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热处理前后Mo—GaAs界面区域的结构变化

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电子显微学报 1986年第3期 139-139页

作者：张庶元吴自勤中国科技大学基础物理中心中国科技大学结构分析中心

金属和半导体接触的界面特性是国内外普遍感兴趣的重要课题。本工作用高分辨电子显微术和微衍射观察了Mo—GaAs在热处理前后的结构变化。界面结构的薄截面试样制备包括把Mo溅射到GaAs衬度,再经解理、粘接、研磨、离子减薄等一系列过程... 详细信息

金属和半导体接触的界面特性是国内外普遍感兴趣的重要课题。本工作用高分辨电子显微术和微衍射观察了Mo—GaAs在热处理前后的结构变化。界面结构的薄截面试样制备包括把Mo溅射到GaAs衬度,再经解理、粘接、研磨、离子减薄等一系列过程。热处理样品是在500℃,真空度5×10;托的条件下维持了12分钟。

关键词：界面区域高分辨像 Mo GaAs 结构变化

碳在α-Fe-Cr(110)表面及内部扩散行为的第一性原理研究

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金属世界 2024年第3期 1-6页

作者：王一鸣李睿牛明大同中车爱碧玺铸造有限公司山西大同037038 晋西车轴股份有限公司山西太原030027 阳泉职业技术学院山西阳泉045000

内容导读碳钢-奥氏体不锈钢异种钢焊接接头界面区域的碳偏聚现象,严重降低了焊接件的性能和使用寿命,本文基于第一性原理赝势平面波方法从原子层次探讨了C(碳)原子在α-Fe(110)和α-Fe-Cr(110)表面结构体系中占位及偏聚行为。赝势平面... 详细信息

内容导读碳钢-奥氏体不锈钢异种钢焊接接头界面区域的碳偏聚现象,严重降低了焊接件的性能和使用寿命,本文基于第一性原理赝势平面波方法从原子层次探讨了C(碳)原子在α-Fe(110)和α-Fe-Cr(110)表面结构体系中占位及偏聚行为。赝势平面波方法是基于密度泛函理论即第一性原理计算不同体系的基态属性,平面波具有标准正交化和能量单一性的特点,引入赝势可以保证计算中用较少的平面波数就可以获得较为可靠的结果。计算结果表明,C原子固溶于α-Fe(110)、α-Fe-Cr(110)表面结构体系中,均形成稳定的结构;α-Fe-Cr-C(110)体系中随着Cr含量的增加有利于减缓C在表界面的偏聚;C原子更易偏聚于α-Fe(110)表界面,这一特点促使C更多的偏聚于碳钢-奥氏体钢界面的碳钢一侧。α-Fe-Cr(110)结构表面的稳定性逐渐增强,形成能力逐渐增大。

关键词：奥氏体不锈钢赝势平面波方法奥氏体钢焊接件密度泛函理论第一性原理计算内部扩散界面区域

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环氧树脂纳米复合材料界面及其对电性能影响分析

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电工技术学报 2018年第16期33卷 3897-3905页

作者：吴子剑王晨张明艳裴鑫姜鹏工程电介质及其应用教育部重点实验室(哈尔滨理工大学) 哈尔滨150040 哈尔滨理工大学材料科学与工程学院哈尔滨150040

实验分别采用混酸、环氧大分子、硅烷偶联剂(KH560)对多壁碳纳米管(MWCNTs)表面进行改性制得酸化碳纳米管(C-MWCNTs)、环氧功能化碳纳米管(E-MWCNTs)、硅烷偶联化碳纳米管(Si-MWCNTs),将改性后的MWCNTs和有机化蒙脱土(O-MMT)通过溶液共... 详细信息

实验分别采用混酸、环氧大分子、硅烷偶联剂(KH560)对多壁碳纳米管(MWCNTs)表面进行改性制得酸化碳纳米管(C-MWCNTs)、环氧功能化碳纳米管(E-MWCNTs)、硅烷偶联化碳纳米管(Si-MWCNTs),将改性后的MWCNTs和有机化蒙脱土(O-MMT)通过溶液共混的方式与环氧树脂(EP)制备成环氧树脂纳米复合材料。通过分析试样的冲击实验数据、断面形貌以及MWCNTs的红外光谱来确定不同功能化方式处理的MWCNTs对纳米复合材料中界面区域的影响。借鉴界面势垒模型分析界面区域对纳米复合材料电性能的影响。分析结果表明,Si-MWCNTs、E-MWCNTs与环氧树脂的界面结合强度大于C-MWCNTs。当纳米掺杂组分质量分数相同时,Si-MWCNTs/EP中界面区域大于E-MWCNTs/EP中界面区域。当Si-MWCNTs在基体中分散均匀时,随Si-MWCNTs的质量分数的增加,Si-MWCNTs/EP中自由体积增加,键合区域对偶极极化限制性增强,二者共同促进Si-MWCNTs/EP纳米复合材料的介电常数和介质损耗的降低,过渡区域陷阱密度增大,Si-MWCNTs/EP纳米复合材料的击穿强度得到提高。O-MMT的加入减弱了MWCNTs在基体中的团聚,使MWCNTs/O-MMT/EP的电导率降低。

关键词：环氧树脂碳纳米管蒙脱土界面区域电性能

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壁面电荷对铜表面冰黏附的影响研究

化工学报 2022年第12期73卷 5517-5525页

作者：蔡文豪许雄文华南理工大学电力学院广东广州510640 广东省能源高效清洁利用重点实验室广东广州510640

在过冷水式动态冰蓄冷中,低温换热表面上的冰黏附是系统稳定运行的主要威胁。研究表明,冰和换热表面的界面区域具有一层准液体层,其厚度是影响黏附强度的主要因素。壁面荷电可能增加冰的准液体层厚度,达到降低黏附强度的作用。因此,在... 详细信息

在过冷水式动态冰蓄冷中,低温换热表面上的冰黏附是系统稳定运行的主要威胁。研究表明,冰和换热表面的界面区域具有一层准液体层,其厚度是影响黏附强度的主要因素。壁面荷电可能增加冰的准液体层厚度,达到降低黏附强度的作用。因此,在同一水分子体系温度(T=255 K)的不同壁面荷电条件下,进行了铜壁面上黏附冰的平衡和脱附的分子动力学模拟,得到了黏附冰的准液体层厚度以及黏附强度。结果表明,相较于壁面不带电荷的工况,壁面电荷密度Q_(static)=±0.1123 e/nm2且保持不变时,准液体层的厚度变化很小,冰的黏附强度由于壁面与水分子之间的库仑相互作用增强而增大;当铜壁面采用脉冲荷电Q_(period)=±0.1123 e/nm^(2)时,冰的准液体层厚度显著增加,黏附强度在可减小范围内减小31.9%。因此,壁面脉冲荷电是一种有效的降低冰黏附强度的方式。

关键词：分子模拟准液体层冰黏附壁面电荷界面区域序参量

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基于原子力显微镜的纳米电介质电荷特性研究

基于原子力显微镜的纳米电介质电荷特性研究

作者：常佳鑫哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

普遍认为,在纳米电介质中纳米颗粒和聚合物基体之间形成的界面区域在纳米电介质的介电、电导和空间电荷特性中占据着主要作用。研究纳米电介质复合物中电荷的产生、注入和移动对了解纳米电介质的介电机理具有重要意义。为了在微观尺度... 详细信息

普遍认为,在纳米电介质中纳米颗粒和聚合物基体之间形成的界面区域在纳米电介质的介电、电导和空间电荷特性中占据着主要作用。研究纳米电介质复合物中电荷的产生、注入和移动对了解纳米电介质的介电机理具有重要意义。为了在微观尺度上研究电荷的演变与运动规律界面区域的重要作用,采用原子力显微镜(AFM)的多种模式,包括接触模式,开尔文探针力显微镜(KPFM)静电力显微镜(EFM)等研究了LDPE、Si O/LDPE和Mg O/LDPE的表面形貌以及其电荷运动特性。利用COMSOL多物理场仿真软件对探针在不同模式下工作时的电场分布进行了仿真,对EFM的相位信息进行了分析。利用AFM的接触模式对试样表面进行了电荷注入,通过KPFM测量样品表面注入电荷后的表面电势随时间变化规律,并对数据进行拟合处理。研究结果发现,Si O/LDPE纳米复合材料表面电位的衰减比纯LDPE慢得多,而掺杂疏水性Si O的LDPE则更慢。利用EFM观察对不同电介质表面自然产生以及利用探针注入的电荷的分布、运动和消散进行了观察和研究。发现,无论是自然产生电荷还是注入电荷,在Si O/LDPE和Mg O/LDPE纳米复合材料中都容易被纳米粒子与聚合物基底之间的界面区域所俘获,并且和纯LDPE中的电荷相比更难消散。表明电荷被困在界面区域难以释放,这些积聚电荷在高场下容易形成势垒,进一步阻止电荷的注入,从而改善其介电性能。此外,对样品进行了脉冲电声(PEA)短路试验,对注入电荷后的短路实验进行了总电荷量进行了计算。与EFM和KPFM进行了对比。KPFM,EFM试验的电荷衰减趋势与PEA短路试验的电荷衰减趋势基本一致,可以用于相互验证。这一结果建立了微观电荷分布与宏观介电特性之间的联系,揭示了电荷运动的规律,验证了界面区域在纳米电介质中的重要作用:可以在微观尺度上抑制纳米介质中的空间电荷注入。为界面及其相关理论研究提供了有力的佐证,同时也发展出了新的表征方法。

关键词：原子力显微镜(AFM) 界面区域空间电荷纳米电介质

分子动力学模拟研究固体表面湿润性和表面电荷对冰黏附强度的影响

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分子动力学模拟研究固体表面湿润性和表面电荷对冰黏附强度的影响

作者：蔡文豪华南理工大学

学位级别：硕士

冰黏附到固体表面上的现象广泛存在于人们的生产生活中,并且对很多工业运行安全造成了威胁。这一现象归根结底是因为界面区域的范德华力、氢键和静电力等在内的界面相互作用力。在界面区域,由于实验技术和理论模型在微观尺度上的限制,... 详细信息

冰黏附到固体表面上的现象广泛存在于人们的生产生活中,并且对很多工业运行安全造成了威胁。这一现象归根结底是因为界面区域的范德华力、氢键和静电力等在内的界面相互作用力。在界面区域,由于实验技术和理论模型在微观尺度上的限制,关于冰的黏附机理尚未被完全揭示。本文采用分子动力学模拟,在纳米尺度上研究不同表面湿润性固体表面上的水接触角和冰黏附强度的对应关系,以及壁面电荷对冰黏附强度的影响,增加对冰黏附机理中疏水表面的作用以及准液体层的认识。为研究表面湿润性和冰黏附强度之间的关系,本文构建液滴-固体基底和冰块-固体基底的体系进行全原子模型的分子动力学模拟。模拟采用LAMMPS软件、TIP4P/ICE水分子模型和FCC排列的固体基底,体系内势能包含Lennard-Jones势和库仑势。研究了温度T=298.15 K下具有不同水湿润性的理想固体表面上的液滴铺展和温度T=265 K下对应固体表面上的黏附冰脱附行为。研究表明,接触角随着固液相互作用ε（O-水分子中的氧原子;S-面心立方排列的固体原子）的增大而减小。当ε值由0.50 kcal/mol降低到0.10 kcal/mol,对应的接触角与ε呈线性相关,从33.8°升高到149.5°,且黏附强度由567.6 MPa降低到54.6 MPa,降低幅度达到90.4%,剪切脱附强度由100.5 MPa降低到13.3 MPa,降低幅度达到86.8%。当ε超过0.50 kcal/mol时,液滴不会继续铺展形成更小接触角,而是在液滴两侧出现微液膜。在冰的黏附强度方面,表面的冰黏附强度和固体表面湿润性（水接触角）的对应关系满足=（1+cos）这一理论预测,且发现在这些工况下,冰稳定黏附到固体表面时,界面区域的准液体层厚度不尽相同。准液体层厚度是影响黏附强度的重要因素,而壁面荷电可能增加冰的准液体层厚度,达到降低黏附强度的作用。因此,在同一水分子体系温度（T=255 K）的不同壁面荷电工况下,进行了黏附冰平衡和脱附的分子动力学模拟,得到了研究工况下的准液体层厚度和黏附强度。结果表明,相较于壁面不带电荷的工况,壁面电荷密度Q=±0.1123e·nm且保持不变时,准液体层的厚度变化很小,冰的黏附强度由于壁面与水分子之间的库伦相互作用增强而增大;当铜壁面采用脉冲荷电Q=±0.1123 e·nm时,冰的准液体层厚度显著增加,黏附强度在可减小范围内减小31.9%。因此,壁面脉冲荷电是一种有效的降低冰黏附强度的方式。

关键词：冰黏附分子模拟准液体层界面区域壁面电荷

基于静电力显微镜和开尔文力显微镜的纳米复合聚乙烯电荷特性研究

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基于静电力显微镜和开尔文力显微镜的纳米复合聚乙烯电荷特性研究

作者：许昊雁哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

普遍认为,在纳米电介质研究中纳米粒子与聚合物基体之间形成的界面区域对纳米电介质的性能起重要作用。研究纳米电介质中界面附近电荷的产生、移动和消散对揭示纳米电介质的介电机理具有重要意义。目前纳米电介质微观尺度上电荷运动规... 详细信息

普遍认为,在纳米电介质研究中纳米粒子与聚合物基体之间形成的界面区域对纳米电介质的性能起重要作用。研究纳米电介质中界面附近电荷的产生、移动和消散对揭示纳米电介质的介电机理具有重要意义。目前纳米电介质微观尺度上电荷运动规律的表征方法较为匮乏,原子力显微镜(AFM)及其多种模式,包括接触模式、开尔文力显微镜(KPFM)模式和静电力显微镜(EFM)模式是目前仅有的检测手段,但该技术仍存在扫描信号被白噪音覆盖等问题。为了系统地研究纳米电介质中微观电荷的相关规律,本文改进了纳米复合聚乙烯的制备方法和表面处理方法,观测了纳米电介质中电荷的运动规律,并进行了有限元仿真。通过对纳米粒子进行必要的分散及表面修饰处理,获得了纳米粒子充分均匀分散的复合材料。通过改进样品表面处理方法,解决了纳米粒子暴露少的问题,同时加速了样品表面电荷的消散,获得了适合AFM观测的样品表面。采用KPFM和EFM系统研究了纯LDPE、纳米SiO/LDPE复合材料和具备多孔结构的纳米沸石/LDPE复合材料的表面形貌及其表面电荷运动规律。通过AFM的接触模式对样品表面进行电荷注入,随后利用KPFM模式观测样品表面电位随时间的变化规律。研究发现,SiO/LDPE纳米复合材料表面电位的衰减速度明显低于纯LDPE,而纳米沸石/LDPE复合材料表面电位衰减的更慢。利用EFM观测了不同试样表面纳米粒子对于自然产生电荷以及注入电荷的分布、运动和消散的影响。发现,在SiO/LDPE和沸石/LDPE纳米复合材料中无论是自然产生电荷还是注入电荷都容易被纳米粒子与聚合物基底之间的界面区域所俘获,并且和纯LDPE相比表面电荷更难消散。表面电荷被界面区域的陷阱捕获难以移动和消散,这些积聚电荷在高场下容易形成势垒,进一步阻止电荷的注入,从而改善纳米电介质的介电性能。上述结论有效的证明了纳米电介质的界面理论。此外利用COMSOL有限元仿真软件进行了三维建模仿真。通过对不同状态的纳米粒子的电场分布进行模拟,分析了EFM的相位信息,验证了界面的介电效应和距离效应。通过对电荷注入时表面电势的仿真,验证了界面区域对电荷注入的抑制作用。通过上述研究,获得了适合AFM观测的样品表面表征方法,建立了微观电荷分布与介电特性之间的联系,揭示了电荷运动的规律,验证了界面区域在微观尺度上抑制纳米电介质中空间电荷注入的机理。为界面及其相关理论研究提供了有力的佐证,同时也发展出了新的表征方法。

关键词：开尔文力显微镜静电力显微镜界面区域空间电荷纳米电介质

基于原子力显微镜的特殊结构复合聚乙烯微观电荷特性研究

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基于原子力显微镜的特殊结构复合聚乙烯微观电荷特性研究

作者：罗隆伊哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

纳米电介质中掺杂物与基体间的界面区域对材料的性能起重要作用,研究复合材料界面附近的电荷演变对揭示纳米电介质介电机理具有重要意义,掺杂颗粒的形状与界面区域电荷演变存在联系。原子力显微镜（AFM）是目前唯一可以用来探测微区电... 详细信息

纳米电介质中掺杂物与基体间的界面区域对材料的性能起重要作用,研究复合材料界面附近的电荷演变对揭示纳米电介质介电机理具有重要意义,掺杂颗粒的形状与界面区域电荷演变存在联系。原子力显微镜（AFM）是目前唯一可以用来探测微区电荷演变的手段,AFM的电学模式中开尔文力显微镜（KPFM）和电场力显微镜（EFM）是探究界面机理的主要方法。为探究颗粒形状结构对试样电荷性能的影响,本文改进样品制备方法与观测方法,获得适于AFM观测的条件。利用KPFM与EFM系统的研究了纯低密度聚乙烯（LDPE）、球形与棒状二氧化硅（Si O）掺杂的LDPE、球形与片状氧化镁（Mg O）掺杂的LDPE的表面电荷演变规律,验证了颗粒形状对界面电荷分布的影响,并结合空间电荷测试建立宏观与微观电荷演变的联系。通过AFM的接触模式对试样进行电荷注入,然后利用KPFM观测注入电荷的演变规律。研究发现,掺杂后的复合材料表面电位衰减速度比纯LDPE慢,尤其发现在棒状Si O/LDPE中颗粒旁边注入时电位基本不衰减,远离颗粒注入后明显衰减,在片状Mg O/LDPE中的注入电荷会向颗粒附近的界面区域迁移。结果表明颗粒掺杂引入了界面区域,降低载流子迁移率,特殊结构颗粒与基体间的界面陷阱效应明显更易使电荷入陷。利用EFM分别观测了试样原生电荷与注入电荷的运动特性。结果发现球形与棒状Si O/LDPE的界面区域陷阱易束缚电荷,且相比纯LDPE电荷难以消散。在棒状颗粒旁边注入后电荷会沿着颗粒轮廓分布,远离棒状颗粒注入后在棒颗粒的端部有明显的电荷聚集,表明棒状颗粒端部的陷阱数量多,会束缚更多的电荷,界面陷阱效应明显。此外利用电声脉冲法（PEA）测量试样空间电荷分布,发现Si O颗粒掺杂提高了材料抑制电荷注入的能力,其中棒状颗粒试样极化过程仅有少量电荷注入。对比PEA去极化衰减曲线与KPFM电位衰减曲线发现均随时间呈指数下降,且掺杂后的剩余电荷均高于纯LDPE,验证了宏观与微观电荷演变关联性。通过上述研究,获得了适合AFM的观测与处理方法,揭示了电荷演变与颗粒形状的关系,建立了微观电荷分布与空间电荷特性之间的联系,验证了界面区域在复合材料中的重要作用,为界面理论的研究提供了有力的佐证。

关键词：开尔文力显微镜电场力显微镜界面区域空间电荷纳米电介质

铸造高钒高速钢/42CrMo双金属管热处理及性能研究

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铸造高钒高速钢/42CrMo双金属管热处理及性能研究

作者：周毅西南石油大学

学位级别：硕士

复合双金属管因其具有众多超越单金属材料的性能优点,被广泛用于电力、化工等行业,耐磨双金属管是复合双金属管的典型应用之一。本文以自主成分设计的高速钢/42CrMo双金属管为研究对象,对热挤压后的双金属坯样进行了外观、结构和组织状... 详细信息

复合双金属管因其具有众多超越单金属材料的性能优点,被广泛用于电力、化工等行业,耐磨双金属管是复合双金属管的典型应用之一。本文以自主成分设计的高速钢/42CrMo双金属管为研究对象,对热挤压后的双金属坯样进行了外观、结构和组织状态的分析,针对坯样分析结果设计了预处理工艺,在良好预先热处理基础上对其进行强化热处理。实验中采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、EDS能谱分析和X射线衍射分析仪(XRD)等分析手段探究了预先热处理工艺和强化热处理工艺对双金属钢两侧材料组织及结构的影响,采用洛氏硬度计、显微硬度计、冲击试验机、万能抗弯试验机分析了强化热处理工艺对双金属两侧材料硬度及复合双金属钢力学性能的影响规律,利用磨损试验机、旋转摩擦试验机、多功能表面仪研究了强化热处理对高速钢层耐磨、减磨性能的影响。利用OM、显微硬度计、EDS、微米压痕仪对热处理过程中元素扩散引起的双金属界面区域组织及界面性能的改变进行了分析,结果表明:1)铸造高速钢/42CrMo双金属管界面结合良好,高速钢侧组织主要由马氏体、残余奥氏体和大量碳化物组成,碳化物带状偏析严重,42CrMo侧组织为典型索氏体。2)调质热处理可以有效改善高速钢侧成分偏析,降低双金属钢硬度,双金属钢硬度随回火温度的升高而降低;1100℃淬火-720℃回火试样高速钢侧碳化物带状偏析基本消除。3)强化热处理淬火温度对双金属高速钢侧组织形貌影响较大,随淬火温度的提高马氏体发生粗化,碳化物含量降低;1140°C淬火的双金属试样高速钢层马氏体细小且均匀分布,碳化物弥散存在。4)高速钢/42CrMo双金属钢经热处理后性能大幅度提高;强化热处理二次回火后双金属高速钢侧马氏体分解、碳化物碎化实现了碳化物的弥散强化,经调质后1140淬火540℃二次回火的高速钢侧摩擦系数低、耐磨性较好。5)双金属坯样高速钢侧应力差较大,界面区域显微硬度急剧变化;调质热处理后界面区域显微硬度平稳过渡,硬度变化过渡宽度随回火温度的升高而增大,720℃回火调质的双金属界面区域和高速钢侧应力悬殊的状态得到改善;强化热处理淬火温度的提高有效增加了过渡区宽度。

关键词：双金属高速钢 42CrMo 界面区域热处理