纳米多层膜及其在材料连接应用中的研究进展

纳米多层膜由于尺寸效应,存在熔点降低现象,应用于温度敏感材料的连接具有明显优势。同时由于多层膜层剧烈而快速的自蔓延放热反应,应用于连接时可以提供巨大热量。一方面可作为中间层辅助钎焊或扩散焊接;另一方面可作为独立热源为连接提供热量。纳米多层膜反应过程的实时观察受到单镜头拍摄速度和测量精度等条件的限制,而分子动力学模拟的应用为纳米多层膜反应机理研究拓展了新的思路。     

周期结构对AlTiN多层薄膜结合能影响

使用TiAl合金靶,利用中频反应磁控溅射系统,通过交替改变氮气流量的方法,在高速钢(W18Cr4V)基体上沉积了氮含量周期性改变的AlTiN多层薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)等方法研究了AlTiN多层薄膜微观组织和结构;AlTiN多层薄膜的力学以及膜基结合性能用纳米压痕硬度仪和划痕试验得到。结果表明,制备的AlTiN薄膜,尽管交替的两层中氮含量不同,但每一单层都为非晶包裹纳米晶的纳米复合结构,所不同的是,低氮含量层中纳米晶密度较小。多层结构的形成能够很大的提高AlTiN多层薄膜的临界载荷和结合能,同时硬度和弹性模量值均有微小的提高,氮气流量的增加有利于多层膜性能的改善。     

纳米纤维素增强仿贝壳结构黏土复合材料性能研究

以纳米纤维素为增强体,使用聚乙烯醇、淀粉和酪蛋白为高分子相,通过溶剂挥发法制备仿贝壳黏土复合材料.采用扫描电子显微镜和X射线衍射分别对复合材料的微观形貌和层间距进行表征,研究了高分子和纳米纤维素对黏土复合材料层间距的影响,分析了高分子种类、纤维素对其力学性能的影响.结果表明高分子增加了黏土复合材料片层间距,但纳米纤维素对层间距影响不明显;纳米纤维素能有效增强高分子/黏土复合材料片层间的相互作用,从而提高材料的力学性能;黏土复合材料的力学性能增强程度与添加高分子材料种类和浓度有关.     

环氧／纳米SiO2杂化浆料的制备及其对碳纤维复合材料性能的影响

采用溶胶-凝胶技术制备了环氧/纳米SiO2杂化浆料,对杂化浆料膜的结构和性能进行了表征分析,同时研究了该浆料对碳纤维复合材料性能的影响.首先制备了(γ-异氰酸酯基)丙基三乙氧基硅烷接枝的环氧树脂,利用该树脂对纳米SiO2先驱体进行原位改性,制备碳纤维表面环氧/纳米SiO2杂化浆料.采用FT-IR,AFM和综合热分析仪对纳米SiO2先驱体的原位改性结构、浆料膜的显微形态和相态及其热性能进行分析,成功制备了环氧/纳米SiO2杂化浆料,SiO2以纳米尺度均匀地分布于杂化浆料膜中,纳米SiO2的引入使杂化浆料膜的热性能得到了提高.采用该杂化浆料对碳纤维表面进行改性,复合材料力学性能研究表明,杂化浆料可同时提高复合材料的层间剪切强度和冲击性能.     

ZrO2纳米颗粒含量对AZ91D镁合金微弧氧化膜耐蚀性的影响

为了提高AZ91D镁合金的耐蚀性能,利用单极性脉冲电源制备具有不同ZrO₂纳米颗粒含量的微弧氧化膜层,研究纳米ZrO₂颗粒对AZ91D镁合金微弧氧化膜层耐蚀性的影响。采用扫描电子显微镜观察复合膜层的表面及截面形貌;同时利用X射线衍射仪分析不同ZrO₂纳米颗粒含量的膜层中的相组成;测试样品的电化学腐蚀性能。结果表明：当电解液中加入1 g/L ZrO₂颗粒时,纳米ZrO₂颗粒能够渗入微弧氧化膜层之中,封闭膜中原有的微孔和微裂纹等缺陷,膜层表面质量较好;随着电解液中ZrO₂颗粒含量由2 g/L增加到3 g/L时,膜层的裂纹明显增多,导致腐蚀介质容易进入膜层发生腐蚀,耐蚀性能下降;在电解液中添加纳米ZrO₂颗粒时,1～3 g/L范围内添加1 g/L ZrO₂纳米颗粒的微弧氧化膜层的耐蚀性能最好。     

真空磁过滤电弧离子镀法制备类金刚石涂层方法及性能研究

采用真空磁过滤电弧离子镀方法，在GT35基体上沉积类金刚石膜。通过对清洗工艺及弧电流、工件所加负偏压、沉积温度等参数的研究，制定出了合理的工艺路线，并对这种膜层进行了X－射线光电子谱（XPS）分析，利用干涉仪、纳米硬度计对膜层的粗糙度、纳米硬度作了进一步检测。结果表明，采用此种方法制备的类金刚石膜层，SP^3含量约为40．1％；组织致密，无大的颗粒；镀膜后的粗糙度可以达到0．015μm；纳米硬度约为55GPa。并将膜层与TiN膜层组成摩擦副，进行了耐磨性试验。结果表明膜层的耐磨性较好。     

Al/Ni含能多层膜在Al2O3陶瓷/不锈钢焊接中的应用

采用磁控溅射设备,生长AuSn合金做焊料层、Al/Ni含能多层膜做热量提供层,实现了不锈钢和Al_2O_3间的异质材料自蔓延高温扩散焊。利用SEM、XRD和DSC等测试手段表征AuSn合金和Al/Ni含能多层膜的微观形貌、相成分和放热量;用万能试验机测试焊接接头的力学性能。结果表明,AuSn合金的质量比基本达到80∶20,而多层膜的层状结构清晰,反应热达到1 239 J/g。焊接实验结果表明,仅使用AuSn焊料时,剪切强度仅为46 MPa,在增加Al/Ni含能多层膜后,其剪切强度可达90 MPa,强度提高了约一倍。焊接接头的界面显微形貌和相结构研究表明,剪切强度的增强主要是Al/Ni多层膜提供了额外能量使得界面处的反应剧烈,陶瓷金属化层与中间层的反应加剧,形成了新的反应生成物。     

PMMA透光纳米复合材料的制备

利用同轴共纺技术制备出具有壳-芯结构的复合纳米纤维,再通过热压成型工艺将壳层的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)熔融,留下芯层的尼龙6(PA-6)纳米纤维作为增强材料,由此制备得到纳米纤维增强透光复合材料.实验结果表明,该复合材料较之纯PMMA板在力学性能上有明显改善,透光率则基本不受影响.应用SEM、TEM以及FTIR研究了复合纳米纤维的形貌和结构,并根据复合材料力学试验断口的SEM照片,分析了PA-6纳米纤维含量对复合材料力学性能和透光性能的影响.     

中科院力学所建成纳米检测光学测试系统

“纳米检测光学测试系统”由光谱椭偏仪（Spec Ellipsometer）和近场光学显微镜（SNOM）组成，前者以相敏和光谱的优势为二维纳米材料、多层纳米介质和生物分子膜层的定量光谱分析提供了高灵敏和高精度的检测手段；后者的光探针提供了表征纳米尺度微观光学性质和无扰动探测柔性生物分子及其相互作用的能力，两者的有机结合提供了一种跨尺度光学检测平台。     

碳纳米管膜层间增韧对碳纤维复合材料力学性能的影响

分别采用两种碳纳米管膜进行层间增韧,应用热压罐工艺成型了碳纳米管膜/碳纤维增强树脂基复合材料,研究了碳纳米管膜的成型工艺、取向、面密度对复合材料力学性能和层间韧性的影响。结果表明:CNT膜平行于碳纤维铺放时复合材料的压缩强度、90°弯曲强度和层剪强度均高于CNT膜垂直于碳纤维铺放时的复合材料性能。面密度较小的CNT膜对复合材料的增韧效果较好。喷涂法成型的碳纳米管膜层间改性的复合材料层间断裂韧性明显优于拉膜法碳纳米管膜层间改性的。CNT无规膜的面密度为0.75 g/m2时,复合材料的GIC和GIIC最优,相比改性前分别提高了21%和42%。     

光学滤光片薄膜边缘应力研究

以光学滤光片薄膜边缘应力作为对象,研究了Ge/Zn S单、多层光学薄膜应力的变化规律。通过实验研究了离子束轰击能量以及真空退火温度等因素对Ge/Zn S光学薄膜应力类型、大小、变化及其分布的影响规律。Zn S薄膜的应力为压应力,采用离子束辅助工艺后薄膜边缘应力变得均匀;真空退火使Zn S薄膜的应力减小为原来的一半。通过优化沉积参数和张应力、压应力薄膜的组合降低了Ge/Zn S多层光学薄膜的应力,结果表明其平均应力分别为0.1 MPa,而且处于压应力状态。     

飞机座舱有机玻璃透明导电膜的制备及透光和微波散射性能

研究了用溅射法在飞机座舱有机玻璃上镀制金属-介质组合透明导电膜的工艺 ;测试和分析了金膜、银膜、氧化钛膜的光学特性、导电性及形貌结构 ;按薄膜光学原理进行膜系匹计算 ,并分别镀制了 Ti O2-Au-Ti O2 、 Ti O2-Ag-Ti O2 组合透明导电膜。在 40 0～ 760 nm可见光波段内 ,透光率分别达到了 74%和 81 % ,在 8～ 1 2 GHz频段内对垂直入射的微波 ,反射率分别达到-1 .1 d B和-0 .8d B。     

飞机座舱复合玻璃电磁性能和透光性能研究

 研究了电磁性能 ,如电磁波后向散射功率、吸收功率以及反射功率与透明导电膜的内在关系 ;研究透光性能 ,如光学膜系的优化设计等。提出了透明导电膜与多层玻璃合理组合以提高电磁性能 ;薄金属膜与多层光学膜合理匹配以提高透光率。采用溅射和蒸发镀膜方法分别实现了上述优化设计的光学膜系结构 ,并与多层玻璃合理层合后 ,斜入射电磁后向散射功率下降 1 0 d B,透光率可达到 77%。     

纳米磁性金属电磁波吸收剂

分析了纳米磁性金属电磁波吸收剂的吸波原理,综述了纳米磁性金属电磁波吸收材料如零维磁性纳米颗粒、一维磁性金属纳米线、二维磁性薄膜、二维片状磁性金属颗粒的国内外研究进展情况,并对未来的研究方向提出见解。     

IBAD法沉积TiN薄膜的机械和耐腐性

用离子束辅助沉积(IBAD)方法在医用不锈钢317L基底上沉积TiN陶瓷薄膜。通过X射线衍射(XRD)和俄歇电子能谱(AES)分析研究了薄膜的微结构；测试了薄膜的耐磨性及薄膜与基底的附着力：运用电化学腐蚀的方法检测了薄膜在Hank’s模拟体液中的耐腐蚀性能。研究结果表明：用高、低能氮离子束兼用的IBAD方法沉积TiN多晶薄膜后，材料表面结构和性能发生明显改变。表面硬度和耐磨性有明显提高，在Hank’s模拟体液中显示出更强的抗腐蚀能力。     

Study on the Microstructure and Dielectric Properties of Barium Strontium Titanate Thin Films Prepared by Sol-gel Method

Sr0.5Ba0.5–xBixTiO3 (BST) thin films were fabricated on a Pt/SiO2/Si substrate by the sol-gel method. Then follows an investigation of the influences of bismuth (Bi) on the microstructures and the dielectric properties of Sr0.5Ba0.5-xBixTiO3 (BST) thin films. The micro-structures of the BST thin films were examined by the XRD and the TEM techniques. Tetragonal perovskite crystal grains were observed in BST thin films. Increasing Bi3 doping ration in BST will lead to decrease of the grain size. It is found that Bi3 doping decreases the dielectric loss and improves the frequency dispersion of the BST thin films. Not only is compressed the peak of temperature-dependence of dielectric constant of Bi3 -doped BST thin films but also moves into the low-temperature region. Moreover, the average Curie tem-perature decreases gradually with the Bi3 contents increasing.     

不同填料对氢化丁腈橡胶耐烧蚀材料性能的影响

以氢化丁腈橡胶(HNBR)为基体,分别添加有机纤维1、有机纤维2、碳纤维粉和纳米无机物,通过形貌分析和X射线能谱仪(EDS),研究不同用量下不同烧蚀填料对HNBR烧蚀性能及力学性能的影响,发现在该试验条件下,添加有机纤维1和纳米无机物的HNBR能获得较好的烧蚀性能;添加有机纤维1时HNBR材料的力学性能很差,纳米无机物的加入对其力学性能影响不大;添加有机纤维2和碳纤维粉的HNBR力学性能变化不大,但烧蚀性能不理想。     

多弧离子镀Cr/Cr2O3薄膜红外及可见光谱特性

采用多弧离子镀制备了具有不同色彩的Cr/Cr2O3薄膜,利用紫外-可见光分光光度计研究了薄膜在可见和红外波段的光谱特性,利用SEM进行薄膜表面结构和形貌的分析,利用四探针测阻仪测试了样品的方块电阻,利用红外发射率测量仪测试了样品的红外发射率。结果表明:Cr/Cr2O3薄膜具有丰富的色彩,在可见光区有明显的反射峰,可见光区光谱特性主要受膜厚的影响,方块电阻随膜厚增加而有变大,样品的红外发射率主要取决于金属层,平均红外发射率最小降至0.371。     

SiO2溶胶在电沉积法制备CuInS2薄膜中的作用

 针对目前电沉积法制备的CuInS2(CIS)薄膜存在S元素含量不足以及微观形貌差的问题,通过在普通镀液中加入SiO2溶胶,采用一步电沉积技术在ITO导电玻璃上制备Cu In S预制薄膜,镀液的主要组成为金属盐、硫代硫酸钠和不同浓度SiO2溶胶。在空气气氛中对Cu In S预制薄膜进行退火处理以获得多晶的CIS薄膜,并通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能量色散谱仪（EDS）及开路电位对CIS薄膜的结构、形貌、成分组成及光响应性能进行研究。结果表明：SiO2溶胶浓度为4 mL/L时,得到的CIS薄膜的结晶度提高,同时,SiO2溶胶作用下得到的CIS薄膜的表面形貌、成分组成和光响应性能都得到改善。因此,镀液中加入SiO2溶胶有利于提高CIS薄膜的性能,尤其是浓度为4 mL/L时,性能提高得最为明显。