InSb光学带隙的掺杂调控研究

利用布里奇曼法进行了InAsSb半导体合金的生长,并对其结构、光学及电学特性进行了表征.研究发现,As替位掺杂造成X射线（111）衍射峰略微右移,同时其半高宽明显展宽.基于X射线衍射数据,利用Vegard定律计算出的As组分与能谱测量得到的结果基本吻合.此外,As的掺入使得材料背景载流子浓度略有上升.傅里叶变换红外光谱结果显示,As的替入使得材料带隙明显变小,拟合得到的光学带隙与通过Woolley-Warner经验公式得到的值定性一致.研究结果表明,As掺杂是减小InSb带隙,开拓其面向第二个大气窗口红外探测应用的有效途径.      

锂电池相变材料/风冷综合热管理系统温升特性

锂电池在高倍率充放电过程中会产生大量热量,此热量不及时散出会导致电池超温进而影响电池的使用寿命,甚至导致安全事故。本文设计了一种新型相变材料/风冷综合热管理系统(TMS),并对综合热管理方式下的电池温升特性进行了实验和理论研究。基于集总参数法,结合电池生热及散热机理,建立了电池发热功率计算模型以及相变材料/风冷综合TMS电池温度场数学模型,计算了电池单体发热功率,分析了环境温度、电池充放电循环初始温度、相变温度、对流热阻以及电池和相变材料之间的导热热阻对电池综合TMS性能的影响。结果表明:综合TMS的冷却性能优于纯风冷热管理系统;电池充放电过程为非稳态传热过程,因此较高的初始温度带来超温风险;电池温度场数学模型能准确反映电池升温行为;较高的环境温度下,电池最大温升幅度降低,但可能导致电池最高温度超过安全温度;相变材料的相变温度越低,电池最大温升越低;减小导热热阻及对流热阻能显著提高TMS性能。     

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。      

W掺杂对TiO2中氧空位形成能的影响

为研究Ti合金中常用的基体强化元素W对合金抗氧化性的作用,利用第一性原理方法计算了W掺杂对Ti合金氧化产物金红石TiO₂中氧空位形成能的影响。计算发现,W可以显著增大其近邻位置的氧空位的形成能,使其增大将近0.7 eV,这将有效抑制氧空位的产生以及环境中氧的渗透,对Ti合金的抗氧化性是有益的。同时研究了2个氧空位组成的不同构型的空位对,发现W同样可以增大氧空位对的形成能,但增加的数值平均到每个氧空位只有0.2 eV,即随着氧化的加剧和氧空位浓度的增加,W对抗氧化性能提高的效果减弱。电子态密度分析表明,对于不同构型的氧空位对,体系内的未配对电子分布在不同的能级水平,这导致了不同的空位形成能。     

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。      

泡沫铜/低熔点合金复合相变材料凝固放热分析

为研究泡沫铜/低熔点合金(LMPA)复合相变材料在间歇放热工作环境下恢复至初始状态的能力及不同孔隙率泡沫铜的添加对其凝固放热过程的影响，通过数值模拟对比分析了47合金、正二十三烷与泡沫铜复合前后的凝固放热过程，并调节泡沫铜/47合金复合材料孔隙率计算模拟芯片温度在凝固放热过程中温度随时间变化曲线。结果表明:泡沫铜的添加对2类材料凝固过程均有促进作用，模拟芯片恢复至目标温度所需时间分别被缩短6.6%和47.7%。因体积潜热值的差距，泡沫铜/47合金凝固时需放出更多热量，恢复至目标温度的时间较长，是正二十三烷复合相变材料的1.52倍。随着孔隙率的增大，复合相变材料恢复至室温状态所用时长变化不大，考虑到孔隙率对相变热控过程中的影响，实际使用时应综合考虑。      

直流磁控溅射ZnO:Al薄膜的光电和红外发射特性

以锌、铝合金(ω(Al)=3%)为靶材,利用直流反应磁控溅射法制备了系列掺铝氧化锌ZnO:Al(ZAO)薄膜样品,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、分光光度计、霍耳效应及红外发射率测量仪等测试仪器或方法表征了样品的结构、形貌、光学、电学及红外发射特性.测得样品最低电阻率达到1.8×10^-6(Ω·m),最大禁带宽度为3.47?eV,可见光区平均透过率达到90%,8~14?μm波段平均红外发射率在0.26~0.9之间.上述特性均随衬底温度和溅射功率的变化有着规律的变化.当方块电阻小于45?Ω时,薄膜在8~14?μm波段平均红外发射率与方块电阻遵循二阶函数变化规律.     

压电周期板中耦合禁带影响规律分析

近年来，利用周期结构中弹性波禁带特性减振的研究思路受到了广泛关注。针对以往周期结构难以实现宽频且可调禁带的问题，设计了一种含电路网络的压电周期结构。该结构中的弯曲波和电路网络中的电波通过压电效应可以产生一个较宽的耦合禁带，且通过调整电路参数就可以达到调节禁带位置的目的。首先，为了高效计算该结构的波动特性，开发了适用于压电周期结构的减缩波有限元算法，该算法可以在保证结果准确性的基础上节约90%以上的计算时间。利用该算法研究了压电材料尺寸和形状对耦合禁带性能的影响。结果表明:相同电学参数下，随着压电片尺寸的增大，耦合禁带向低频移动，且禁带带宽增加；相同面积下含圆形和方形压电片的机电系统内耦合禁带差异较小，即形状对耦合禁带的分布影响不大。其次，针对不同尺寸和形状的机电系统，设计了电学参数使得在同一频率附近产生耦合禁带，并分析了其性能差异。最后，为了证明耦合禁带的减振效果，设计了一种有限压电周期板模型，其强迫响应的结果证明了耦合禁带对结构内弹性波可以进行有效调控。      

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).     

相变光盘信息记录过程的热模拟计算

基于多层模结构的瞬态热传导过程的有限差分解法,开发了用于模拟相变光盘静态信息记录过程的计算机程序HSS,并用它计算了相变光盘静态信息记录过程的温度场分布。     

ADVANCES IN MATERIAL RESEARCHES UNDER MICROGRAVITY 2000-2002

The Engineering of Chinese Spacecraft provides Chinese scientists of materials great opportunity in the experiments for preparing materials under microgravity. On board of Spacecraft-Shenzhou No.3 (SZ-3), alloys and semiconductors, such as Al Mg2Si, Nd60Al10Fe20Co10, Pd40Ni10Cu30P20, Al-Al3Ni, GaMnSb, Bi12SiO20:Ce, and Cd0.96Zn0.04Te:Ge, were prepared. SZ-3 successfully returned to the earth on April 1, 2002. Profiting from SZ-3, great progress has been made in the researches on ma terials under microgravity in space. The quartz ampoules containing the materials grown on board of SZ-3 were shown in CFig. 1 (see the Appendix). The properties of the materials prepared on board of SZ-3 are still under investigation.     

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研究了Nb离子注入的γ-TiAl合金在1123K和1173K空气中的高温循环氧化行为,用配有能谱仪的扫描电子显微镜对氧化层的形貌、显微结构进行了分析,用俄歇谱仪分析了注入元素和氧化层中各元素的分布.结果表明:Nb离子注入可以提高γ-TiAl合金的抗循环氧化性能.提高其抗氧化性能的主要原因归结于Nb离子在TiO₂中的掺杂作用.高价Nb的掺杂,降低了TiO₂的缺陷浓度,使TiO₂的生长受到抑制,在氧化初期形成了Al₂O₃保护层,从而推迟了氧化层的剥落时间.但Nb离子注入的γ-TiAl合金不具有长期的抗循环氧化性能.     

频率选择表面传输特性的温度循环效应

根据国家军用标准GJB 150-86对不同涂层材料和加工工艺的频率选择表面(FSS,Frequency Selective Surfaces)进行了温度循环的环境模拟试验,通过比较温度循环前后FSS的谐振频率、传输损耗、频带宽度和入射角稳定性等传输特性的差异,考察FSS在温度循环条件下的性能稳定性.结果表明,温度循环对不同材料和工艺的FSS的传输性能有较大影响,主要表现在FSS的传输损耗和频带宽度两方面.不同FSS在经过温度循环后,谐振频率下的传输损耗增大0.5~3倍,入射角越大增大的幅度越大;频带宽度增加50%~70%,不同的FSS增加的幅度不同.而对谐振频率和入射角稳定性的影响根据不同的FSS而不同,但对二者的影响都不明显.与简单振子FSS相比,组合振子FSS的传输性能受温度循环的影响较大.      

掺磷纳米硅薄膜电导及压阻效应的研究

 研究了掺磷对纳米硅薄膜微结构和电学特性的影响.指出气相掺杂能使nc-Si:H膜中磷原子浓度达到原子分数5%的水平,掺杂效率可达η≈1.0%.掺磷后能使薄膜暗电导率提高两个数量级,达到σ=10^-1~10¹S·cm^-1,电导激活能ΔE=(1~6)×10^-2eV水平.掺磷能促使nc-Si:H膜更加有序化且晶粒尺寸变小,这有利于使纳米硅薄膜往应用方向发展.     

氧化锌色素在真空紫外辐照下降解机理的研究

研究氧化锌色素在真空紫外辐照下的降解机理,目的是为设计在宽间环境下稳定的氧化锌热涂层提供理论依据。仔细研究了自由电子在氧化锌中的吸收特性及真空紫外辐照对氧化锌电导的贡献,认为真空紫外辐照引起氧化锌色素表面化学吸附氧的解析,同时在氧化锌色素表面产生大量的氧空位,氧空位提供了导带中的自由电子,自由电子在导带内跃迁吸收近红外光子引起氧化锌色素光学性能的退化。