材料表面薄膜硬度的测试计算

给出了基于纳米硬度试验的表层薄膜的硬度测算方法。首先研究如何利用有限元计算弥补纳米硬度测量在压痕深度小于百纳米时的精度缺陷，进而探讨薄膜一基体材料系统的硬度随压痕深度变化的规律，最后导出了根据实验曲线预测表层薄膜材料的硬度的公式，并进行了实验验证。     

微机电系统中薄膜结构在静电力和Casimir力作用下的稳定性

研究了静电驱动的微机械薄膜的稳定性问题。当微机械构件之间的间距在亚微米尺度以下,构件会受到量子效应的影响,如Casimir效应。通过对薄膜在静电力及Casimir力共同作用下的行为进行分析,由数值计算得到了决定薄膜稳定性状态的无量纲参数K及K曲线的临界值Kc,若K值大于Kc,薄膜结构为不稳定,会引起塌陷失效,薄膜粘附在基底上,且不可恢复。Kc值大小与微机械薄膜和基底表面的距离以及外加电压相关。由此提供了设计高长厚比(L／h)的静电驱动薄膜结构的方法,使其不产生失稳塌陷的失效。     

嵌入式中温共固化复合材料阻尼结构制作工艺及层间结合性能

嵌入式共固化复合材料阻尼结构层间易脱层问题的解决对这种新型阻尼结构的应用来说至关重要.本文根据中温固化玻璃纤维/环氧树脂复合材料固化工艺参数,提出用正交实验法研究嵌入复合材料层中的粘弹性阻尼薄膜的组分,探索用刷涂工艺在预浸料表面刷涂不同厚度的阻尼薄膜,然后利用固化工艺制作嵌入式共固化复合材料试件,最后通过阻尼层剪切实验,获得阻尼薄膜厚度与层间最大剪切应力的变化曲线.失效界面分析说明刷涂工艺制成的阻尼薄膜与玻璃纤维/环氧树脂预浸料共固化反应后在层间形成互穿网络结构(IPN)和物理融合,这使得嵌入式共固化复合材料具有更好的层间结合性能.     

太阳帆航天器在绕地轨道中的热诱发振动

太阳帆航天器在绕地轨道中将会周期性地进出地球阴影,经历热环境的剧烈变化,在热辐射冲击作用下,太阳帆这种大柔性空间结构的热致响应值得研究。以方形有桅杆式太阳帆为研究对象,考虑热辐射等非线性因素,建立了太阳帆的热-结构耦合动力学模型,分析了太阳帆桅杆-薄膜结构热诱发振动的特点和影响因素。分析结果表明：太阳帆由地球阴影区进入光照区将会发生明显的热诱发振动;随着热流入射角的增大,太阳帆桅杆截面的摄动温度减小,热诱发振动减弱,频率不变;太阳帆桅杆刚度的增大有利于抑制结构热诱发振动的发生;帆膜预应力将会影响太阳帆的热诱发振动,随着桅杆轴力增大,热诱发振动的振幅增大,频率减小,当轴力增大至一定程度,太阳帆的热诱发振动将会发散。     

不同金属基体上W-C:H 溅射薄膜的摩擦学性能

采用非平衡磁控溅射技术在40Cr、9Cr18、GCr15、TC4及LY12等5种金属基体上沉积了钨掺杂含氢类金刚石(W-C:H)薄膜。采用Raman光谱仪、扫描电子显微镜、纳米硬度计及纳米划痕仪分别测试了薄膜的微结构、厚度、硬度及附着力,采用球-盘摩擦试验机及光学轮廓仪分别在干摩擦和PFPE脂润滑条件下评价了5种金属材料基体上薄膜的摩擦磨损性能。薄膜性能测试结果显示,该厚度为1μm的薄膜具有典型的类金刚石结构,硬度与弹性模量分别为11.56和128.34 GPa,附着力为645 m N;摩擦试验结果显示,在干摩擦条件下几种金属基体表面W-C:H薄膜的摩擦因数和磨损率差别比较显著,而在脂润滑条件下基体材料的影响较小;与干摩擦条件相比,脂润滑条件下薄膜的磨损可减少60%~75%;在干摩擦与脂润滑条件下,9Cr18与40Cr基体上的W-C:H薄膜摩擦体系分别具有最小的磨损率1.71×10-7mm3/(N·m)及4.55×10-8mm3/(N·m)。     

ZnO薄膜气敏元件

通过在Al2O3衬底上粉末溅射ZnO做出了气敏特性和稳定性较好的ZnO薄膜气敏元件,实现ZnO薄膜的实用化,表明了ZnO是除SnO2外又一种新的气敏基材料.文中还对ZnO薄膜有关气敏特性和元件的气敏电流IG随酒气浓度C变化的规律进行了介绍.     

Preparation and Microstructure of Highly - Oriented LaNiO3 Thin Films by RF Sputtering Method

In an attempt of being used as buffer layers and electrodes for the textured BaTiO3 （BTO） ferroelectric thin films, highly （100）-oriented LaNiO3 （LNO） thin films of different thicknesses were deposited directly on Si （100） substrate with radio-frequency （RF） magnetron sputtering method. It is observed that the substrate temperatures and the film thicknesses bring main influences on the microstructures and orientation of the thin film. The effects of the thicknesses and substrate temperatures on the orientation of the films were studied on the LNO films of different thicknesses. The highly （100）-oriented LNO thin films were obtained at the substrate temperature of 600℃. The existence of epitaxially grown BTO films indicates that the oriented LNO thin films obtained in this work could be used as a buffer layer for epitaxial growth.     

基于碳纳米管薄膜的新型电热防除冰系统设计及其应用性能

对新型化学气相沉积法（CVD法）制备的碳纳米管薄膜（CNTF）的相结构和微观形貌进行了表征。根据CNTF内的碳纳米管杂乱交错,排列无规则,但孔隙率较高的微观结构特点,提出了基于这种CNTF的飞机电热防除冰系统的设计方案及其制备工艺流程。该方案采用了CNTF和环氧树脂等轻质材料,对样件制备工艺进行了探讨和优化。通过电发热特性测试及防除冰功能测试对此种新型电热防除冰系统样件的电热性能进行了研究。试验结果表明,此种新型电热防除冰系统结构简单,质量小,易于与飞机铝合金蒙皮相结合,有利于减小飞机空重,降低飞行成本;在电热过程中获得的有效平均温度为47℃,可有效地加快冰层融化,在实际应用中具有良好的前景。     

热电薄膜材料的制备和制冷器件的数值模拟

论述了热电材料低维化和器件小型化的发展趋势以及在航空航天领域的应用.利用磁控溅射的方法,在柔性衬底聚酰亚胺(PI)上制备了热电薄膜材料,并对其微观结构和性能进行了表征,结果表明:P型Bi-Sb-Te和N型Bi-Te-Se薄膜均表现出(015)的取向性.利用ANSYS有限元模拟软件热电耦合场分析单元对面内型薄膜热电制冷器进行了模拟,讨论了器件的工作电流和材料物性参数对器件制冷性能的影响,发现通过减小基底的厚度和热导率,可增大基底面内方向的热阻,实现热流沿热电臂的传输;基底的镂空设计和制冷区域高导热层的引入,有利于制冷温差的建立和制冷区域的均匀制冷,这些为薄膜型制冷器件的制备提供了指导.      

太阳帆航天器的关键技术

将太阳帆航天器所涉及的关键技术划分为4个方面：总体设计、轨道和姿态动力学与控制、太阳帆材料及其性能、太阳帆折叠与展开。针对每项关键技术,基于对国外长期研究结果进行分析并阐述主要技术特征,梳理国内相关研究进展,包括笔者与合作者的研究成果,分析存在的主要问题。根据上述分析,指出我国发展太阳帆航天器应该重视的若干问题。