STM针尖-样品相互作用实验研究

研究了大气状态下应用扫描隧道显微镜(STM)对金薄膜和单晶硅材料进行了纳米级电场加工实验。分析了针尖和样品表面的相互作用机理,以及隧道间隙、隧道电流反馈、脉冲个数等因素对纳米点结构的加工产生的影响,并探讨了针尖磨损对纳米结构一致性的影响。     

AFM电场诱导氧化加工技术制备微纳米结构

大气状态下利用接触模式原子力显微镜(AFM)动态电场和静态电场及轻敲模式AFM静态电场制备了一维纳米光栅,对纳米光栅结构的特征进行了比较并对电场诱导阳极氧化加工的机理作了相应的理论分析。     

熔石英元件纳米射流超光滑抛光流场仿真与实验

利用计算流体力学软件Fluent对纳米颗粒射流超光滑加工的流场分布特点进行了流体动力学分析。基于仿真结果对去除函数的变化规律进行了研究，通过具体实验来对流体动力学仿真结果进行了验证。搭建了纳米射流抛光装置，利用该装置对熔石英元件进行了加工。原子力显微镜观测结果表明熔石英元件表面粗糙度RMS值由初始的0.680nm减小到了0.307nm，实现了超光滑加工。     

蓝宝石的纳米压痕试验与有限元仿真研究

在对蓝宝石进行纳米压痕试验的基础上,利用有限单元法建立了纳米压痕试验的数值模型,对蓝宝石的纳米压痕试验进行模拟、计算和分析,确定了蓝宝石表层的材料性能和力学特性.该模型可以研究在加工过程中,主要工艺参数对加工效果、加工效率、所导致的加工表面损伤层的影响,确定它们之间的相互关系,进而优化工艺参数,完善蓝宝石材料精密研磨加工的水平.     

基于新型碳纳米纸传感器对VARI工艺中树脂流动趋势的实时监测

采用喷射吸附过滤成形工艺获得一种高柔性、高灵敏度的碳纳米纸(BP)传感器,碳纳米纸传感器是由碳纳米管在分子间范德华作用力条件下形成的三维介孔结构的薄膜材料。碳纳米纸传感器可嵌入在复合材料预成形体铺层中,与复合材料一体成形,实时监测真空辅助液体复合成形(VARI)树脂的流动情况。结果表明,通过在线监测系统采集在树脂浸润过程中碳纳米纸传感器的电阻,可准确监测树脂流动到相对应的位置的时间,以此来判断树脂浸润过程中的流动趋势。本文证明了碳纳米纸传感器可以实时监测VARI工艺中树脂的动态行为,为避免VARI工艺中由树脂浸润造成的缺陷,改进工艺参数以及优化生产等提供了新的途径。     

纳米Fe2O3的制备及其对AP热分解的催化作用

采用溶胶-凝胶法、水热法及强迫水解法,制备了球形、立方形、纺缍形及针形四种不同形貌的纳米Fe2O3粒子.通过透射电子显微镜(TEM)、X衍射(XRD)、比表面积(BET)对纳米粒子的粒径、形貌、结构、比表面积进行了表征,用差示扫描量热仪(DSC)研究了Fe2O3对高氯酸铵(AP)热分解的催化性能.结果表明纳米Fe2O3对AP的高温热分解催化作用较微米的效果好.不同形貌的纳米Fe2O3粒子有着各自不同的比表面积,比表面积较大的纳米纺缍形和针形Fe2O3较比表面积较小的纳米立方形和球形的催化效果好.比表面积最大的纳米针形Fe2O3使AP的高温热分解峰温度降低了67.3℃,表观分解放热提高了785J·g-1,表现出较好的催化性能.     

核壳结构纳米铝粉热学行为

为了研究不同表面包覆物对纳米铝粉热学行为的影响,采用激光-感应复合加热法制备了三种不同表面包覆的核/壳结构纳米铝粉(氧化铝钝化、碳包覆及增塑剂DOS包覆)。采用高分辨透射电镜(HRTEM)对制备的纳米粉末结构进行表征,并采用差示扫描量热及热重分析(DSC-TG)对不同物质包覆纳米铝粉的热学性能进行研究。结果表明,这些纳米粒子均呈现出明显的核壳结构,且包覆层厚度约3.5nm。这三种不同表面包覆纳米铝粉在400℃至铝熔点(660℃)之间均发生了氧化,但非氧化物包覆纳米铝粉(碳包覆与增塑剂DOS包覆)的氧化开始温度及峰温比氧化铝钝化纳米铝粉提前了约30℃左右,而且氧化放热热焓和氧化质量增重均高于氧化铝钝化纳米铝粉,表明这两种非氧化物表面包覆对纳米铝粉的热学行为有积极的影响。最后对不同物质包覆纳米铝粉的破壳氧化机制进行了探讨。     

切削速度对单晶锗脆塑转变的影响

采用纳米压痕仪对单晶锗(100)(110)(111)晶面进行了纳米划痕实验,分析不同划痕速度对单晶锗不同晶面脆塑转变临界状态变化规律的影响,采用原子力显微镜对样品表面进行扫描观测。结果表明:划痕速度增加,单晶锗产生塑性去除的区域增大;但划痕速度过大,就会降低单晶锗产生塑性去除的区域。预测了在超精密切削加工中切削速度对单晶锗发生脆塑转变时的临界状态的影响规律,为实际超精密切削加工单晶锗零件提供数据支持。     

微细电火花加工用微能脉冲电源的研制

分析了微能脉冲电源的实现途径,设计开发出了满足微细电火花加工用的微能脉冲电源。该电源能实现超低能量(10-7J以下)下的微细电火花加工,为实现纳米级电火花加工提供了可能的技术保证。     

探针对AFM阳极氧化加工的影响研究

利用原子力显微镜AFM进行阳极氧化纳米刻蚀加工的实质是电场作用下发生下的电化学反应,探针是影响氧化加工重要的因素。在氧化加工过程中,探针曲率半径的大小和与样品表面的相对位置影响了表面电场的分布,从而影响了氧化物的结构。由于氧化及磨损的影响,探针会失效,而碳纳米管针尖的氧化加工可以获得更高精度的纳米结构。