大气状态下SPM纳米加工系统的开发

商业化和大多数自制SPM开发和研制的目的主要是获得表面的信息,要想使它适合扫描探针加工的要求,必须对其进行一些必要的改进。本文讨论在DI公司多功能SPM基础上开发的纳米加工系统。     

高性能树脂基纳米复合材料的发展新动向

纳米材料的高表面活性使其易于团聚,这为其分散和高性能纳米复合材料的制备工艺带来挑战。本文主要介绍了有关多元复合型高性能树脂基纳米复合材料、纳米复合材料的制备与分散工艺、纳米杂化树脂基体与纤维复合以及功能化纳米复合材料研究方面的最新进展。     

氧掺杂对NiCrAlYN纳米金属陶瓷涂层抗氧化性能的影响

研究了不同O含量掺杂对Ni Cr Al YN纳米金属陶瓷涂层在1100℃下抗氧化性能的影响。采用多弧离子镀设备,分别在0、10 sccm、20 sccm O₂流量下制备得到3种不同O含量的涂层。经1100℃、300 h的高温测试后,3组样品表面均生成了α–Al₂O₃和Ni Al₂O₄,氧化膜厚度分别为8.78μm、7.9μm和5.7μm。O₂流量为0和10 sccm涂层的氧化膜产生明显分层,其中上层为Ni Al₂O₄,下层为α–Al₂O₃;而流量为20 sccm涂层的氧化膜并没有发生明显分层。O掺杂量的增加能够抑制氧化膜中大颗粒状Y–Al氧化物夹杂的形成,降低氧化膜的生长速率。此外,氧化后未掺杂氧的涂层较含氧涂层退化严重,主要归因于氧掺杂涂层中弥散分布的氧化物颗粒抑制了涂层的退化。     

先进碳纤维增强复合材料螺栓连接结构损伤监测技术

螺栓连接是飞行器复合材料结构最常用的连接方式,由于复合材料螺栓连接结构本身的特点及所受载荷和使用环境的复杂性,复合材料螺栓连接结构的完整性与耐久性分析非常困难。如何有效智能实时监测复合材料螺栓连接结构的服役状态,并在线诊断评估其可靠性、完整性是一项亟须解决与突破的关键技术难题。本文提出并发展了基于柔性涡流传感阵列薄膜和基于碳基纳米压阻传感器的先进碳纤维增强复合材料螺栓连接结构损伤监测技术,系统阐述了其传感监测原理、传感器制备工艺及传感器与螺栓连接结构集成方案,并对所提出的先进传感技术监测功能开展了一系列试验验证,试验结果表明该先进传感技术具有很好的损伤模式辨识能力与损伤参数量化监测能力。     

铜钢功能材料增材制造研究进展

铜钢功能材料兼具铜和钢独特的机械、物理和化学等性能,在航空航天、电力、生物医疗等领域应用前景广阔。然而,熔铸等传统方法制备铜钢功能材料存在难以实现复杂结构设计,易在铜钢复合界面处产生宏观偏析等问题,限制了铜钢功能材料的应用。与传统制造技术相比,铜钢功能材料零件的金属增材制造更具优势,不仅能够实现复杂结构制造,而且由于冷凝速度相对较快,可以有效缓解铜钢复合界面处的宏观偏析等缺陷,增强界面结合强度。根据近年来各种增材制造技术制备铜钢功能材料的研究进展,分析了铜钢功能材料增材制造过程中缺陷的形成原因和成形质量,列举实际应用场景,并对其发展趋势和技术难点进行展望。     

一种用于纳米颗粒场致发射推力器的自中和技术

纳米颗粒场致发射推力器(NFET)是一种用于微小卫星的固体工质静电推力器,为促进NFET的工程研制,提出一种新的自中和技术——反向充电中和策略。为研究这种自中和技术的设计方法,建立相应的数值模型以模拟该中和技术下羽流输运过程,并且,在真空舱中开展NFET的羽流测量试验来验证中和模型的正确性。以比色温度计和"打靶法"装置来分别测量羽流温度分布和推力,通过试验与仿真结果的对比,羽流温度变化的试验结果与仿真结果在定性规律上一致,推力的计算误差在9%～10%。在验证模型正确性的基础上,利用该数值模型对关键设计参数进行数值分析。结果表明:引出极与发射极的内径比变化会导致外加电场对剩余电荷颗粒作负功,引起推力下降,该物理参数在0.94附近时,推力达到极大值;而随着颗粒直径的增加,羽流中和区域整体向下游推移,推力升高。本文结论可为NFET的反向充电中和策略提供设计参考。     

碳纳米管薄膜电热特性及其除冰性能

采用碳纳米管薄膜(CNTF)作为电加热元件,研究碳纳米管薄膜对玻璃纤维增强树脂基复合材料结构表面的除冰性能,同时研究其电热性能。SEM14μm左右。XRD表明CNTF样品为微晶结构,结晶度差且含有少量杂质。空气环境通电,升温速率和最高恒定温度随输入电压增大而迅速提高。输入电压为5 V温度95℃。在四次电热循环后,其表面电阻略有升高,均值从2.795Ω到3.870Ω。在9 V输入电压下,CNTF被迅速烧断,CNTF样品电流承载极限在1.8 A左右。利用其焦耳热性能进行除冰,质量为20 g冰块在树脂基玻璃纤维复合材料样品的表面脱落时间为240 s。表明CNTF在飞机除冰领域具有潜在应用价值。     

航空航天用纳米碳复合材料研究进展

对航空航天用纳米碳复合材料及其多功能特性的研究进展情况进行了综述,阐述了国内外研究者们在纳米碳复合材料及其多功能特性方面取得的重要成果,并系统地综述了纳米碳复合材料在多尺度增强、电磁屏蔽、智能驱动、隔热、传感方面的研究工作。最后展望了纳米碳复合材料在航空航天领域中的潜在应用。     

铜互连扩散阻挡层工艺优化

针对金属线间击穿电压小、可靠性差的问题,对铜扩散阻挡层（包括钽阻挡层厚度和氮化硅阻挡层薄膜质量）进行研究优化。使用自对准双重图形（SADP）方法能够使金属互连线的特征尺寸缩小,使得互连线扩散阻挡层的厚度期望降低。通过制备不同厚度的钽阻挡层对金属互连体系电阻和击穿电压做详细对比分析,发现硬质的钽金属对化学机械研磨（CMP）产生影响,导致互连体系电阻和击穿电压随着钽阻挡层厚度减小而增加,过薄的阻挡层会导致阻挡性能降低、整体晶圆均一性变差;铜线界面上存在的氧元素极大地降低了氮化硅的黏附性,影响阻挡层性能。在氨气预处理阶段通入不同流量的氨气,在预沉积阶段改变预沉积时间,增加过渡阶段,通过实验分析氮化硅的黏附性,结果证明:氨气流量的增加、预沉积时间的减少、过渡阶段的增加能提高氮化硅的黏附性,改善了薄膜阻挡能力。      

光引发活性ATRP聚合制备纳米二氧化硅超疏水表面

利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和2-溴代异丁酰溴(BIB)对纳米二氧化硅进行改性制备了原子转移自由基聚合(ATRP)纳米活性中心,采用紫外光引发丙烯酸十二氟庚酯活性聚合接枝在纳米二氧化硅表面并沉积在玻璃基材表面制备了超疏水表面。通过热失重分析纳米活性中心的接枝率,采用水接触角研究了纳米活性中心含量和光聚合时间对超疏水性能的影响。结果表明:随着纳米二氧化硅活性中心浓度增加,工艺稳定性变好,但光聚合沉积形成超疏水表面所需的时间要长。纳米二氧化硅活性中心浓度为3.63μmol/g为最佳,经40 min光引发活性聚合后,二氧化硅表面含氟聚合物的接枝率达到34.12%,接触角达到164°,表面微纳结构致密。