随着Ni纳米颗粒的长大,纳米颗粒受到母体Al2O3材料的非均匀偏应变也逐渐增加.这种非均匀偏应变对于纳米颗粒的晶格结构和形貌有较大的影响,可以通过调节Ni纳米颗粒生长过程中的应变场来实现对Ni纳米颗粒界面态的调控,从而进一步优化Ni纳米颗粒的物理性能.     

球形纳米颗粒对纳米流体热传导率的加强作用

文章考虑了梯度的界面纳米层以及近邻复合颗粒的相互作用，采用了复合镜象法来研究纳米流体的热传导率加强作用，数据结果表明当颗粒半径小于5nm时，梯度壳层对热传导率也有很重要的影响．此外，我们的理论对于CuO／H2O（EG）、Al2O3／H2O和Cu／EG纳米流体的热传导率的计算结果与实验符合得很好．     

利用飞秒激光烧蚀加工金属掩模板

本论文主要描述了飞秒激光加工的特征和机理,应用高重复频率、低能量的飞秒脉冲来直接烧蚀金属铬膜层。用放大倍数/数值孔径为10×/0.25的显微物镜对中心波长为812nm、脉冲宽度为90fs、重复频率为75MHz的飞秒脉冲进行聚焦后,对玻璃基底厚度为145nm铬膜层进行烧蚀,制成了线宽为5μm、周期为40μm的栅格状掩模板和空间点阵结构掩模板,加工的金属铬掩模板可以作为透射式光学元件使用,测得了掩模板的衍射图样。这一研究对于加工微电子模板和微光学元件有着应用的价值。     

纳米二氧化钛颗粒的制备

以硫酸法生产钛白的废弃物 (灰箱料 )为原料 ,制备纳米级锐钛型 Ti O2 .灰箱料经净化后得到硫酸钛溶液 ,以尿素为沉淀剂 ,采用均匀沉淀法制备纳米 Ti O2 颗粒 .详细研究了溶液 p H值、反应温度、Ti(SO4) 2 浓度、反应时间等工艺条件对 Ti O2 颗粒形态结构 (晶型、大小和分布 )的影响 ,形成纳米 Ti O2 制备工艺 .利用 TG- DTA、TEM、XRD分析等手段对颗粒进行表征 .制备的 Ti O2 颗粒纯度为 96 .4%,粒径为 2 0～ 30 nm,且分布均匀 ,为锐钛相结构 .     

纳秒强激光烧蚀铝靶的数值模拟研究

为研究强激光对金属表面的破坏效应,文中利用热传导理论和相变的等效温度处理方法,建立了激光烧蚀金属过程的二维计算模型,并利用有限元分析方法对纳秒单脉冲强激光作用铝靶过程进行了数值模拟计算,获得了激光辐照下铝靶烧蚀形状和温度场分布特征. 结果表明,在激光单脉冲能量一定的情况下,脉宽越长,烧蚀形状愈加细长;大光斑的烧蚀半径要小于光斑尺寸,且光斑增大到一定程度后烧蚀半径因功率密度下降而减小.     

激光烧蚀铝等离子体中离子特性的实验研究

通过外加平行极板直流电场法,测定了准分子激光烧蚀Al靶产生微等离子体中离子形成的电流,研究了激光能量、气压以及电压等因素对等离子体中的离子特性的影响,并对离子产生的机制进行了讨论.     

非球形颗粒旋风分离特性试验研究

为了考察非球形颗粒的分离特征,采用对比试验的方法,以非球形的硅微粉和球形的粉煤灰为介质,测量其分离特性。结果表明:对于这两种颗粒,分离效率均随入口气速增加先升高后下降,压降随入口气速的增加持续上升,且分离效率和压降均随温度升高而降低;尽管硅微粉的密度更大、颗粒偏粗,但在相同条件下,其分离效率却比更轻、更细的粉煤灰的低,且压降也更低,原因在于硅微粉所形成的灰层在器壁上"滑动"困难,器壁摩擦损失较大,会削弱旋流强度,导致离心分离能力下降,加上非球形颗粒在离心沉降过程中的绕流阻力更大,故分离效率变得更低。对于压降,虽然器壁摩擦损失增大会导致压降升高,但旋流强度的减弱又使旋转动能耗散减少,压降降低,综合结果是分离硅微粉时压降比分离粉煤灰时的低。     

微纳米薄膜材料中激光皮秒超声的数值模拟

基于双温模型和热弹性耦合理论,采用有限元方法,针对A1/Si3N4和A1/Si3N4/Si两种层状薄膜材料中激励皮秒超声,建立激光飞秒超声的有限元数值模型,得到A1薄膜中电子和晶格的温度场,进而分析薄膜内部的应变和表面位移响应.对比研究了双温模型理论和傅里叶热传导理论的计算,结果表明皮秒超声研究采用双温模型求解温度场更为合适,数值分析得到应变具有幅值较小且波形展宽的结果.表面位移响应峰的形成是超声波在薄膜材料界面处发生反射引起的.     

激光烧蚀铝等离子体的离子特性的实验研究

通过外加平行极极直流电场法，测定了准分子激光烧蚀Al靶产生微等离子体中离子形成的电流，研究了激光能量，气压以及电压等因素对等离子体中的离子特性的影响，并对离子产生的机制进行了讨论。     

微纳米球形颗粒之间的毛细力研究

两球形颗粒之间的相互接触问题是研究微机械系统中纳米接触问题的一个重要课题.在微尺度下,毛细液桥现象尤为重要,在观测纳米级物体的相互接触作用力中不可避免地要研究微纳米尺度的液桥问题.本文采用液桥力学平衡、环形近似、体积守恒方法,建立了微纳米球形颗粒之间的液桥模型,通过精确的数学求解,分析球形颗粒的接触角对于毛细作用力和液桥的断裂高度的影响.模拟结果发现,当2个颗粒之间的毛细力作用都很小时,液桥的断裂高度随着接触角的增加而减小,当其中一个颗粒的毛细力作用比较大时,断裂高度随着接触角的增大而增大,接触角的大小对于液桥的断裂高度有直接的决定作用.研究结果为计算预测微观颗粒之间的相互作用力、探索纳米颗粒间的相关特性和机理提供参考.