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微电极芯片融合技术选育表面活性剂高产菌株的研究

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微电极芯片融合技术选育表面活性剂高产菌株的研究

作者：姜志忠重庆大学

学位级别：硕士

生物表面活性剂产生菌的选育是生产生物表面活性剂的前提和基础。原生质体电融合法以其独特优越性,在动植物菌株选育中应用广泛。但是现今的电融合技术在微生物细胞电融合研究中还存在许多不足,如微生物细胞体积较小融合电极相对较大、... 详细信息

生物表面活性剂产生菌的选育是生产生物表面活性剂的前提和基础。原生质体电融合法以其独特优越性,在动植物菌株选育中应用广泛。但是现今的电融合技术在微生物细胞电融合研究中还存在许多不足,如微生物细胞体积较小融合电极相对较大、电脉冲的作用位点不易控制等。针对以上问题,自主研制出基于梳状交叉微电极阵列的细胞电融合芯片系统,开展了产表面活性剂菌株在该电融合芯片中的选育研究。从油泥浆中筛选出一株高产生物表面活性剂菌株BS-34。用油平板培养基初筛,排油圈法复筛,获得24株产生物表面活性剂的菌株;通过测定24株发酵液的表面张力,获得一株性能优良的表面活性剂高产菌BS-34,其发酵液的表面张力值为51.47mN/m,乳化力为62%。研究BS-34原生质体化的影响因素,制备出原生质体。制备原生质体的最优条件为蜗牛酶浓度1.5%、酶解温度33℃、酶解时间3h、酶解pH值6.0及0.8mol/L山梨醇渗透压稳定剂,生成率和再生率分别为95.2%和8.9%。研究原生质体融合的影响因素,获得性能提高的新菌株。在排队电压值2V、频率1MHz,及离子浓度不大于0.1mmol/l Ca及0.1mmol/l Mg的混合液条件下,细胞在电场中有大于90%的成串率。在脉冲峰值电压50V、持续时间80μs、8个脉冲、间隔1s,溶液为0.1mmol/l Ca及0.1mmol/l Mg的混合液及0.8mol/L山梨醇的条件下,有最高的融合率8%。通过电融合获得一株菌株,其发酵液的表面张力为37.59 mN/m,乳化力为85%。该新型电融合系统在产生物表面活性剂菌株电融合选育中的成功,可推动微生物细胞电融合研究的发展。

关键词：微电极芯片融合系统生物表面活性剂细胞融合原生质体

无铅焊点寿命预测及IMC对可靠性影响的研究

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无铅焊点寿命预测及IMC对可靠性影响的研究

作者：姜志忠哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

目前,球栅阵列封装(BGA)技术正广泛应用于微电子封装领域,表面组装技术(SMT)也逐渐进入BGA组装时代。组装焊点的失效是BGA封装器件的失效的主要原因,伴随着人们环保意识的提高,无铅化是微电子封装业的发展趋势,在服役过程中无铅焊点的... 详细信息

目前,球栅阵列封装(BGA)技术正广泛应用于微电子封装领域,表面组装技术(SMT)也逐渐进入BGA组装时代。组装焊点的失效是BGA封装器件的失效的主要原因,伴随着人们环保意识的提高,无铅化是微电子封装业的发展趋势,在服役过程中无铅焊点的可靠性是已学者研究的热点。SnAgCu无铅钎料被认为是最有可能取代传统的SnPb钎料作为表面组装焊点的材料,但是高Sn含量的SnAgCu钎料必然会导致与Cu焊盘界面金属间化合物(IMC)生长过快的问题,过厚的IMC将会导致焊点界面的弱化甚至开裂。因此,研究BGA组装无铅焊点可靠性及IMC对其可靠性的影响具有重要的理论意义。本文采用统一型粘塑性Anand本构方程描述材料为Sn3.8Ag0.7Cu和Sn37Pb焊点在热循环条件下粘塑性行为。采用有限元数值模拟方法,针对PBGA封装器件,建立了1/8三维有限元模型,分析焊点阵列的应力应变分布规律,确定了易发生疲劳失效关键焊点的位置。分析了Sn3.8Ag0.7Cu关键焊点的失效机制。分别采用基于塑性应变的Coffin-Manson模型和基于能量的Morrow方程对两种钎料的关键焊点进行热疲劳寿命预测,通过计算比较Sn3.8Ag0.7Cu关键焊点的疲劳寿命是Sn37Pb的3～4倍,表明Sn3.8Ag0.7Cu钎料具有较好抗热疲劳性能。通过对Sn3.8Ag0.7Cu与Cu焊盘回流焊接后和老化条件下的界面反应进行研究,回流焊接后,其界面处的IMC层为Cu6Sn5,无Cu3Sn金属间化合物出现,经过125℃,100h的老化试验之后,在靠近Cu焊盘一侧发现了薄薄的一层Cu3Sn。对IMC层厚度的测量结果可知,厚度与时间的平方根之间呈近似的线性关系,较好的符合了Fick扩散定律。通过对关键焊点界面处的IMC层进行合理的简化,进行数值模拟,模拟结果表明,当界面IMC层厚度增加时,IMC层内的等效应力增加;与此相反,钎料内部的应力变化不大,但粘塑性应变量和塑性功累积量动态增加且增加明显,因此IMC厚度增加,将会导致焊点的热疲劳寿命降低。

关键词：数值模拟球栅阵列无铅钎料金属间化合物热疲劳

热处理工艺对CLAM钢电子束焊缝显微组织与冲击韧性的影响

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焊接学报 2012年第11期33卷 67-71,116-117页

作者：胡杰姜志忠黄继华陈树海赵兴科张华北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 神龙汽车有限公司技术中心武汉430050

对聚变堆用中国低活化马氏体钢(CLAM钢)进行了真空电子束焊接试验,并对接头进行了回火和调质处理.利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)对焊缝热处理前后的显微组织进行了观察,并对焊缝进行了室温冲击试验.结果表明,焊态下... 详细信息

对聚变堆用中国低活化马氏体钢(CLAM钢)进行了真空电子束焊接试验,并对接头进行了回火和调质处理.利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)对焊缝热处理前后的显微组织进行了观察,并对焊缝进行了室温冲击试验.结果表明,焊态下,焊缝由粗大板条马氏体和δ铁素体构成,其冲击韧性较差;回火处理后,马氏体组织转变为回火马氏体组织,δ铁素体保存下来,且其晶界聚集了大量M23C6型碳化物.碳化物地聚集使得δ铁素体与原奥氏体晶界的结合减弱,在受到外部载荷作用时,裂纹易于萌生和扩展,故回火后焊缝冲击韧性未得到改善;调质处理消除了δ铁素体,焊缝组织转变为和母材相同的回火马氏体组织,焊缝冲击韧性显著提高.

关键词：中国低活化马氏体钢真空电子束焊显微组织冲击韧性

CLAM钢焊接热影响区连续冷却过程相变规律

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材料工程 2013年第4期41卷 68-73页

作者：姜志忠黄继华胡杰陈树海北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 中国科学院核能安全技术研究所合肥230031

采用Gleeble1500热模拟机,物理模拟中国低活化马氏体(CLAM)钢焊接热影响区粗晶区(CGHAZ)的冷却过程,结合组织观察、Thermo-calc热力学软件计算和硬度测试等手段分析了冷速ωc对CGHAZ的组织演变及硬度的影响,并绘制了CLAM钢的SH-CCT图。... 详细信息

采用Gleeble1500热模拟机,物理模拟中国低活化马氏体(CLAM)钢焊接热影响区粗晶区(CGHAZ)的冷却过程,结合组织观察、Thermo-calc热力学软件计算和硬度测试等手段分析了冷速ωc对CGHAZ的组织演变及硬度的影响,并绘制了CLAM钢的SH-CCT图。结果表明:CLAM钢的CGHAZ中过冷奥氏体仅发生低温板条马氏体(LM)及先共析铁素体(α铁素体)转变。0.25℃/s为CGHAZ过冷奥氏体发生完全LM相变的临界冷速。当ωc>0.25℃/s时,CGHAZ的组织除LM外,还含有少量的δ铁素体,δ铁素体是δ→γ相变阶段转变不充分而残留至室温的组织,在该冷速范围内粗晶区的组织形态变化不明显。当ωc<0.25℃/s时,由于发生γ→α转变,CGHAZ的组织为α铁素体及LM的混合组织,随着冷速的降低,α铁素体含量增加;当ωc=0.04℃/s时,CGHAZ的组织已完全转变为α铁素体和碳化物的混合组织。

关键词：中国低活化马氏体钢焊接热模拟热影响区连续冷却转变曲线

聚变堆用CLAM钢电子束焊接接头显微组织转变与力学性能

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焊接学报 2011年第3期32卷 45-48,115页

作者：姜志忠黄继华陈树海巨新北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 北京科技大学应用科学学院北京100083

对聚变堆用CLAM钢进行了真空电子束焊接试验,并在740℃/1 h条件下对接头进行焊后热处理,利用金相显微镜和显微硬度计对接头各区域热处理前后显微组织转变及硬度分布进行了研究.结果表明,焊缝成形良好,无不良外观缺陷;焊态焊缝和熔合区... 详细信息

对聚变堆用CLAM钢进行了真空电子束焊接试验,并在740℃/1 h条件下对接头进行焊后热处理,利用金相显微镜和显微硬度计对接头各区域热处理前后显微组织转变及硬度分布进行了研究.结果表明,焊缝成形良好,无不良外观缺陷;焊态焊缝和熔合区由粗大板条马氏体+少量δ铁素体组成,硬度大于410 HV.完全淬火区粗晶区由粗大板条马氏体组成,细晶区由细小板条马氏体组成,细晶区是焊接接头硬度最高的区域.不完全淬火区由细小板条马氏体+铁素体组成.接头不存在软化区;焊后热处理使接头中的马氏体转变为回火索氏体组织,各区域硬度明显下降,其中,熔合区的硬度最高,仅比基体母材硬度高20%左右,热处理并没有使接头出现明显的软化现象.

关键词：中国低活化马氏体钢电子束焊接金相组织显微硬度

镍基少层石墨烯电极场发射性能机制与微结构分析

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材料导报 2023年第12期37卷 14-19页

作者：宋小勇房硕洋赵明孙陆军姜志忠华北水利水电大学能源与动力工程学院郑州450045 中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院合肥230031

石墨烯因具有多种优异性质而被广泛应用于工业技术领域,利用石墨烯的吸附性实现对碱金属原子的吸附,表面功函数将大幅降低,将其应用于热电器件电极材料可显著提高器件的输出性能。研究结果表明,采用“yo-yo”法铯氧交替激活方式对镍基... 详细信息

石墨烯因具有多种优异性质而被广泛应用于工业技术领域,利用石墨烯的吸附性实现对碱金属原子的吸附,表面功函数将大幅降低,将其应用于热电器件电极材料可显著提高器件的输出性能。研究结果表明,采用“yo-yo”法铯氧交替激活方式对镍基底少层石墨烯样品进行激活实验,铯蒸气以铯原子的形式在少层石墨烯表面均形成稳定的结构,光电流逐渐增加,石墨烯表面功函数随之降低。后续间断通入氧气,氧原子与表面吸附的铯原子相互作用,铯原子在氧原子作用下离子化,光电流迅速增加,进一步降低了石墨烯表面功函数。X射线光电子能谱(XPS)及紫外光电子能(UPS)谱的分析结果表明,二层、三层、五层石墨烯表面功函数在铯氧激活后达到的最小值分别为1.446 eV、1.388 eV、1.253 eV,较激活前分别降低了56.38%、58.55%、62.58%。功函数降低程度与石墨烯层数具有一定的关系,层数增加促进Cs-O-Cs双偶极子结构的产生,Cs2O和CsC8在降低功函数方面具有协同作用。另外,Cs-O-C双偶极子加强C-Cs偶极子对表面纵向电场的影响。在此基础上,通过第一性原理阐述了石墨烯在铯化后功函数降低机制。

关键词：铯氧激活光电流偶极子结构吸附功函数

基于SiGe材料的热电器件输出性能仿真计算分析

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稀有金属 2024年第3期48卷 378-387页

作者：赵明孙陆军黄望哩肖尊奇姜志忠中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230026

近年来,高温热电材料SiGe合金的制备工艺不断优化,其热电优值得到不断提升,作为温差发电器件材料在未来深空探测装备发电应用中展现出巨大的应用价值。基于目前研究发展的SiGe合金,在考虑接触电阻与热阻的基础上,利用ANSYS软件构建了平... 详细信息

近年来,高温热电材料SiGe合金的制备工艺不断优化,其热电优值得到不断提升,作为温差发电器件材料在未来深空探测装备发电应用中展现出巨大的应用价值。基于目前研究发展的SiGe合金,在考虑接触电阻与热阻的基础上,利用ANSYS软件构建了平面型SiGe热电器件的仿真模型,分析电极厚度、电偶臂间距、电偶臂结构、热损和热端温度变化对器件输出性能影响。结果表明,器件开路电压和最大输出功率分别为0.315 V和0.56 W,与器件实验结果的误差均小于5%,模型具有较好的计算精度。减小热端SiMo电极厚度和电偶臂间距有效提高了器件输出性能,当器件电极厚度为1 mm,电偶臂间距为3 mm时,输出功率和热电效率达0.85 W和6.80%。结构设计发现,当n型和p型电偶臂横截面积比为0.90时,输出功率获得最大值;面积比为1.10时,转换效率获得最大值。器件与环境之间换热系数的增大有利于输出功率的提高,但转换效率大幅降低。器件输出性能变化相对热端温度变化具有滞后性,温度阶跃变化之后重新达到稳态所需要的时间为0.048 s,大于温度线性变化重新达到稳态所需要的时间0.022 s。研究结果可为后续器件的加工制备提供理论指导。

关键词： SiGe 热电器件数值模拟输出性能

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Pb及PbBi合金与T91钢的润湿行为

原子能科学技术 2015年第B5期49卷 194-199页

作者：刘静姜志忠田书建黄群英韩洋洋中国科学技术大学安徽合肥230026 中国科学院核能安全技术研究所中国科学院中子输运理论与辐射安全重点实验室安徽合肥230031

液态金属与结构材料间的润湿程度是影响液态金属脆化(LME)效应的关键因素。为探索T91钢在液态铅基合金中的脆化机制,采用静滴润湿性测量实验和界面微观分析方法研究了Pb/PbBi合金在光滑T91钢表面的接触角和界面元素分布规律。测量结果表... 详细信息

液态金属与结构材料间的润湿程度是影响液态金属脆化(LME)效应的关键因素。为探索T91钢在液态铅基合金中的脆化机制,采用静滴润湿性测量实验和界面微观分析方法研究了Pb/PbBi合金在光滑T91钢表面的接触角和界面元素分布规律。测量结果表明,在相同测试温度下,PbBi-T91体系间的接触角稍大于Pb-T91间的接触角,且均大于90°。当温度低于400℃时,两个体系的接触角随温度的升高均有下降的趋势,而当温度高于400℃时,接触角则基本保持不变。微观分析结果显示,两个体系的界面均未发生明显的反应,PbBi合金中Bi原子的表面偏聚引起气-液界面张力降低,这可能是导致PbBi-T91间的接触角大于Pb-T91间接触角的原因。

关键词：润湿性静滴法 Pb/PbBi合金 T91

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层状煤岩弹性波传播衰减特性试验研究

煤炭科学技术 2022年第7期50卷 184-190页

作者：李全贵凌发平胡千庭姜志忠武晓斌钱亚楠重庆大学资源与安全学院重庆400044 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

基于弹性波传播理论的微地震技术被用于煤矿水力压裂破裂监测、动力灾害预警等。煤系地层是典型的层状介质,弹性波在层状煤岩中传播受到介质不均匀性和层面反射、折射的影响,其传播规律和衰减特性研究仍需完善。利用脉冲发生器产生稳定... 详细信息

基于弹性波传播理论的微地震技术被用于煤矿水力压裂破裂监测、动力灾害预警等。煤系地层是典型的层状介质,弹性波在层状煤岩中传播受到介质不均匀性和层面反射、折射的影响,其传播规律和衰减特性研究仍需完善。利用脉冲发生器产生稳定的震源激励,通过DS2系列全信息声发射信号分析仪对弹性波在层状煤岩、纯煤、纯砂岩中传播的衰减特性进行了试验研究。结果表明:相同试验条件下,组合煤岩体中弹性波传播的幅值衰减随着传播距离、震源激励频率(FREQ)的增加而减小。层状煤岩中,弹性波传播的幅值衰减先快后慢,煤层中的衰减梯度较岩层大,呈现出阶段性的衰减特征;弹性波信号的质心频率发生频移,峰值频率出现分级现象。煤层与岩层联结面处介质层之间结合的紧密程度是影响弹性波衰减的主要因素,紧密程度越高则幅值衰减越小;煤层硬度越高弹性波信号的初始幅值越大,低频率范围内(FREQ≤4 MHz)层状软煤层中弹性波幅值较层状硬煤层衰减快;层状煤岩中震源激励频率与弹性波传播距离呈负相关依赖,近距离范围内的低频信号的传播距离较高频远,幅值衰减梯度大。层状煤岩中弹性波幅值衰减梯度随品质因子增大逐渐减小,品质因子由小到大依次为软煤、硬煤、砂岩。研究成果可为微地震拾震器布置方法的优化提供理论基础。

关键词：层状煤岩弹性波波的衰减微地震动力灾害