改性聚酰亚胺复合材料的电导机理分析

首先,选用半导电的微米级和纳米级改性剂粉料对玻璃布补强聚酰亚胺基复合材料进行改性.共制备了5种试样,其中包括4种使用无碱玻璃布补强的聚酰亚胺试样,分别是未改性、纳米改性、微米改性和微/纳米改性和一种使用微碱玻璃布补强的试样.其次,研究改性剂粒径和玻璃布含碱量对复合材料介电性能及电导率特性的影响.试验结果表明改性剂粒径对复合材料的介电性能影响不显著,但是微米粒径的改性剂能显著提高复合材料的体电导率并赋予复合材料一定的非线性电导率特性,而纳米粒径的改性剂会小量地降低复合材料的电导率.与无碱玻璃布补强的试样相比,采用微碱玻璃布改性和补强的复合材料试样有较高的非线性电导阈值电场.      

掺杂纳米硅薄膜的生长特性

采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法成功的沉积出掺杂(主要是磷、硼)纳米硅薄膜.探讨了各种生长工艺条件对掺杂纳米硅薄膜的结构与性能的影响及其规律.利用高分辨电镜(HREM)、Raman散射等手段对掺入不同杂质后的纳米硅薄膜的微结构进行初步研究,并从实验和理论上对掺杂纳米硅薄膜的生长特性进行了探讨.得出掺杂纳米硅薄膜具有与掺杂非晶硅薄膜和掺杂微晶硅薄膜不同的生长特性,即杂质原子绝大部分是非活性的,只有很少一部分在薄膜中起施主作用.大部分非活性的杂质原子存在于晶粒间界.     

基于电子束蒸发沉积的曲面纳米薄膜均匀性研究

半球谐振子金属化是半球谐振陀螺研制过程中的重要环节，针对半球表面薄膜制备均匀性难以实现的问题，提出了一种将薄膜沉积实验和光学模拟相结合的方法。本文采用电子束蒸发技术在半球上沉积Au薄膜，利用台阶仪测量球面上不同位点的薄膜厚度，将平面上的膜厚等效为半球曲面上的膜厚，研究球面薄膜的均匀性，得出了在半球内外表面上薄膜的膜厚分布；同时对薄膜沉积均匀性进行光学模拟，将半球探测器上辐照度等效为实验中沉积所得到的薄膜厚度，计算得出的半球探测器上辐照度分布与实验测量结果一致性较好，可为半球谐振子纳米薄膜的均匀性制备提供理论基础。     

原子层沉积纳米钝化层薄膜厚度测量技术研究

原子层沉积无机纳米薄膜技术广泛应用于军民领域。本文通过在原子层沉积系统加装原位石英晶体微天平测量系统，通过原位石英晶体微天平研究原子层沉积无机薄膜生长过程并进行薄膜厚度的在线测量。通过研究原子层沉积反应条件，实现原子层沉积无机薄膜厚度的石英晶体微天平在线测量结果替代薄膜厚度线下光学测量结果，解决各类复杂腔体内壁原子层沉积薄膜厚度无法精确测量的问题。     

PECVD法生长纳米硅薄膜的压敏特性

使用常规的ＰＥＣＶＤ（等离子体增强化学汽相沉积）沉积技术成功地制备出具有纳米相结构的硅薄膜，并研究了以玻璃和单晶硅为衬底材料的纳米硅薄膜的压阻特性，测得两种衬底材料制备的样品均有很高的压力灵敏度系数Ｋ，其值可以达到８０，退火后Ｋ值会增加，电阻随压力呈良好的线性关系，但有较大滞后，并对样品的受力情况及测试结果进行了简单的分析。本文对ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ薄膜力敏器件的设计和制造将有重要的参考价值。     

组合材料芯片技术应用及Zn-Al合金镀层材料优选

基于组合材料芯片技术原理,通过离子束溅射方法,在低碳钢基片上快速制备了全组份范围的二元Zn-Al薄膜材料样品库,研究了不同热处理条件对薄膜组份互扩散过程的影响.使用XRD及EDS等手段表征薄膜的成分和结构,并采用原子力显微镜和透射电了显微镜观察形貌;使用纳米压痕仪测试材料芯片样品的压痕硬度和弹性模量;使用电化学方法测试平衡电位和极化电阻.在获得薄膜材料样品组成-结构-性能(力学性能和耐腐蚀性能)关联特性的基础上,对具有良好力学性能和耐腐蚀性能的二元Zn-A1合金镀层材料提出了成分设计和优化方案,即选择兼具良好力学性能和耐蚀性能的Al-Zn镀层材料,成分配比应控制为约30at%Zn含量.     

纳米ZnO-有机硅复合涂层的抗原子氧剥蚀性能

为了进一步提高有机硅涂层的抗原子氧剥蚀能力,采用经硅烷偶联剂处理的纳米ZnO微粒,在聚酰亚胺薄膜基材表面制备出纳米ZnO-有机硅复合涂层.通过原子氧地面模拟试验,研究了纳米ZnO-有机硅复合涂层的质量损失、表面形貌及化学成分的变化规律.结果表明:经表面处理的纳米ZnO微粒可以均匀分布在有机硅涂层中,有效消除有机硅树脂成膜过程中产生的微裂纹.经过原子氧辐照试验,没有保护涂层的聚酰亚胺基材的质量损失较大,而涂覆纳米ZnO-有机硅复合涂层具有良好的抗原子氧剥蚀性能,其质量损失和微观表面形貌变化很小,并且随着涂层中纳米ZnO含量的增加,其抗原子氧剥蚀的能力进一步增强.     

顺电相PbTiO3晶体的电子结构和光学性质

应用全电势线形平面波缀加方法对铁电晶体钛酸铅的顺电立方相的电子能带结构、态密度、电子密度分布进行了计算.能带结构的计算结果表明立方顺电相晶体PbTiO₃为直接带隙的半导体,带隙大小为1.7eV.通过态密度和电子密度的计算结果分析,得到价带和导带的电子组成情况,并且指出Ti原子和O原子存在较强的共价键合.在电子结构的计算基础上,计算得到了与实验符合较好的PbTiO₃晶体的介电函数的实部和虚部,分析了虚部所对应的能带跃迁,并得到了其它的光学性质的参数(光学吸收系数、折射率、消光系数、能量损失曲线、反射率).     

含SiO2,ZrO2微粒复合镀镍层抗高温氧化性能

通过对含有SiO₂,ZrO₂微粒复合电沉积的研究,在Cu合金表面分别获得了含量(原子数分数)为11.3％ SiO₂,5.31％ ZrO₂微粒的Ni基复合镀层.通过在800℃、900℃条件下的高温氧化和热震循环试验,研究了这种复合镀镍层的高温氧化性能和界面结合特性.结果表明:经过40?h的高温氧化,2种复合镀镍层的抗氧化性能均达到抗氧化级,而且含SiO₂微粒的复合镀镍层的抗氧化性能优于含ZrO₂微粒的复合镀镍层;经过55次冷热循环,含SiO₂微粒的复合镀镍层与铜基体结合良好.     

空间碎片光谱特性获取与分析方法研究

空间碎片的反射光谱是碎片表面材料与太阳光谱共同作用的结果,能够反映碎片的材料性质,为空间碎片的光学特性研究提供依据. 将观测获得的空间碎片反射光谱进行预处理后,与已知空间材料样本的光谱进行比对,比较两者间光学特性差异,包括连续反射光谱曲线中的峰值、斜率、形态、特征窄波段、吸收谱线和多波段反射光谱间的成像差异、色指数、特征温度等,分辨碎片表面可能的材料,最终实现对空间碎片光学特性的研究.      

防原子氧与抗辐射环境薄膜性能研究

金属氧化物薄膜具有良好的光学,电学特性,因此是卫星表面热控材料防静电积累的重要材料之一。实验研究发现这些金属氧化物薄膜还是具有优良的防原子氧和抗空间辐照环境的能力,而且这种能力与成膜方法及工艺过程直接相关。经模拟原子氧环境的氧等离子体作用后,溅射镀氧化锡样品的质损明显小于蒸镀氧化铟锡薄膜的质损,而氧化铟锡薄膜的质损又小于未镀薄膜试样质损。     

典型空间聚合物介质的抗内带电改性技术

消除航天器介质内带电所产生脉冲放电威胁的最佳方式,除有效屏蔽外,就是研制不会产生脉冲放电的介质材料和绝缘结构件.通过对航天器用聚酰亚胺、环氧树脂和聚四氟乙烯等几种典型聚合物的改性研究发现,采用微米级无机粉料对聚合物介质材料进行改性,只要添加剂的电导率显著低于聚合物的电导率,该复合介质材料即可产生显著的非线性电阻率特性,可以实现在介质内带电程度达到放电阈值时迅速以非脉冲电导电流方式释放掉所储存的危险电荷,有可能达到消除脉冲放电的目标;当该添加剂含有微量"施主"杂质时甚至还可以提高介质材料在正常情况下的电阻率.对复合介质非线性电阻特性的产生机理进行了分析.      

掺磷纳米硅薄膜的微结构

采用喇曼(Raman)散射谱、高分辨率电子显微镜(HRTEM)和原子力显微镜(AFM)对掺磷纳米硅薄膜的微结构进行了分析,并对纳米硅薄膜的传导机制进行了探讨.结果表明:掺磷纳米硅薄膜由尺寸为2～4*#nm的晶粒和2～3个原子层厚的非晶界面构成,计算得到薄膜的晶态比为40%～55%.与本征纳米硅薄膜相比,掺磷纳米硅薄膜晶粒尺寸和晶态比没有明显变化,电导率却提高了2个数量级.随着掺磷浓度增加,纳米硅薄膜的晶粒尺寸、晶态比及电导率逐渐增大.AFM观察表明掺磷纳米硅薄膜由尺寸介于15～20*#nm的团簇构成,团簇排列具有带状特征.     

TiAgN复合薄膜的结构及摩擦学性能研究

针对空间精密机械运动部件表面的摩擦学改性需求,采用多弧离子镀技术制备了TiAgN复合薄膜,分析了薄膜的结构,评价了力学性能并简要讨论了力学性能与薄膜组织结构间的关系.重点研究了薄膜的摩擦学性能及摩擦磨损机理并讨论了摩擦学特性与薄膜组织结构间的关系.     

基于硬脂酸复合相变材料的被动热沉性能

固液相变储能材料的被动热沉广泛应用于航空航天及军事装备领域。针对高热流密度电子芯片的被动温控问题,对比实验验证了单温度和双温度2种数值模拟方法对基于泡沫铜/硬脂酸复合相变材料被动热沉控温过程模拟的准确性。结合基于Maxwell-Garnett模型的EMT建立了石墨烯纳米片/硬脂酸复合相变材料物性,采用更为精确的双温度数值模拟方法分析了不同导热强化方式的控温效果,并研究了环境温度对热沉控温效果的影响。结果表明:高热流密度下的相变温控过程采用双温度数值模拟更为精确;当导热增强体的体积组分相同时,提高泡沫金属的孔密度对相变温控效果提升有限,而同时采用泡沫金属与石墨烯纳米片能更有效改善相变控温效果;环境温度的剧烈变化对温控时间和控温温度均能产生影响。      

材料非线性对复合材料层板损伤的影响

根据Hahn-Tsai非线性应力应变关系,用有限元方法对受拉伸载荷作用的含孔复合材料层板损伤演变进行了模拟计算,由非线性有限元方法得到的应力、应变以及最终载荷与以往线性分析方法得到的结果比较表明:考虑材料非线性可以提高计算精度;参数研究表明非线性系数的变化对正交各向异性板的影响较大,而对准各向同性板的影响较少.     

纳米复合相变材料熔化过程数值模拟

相变储能技术在航空航天等领域具有广泛的应用前景,但是相变材料导热性能差制约了其工程化应用。高导热的纳米材料能够有效提高相变材料的导热性能。为了对其相变现象进行更精细的模拟分析,基于Maxwell-Garnett等效介质理论（EMT）建立3种具有代表性结构的纳米复合相变材料详细物性参数,将流体体积（VOF）模型与焓-多孔介质模型相耦合,在考虑相变材料体积膨胀的情况下,数值模拟了纯石蜡、添加不同体积组分金刚石纳米粒子（ND）、单壁碳纳米管（SWCNT）和石墨烯纳米片（GnP）的纳米复合相变材料在定温边界条件下的固液相变过程。结果表明:相变材料熔化过程中对流效应主要分布在临近固液相界面、临近加热壁面及临近气液两相交界面这3个区域;3种纳米粒子中GnP的导热强化效果最佳,相比纯石蜡,添加体积分数为3%的GnP纳米复合相变材料固相导热系数提高了486%,相变材料的熔化时间缩短了69%;升高壁面温度能够有效缩短复合相变材料的熔化时间。      

碟形弹簧的弯曲效应问题

以采用壳体非线性无矩理论所确定的碟形弹簧薄膜位移与薄膜应力作为初始状态,采用壳体线性有矩理论对碟形弹簧进行了弯曲位移与弯曲应力分析.分析表明:与薄膜应力相比,弯曲应力是不能略去的;而与薄膜位移相比,弯曲位移是可以略去的.因此,对碟形弹簧而言,以壳体非线性无矩理论确定位移是合理的,而以壳体线性有矩理论确定附加弯曲应力也是可行的,同时也是必要的.     

腐蚀环境下铜薄膜传感器金属结构裂纹监测

铜薄膜传感器在飞机金属结构损伤监测过程中,将长期面临大气腐蚀环境的影响。针对此背景,研究了铜薄膜传感器在腐蚀环境下的耐蚀性能,及腐蚀后的疲劳裂纹监测性能。首先,采用脉冲偏压多弧离子镀技术在不同弧电流和基体负偏压水平下制备了一系列铜薄膜,对其耐蚀性能进行了对比研究。结果表明,在弧电流60 A和基体负偏压250 V时沉积的铜薄膜耐蚀性能最佳。然后,结合耐蚀性能最佳的沉积工艺参数,在2A12-T4铝合金中心孔板试件上制备了同心环状铜薄膜传感器阵列,并开展了盐雾腐蚀试验。最后,对腐蚀试验后的铜薄膜传感器进行了疲劳裂纹监测试验。结果表明:铜薄膜传感器在腐蚀环境下具有良好的耐蚀性能,耐蚀时间达1 000 h;腐蚀试验后的铜薄膜传感器对裂纹变化敏感,能实现对裂纹定量监测,监测精度为1 mm,监测结果具有良好的可重复性。     

卫星介质深层充电的两类计算模型对比分析

计算模拟是评估航天器介质深层充电危害的重要研究方法之一. 通过粒子输运 模拟, 可以得到特定空间辐射环境下介质中的电荷沉积分布, 进而根据电位/电 场计算模型, 得到深层充电结果. 前期研究多是围绕RIC (辐射诱导电导率)模 型及其改进模型展开的, 而目前通常采用基于电流守恒定律的简单计算模型. 为了研究二者关系, 给出其各自求解方法, 并采用已发表数据对计算结果进行 验证; 从理论上阐述了后者是RIC模型的进一步简化, 只要二者考虑相同的介 质电导率, 则对应计算结果就是一致的; 结合GEO恶劣电子辐射环境下平板介 质模型在三类边界条件下的充电情况, 进行了充分的仿真验证. 相关结论为介 质深层充电效应评估提供了有益参考.