基于AFM调制电信号的矢量式纳米加工系统的开发及其应用

在Digital Instrument(DI)公司多功能SPM仪器的基础上,开发出基于原子力显微镜(AFM)调制电信号的矢量式纳米加工系统,成功地实现了纳米量级结构的加工及对加工电路中微弱电流的精密实时探测,实现了对加工电压的实时精确测量及对电容效应的实时观测等。     

纳米隔热材料热辐射特性的理论计算

高温下纳米隔热材料内热辐射的影响将显著增强,其热辐射特性对热辐射传热有很大影响。为了认识高温纳米隔热材料的热辐射特性,采用Mie理论建立了掺杂纤维增韧剂和遮光剂的纳米隔热材料热辐射特性理论计算方法,编写了纳米隔热材料热辐射特性计算程序,对某纳米隔热材料的热辐射特性进行了理论研究,得到了光谱衰减系数、光谱散射反照率以及全光谱平均辐射特性参数及散射相函数。理论模拟结果表明:在3～9.5μm波长范围内,纳米隔热材料对热辐射具有强烈的衰减作用,对3～7μm的热辐射呈现强烈的散射特征,对7～9.5μm的热辐射,随波长增大散射特征逐渐减弱,对9.5μm的热辐射呈现较强的吸收特征。在300～1 300 K,该纳米隔热材料全光谱平均衰减系数>5×104 m-1,平均散射反照率>0.96,具有较强的前向散射特征,这些特征来源于遮光剂粒子,增韧剂影响很小。     

基于纳米颗粒润滑的单点金刚石刀具磨损抑制技术

润滑是单点金刚石车削硬脆材料时的一个非常关键的因素,针对单点金刚石车床超精密加工单晶硅光学零件过程中刀具易磨损、加工精度一致性差等问题,提出了一种单点金刚石刀具磨损抑制技术,通过选用二硫化钼、石墨、铜、氧化铜等纳米颗粒作为润滑剂,在Ф25.4mm单晶硅平片上开展实验研究.结果表明,纳米颗粒的类型和质量分数对车削过程的润...     

光波纳米推进技术中的表面等离激元增益光镊作用机理

为研究天线不同结构对表面等离激元（SPP）增益光镊作用的影响,建立天线-基底的电磁波传输耦合激元电场触发光梯度力的数值模型,并利用数值模型分析天线不同结构对SPP电场的影响规律,同时,这种电场变化规律对光镊增益有直接的数学关系,基于上述物理机制,获得不同天线结构对光梯度力产生的优化策略。为验证上述物理机制与优化策略的有效性,开展纳米颗粒的粒子图像测速（PIV）试验,天线材料为银,基底为二氧化硅,纳米颗粒为银,试验能够完好地观测到纳米颗粒在天线通道的运动情况。结果表明,光梯度力的增益机制在于激元电场强度和梯度两方面因素,前者随天线不对称性增强而先增大后减小,后者呈现一直增大趋势;纳米颗粒推动作用力的计算误差约为5.5%~13.8%,且试验值与计算值的趋势相符,一方面验证本文研究机理及优化策略的有效性,另一方面证明PFP技术的原理可行。     

纳米铝颗粒在二氧化碳气氛下燃烧的反应分子动力学研究

为研究核壳结构纳米铝颗粒(ANP)在CO₂气氛下加热与燃烧的过程,采用反应分子动力学方法 (ReaxFF MD)对原子扩散过程进行研究。加热前期,在热膨胀与电场力作用下,核心处的铝原子与壳层的氧原子间相互扩散,在ANP内部形成空腔;加热中后期,ANP在电场力与浓度梯度作用下,转变为均匀分布的亚氧化物(AlO,Al₂O等)。分析原子间化学键以及产物数量的变化趋势发现,未氧化的铝原子会抑制一氧化碳的产生。当CO₂进入ANP时,发生2Al+CO₂=Al₂OC+O反应,产生中间产物,游离的O原子优先氧化未反应的铝原子。当铝原子消耗殆尽后,亚氧化物与中间产物分别发生AlO+CO₂=AlO₂+CO和Al₂OC+2AlO₂=4AlO+CO反应产生CO。研究揭示了ANP在CO₂气氛下加热与燃烧阶段的微观反应机理,为Al/CO₂反应体系在火星探测领域的应用提供理论依...     

栅极偏压对纳米金刚石薄膜沉积过程的影响

在HFCVD系统中施加栅极偏压和衬底偏压,采用双偏压成核和栅极偏压生长的方法成功制备了高质量的纳米金刚石薄膜.采用显微Raman高分辨率SEM和AFM等现代理化分析手段分析纳米金刚石膜的微结构,结果表明双偏压显著促进了金刚石的成核密度,平均晶粒尺寸在20 nm以内.试验观察和理论分析表明栅极偏压促进了热丝附近的等离子体浓度,提高了衬底附近的碳氢基团和氢原子浓度,提高了金刚石的成核密度、在保持晶粒的纳米尺寸的同时保持了较高的成膜质量和较低的生长缺陷.     

纳米α-Al2O3在水相介质中的分散性能

在对纳米α-Al2O3粉体的Zeta电位进行测量的基础上,采用无机电解质类分散剂（SHP）,阴离子型表面活性剂油酸,阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）以及非离子型表面活性剂异丙醇胺（DIPA）对纳米α-Al2O3粉体进行了分散实验,系统研究了超声分散时间、表面活性剂种类和浓度对纳米α-Al2O3粉体在水相介质中分散性能的影响。结果表明,随超声时间的延长和分散剂浓度的增加,纳米α-Al2O3粉体的分散性均出现先增后降的变化规律,对于每一种分散剂均存在最佳超声时间和最佳浓度。纳米α-Al2O3粉体在水相介质中的最佳分散工艺为：超声时间40 min,浓度为1.5%的CTAC。     

球形ZnS纳米粒子的制备和光学性质

用快速均匀沉淀法制备了平均粒径3nm左右的球形ZnS纳米粒子。并且讨论了成长时间，反应温度，体系pH值，反应物浓度和配比对ZnS纳米粒子尺寸的影响。通过XRD，BET，紫外可见吸收光谱表征了ZnS纳米粒子的尺寸、结构和表面态性质。通过红外吸收光谱证明了吸附在ZnS纳米颗粒上的乙酸基起到控制粒子长大和防止团聚的作用。研究了ZnS纳米晶粒的荧光光谱，证实其在425nm处的蓝色发光峰是来源于表面硫空位与锌空位之间的电子-空穴复合跃迁发光。     

基于微纳米金刚石过渡层的cBN刀具涂层制备

立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,cBN)是仅次于金刚石的超硬材料,比金刚石具有更高的化学稳定性,可以胜任铁系金属的加工。本文在YG6硬质合金上基于微纳米金刚石过渡层开展cBN涂层的制备研究。本文在热丝化学气相沉积系统中制备微纳米金刚石过渡层(Micro/nanocrystalline diamond,M/NCD),在射频磁控溅射系统中制备cBN涂层,并对M/NCD与cBN涂层进行了成分、微观形貌与结合性能的研究。研究结果发现,在硬质合金基体上,M/NCD过渡层的结合性能明显优于NCD过渡层。磁控溅射制备cBN涂层过程中,存在适合cBN沉积的衬底偏压阈值,过高或过低的衬底偏压均不利于cBN含量的提高。     

纳米CeO2/Galfan复合材料的制备工艺

在不同介质中分别用球磨和超声振动对纳米C eO2颗粒进行了预处理;用搅熔铸造工艺制备了质量分数约为1%的纳米C eO2/G a lfan复合材料,用XRD(X-ray d iffration)分析了其中的物相,用场发射扫描电镜(F ie ldem iss ion scann ing e lectron m icroscopy,FE-SEM)观察了纳米C eO2颗粒在基体中的分散情况,并测试了其显微硬度;用中性盐雾腐蚀试验来评价复合材料的耐蚀性,并用XRD检测了腐蚀产物。结果表明,经超声预处理的颗粒与熔体具有较好的润湿性,能单粒分散其中,且制备的复合材料的显微硬度值提高了近一倍。