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SiNx对宽温域自润滑Mo2N-Ag纳米结构薄膜微结构、力学性能和摩擦学性能的影响

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SiNx对宽温域自润滑Mo2N-Ag纳米结构薄膜微结构、力学性能和摩擦...

作者：周锐江苏科技大学

学位级别：硕士

摩擦磨损对人类社会进步有着重要影响,而润滑作为减摩耐磨性能提升的主要方式是保证机械传动效率和可靠性的主要途径之一。传统润滑油/脂适用温域窄且对环境有害,故利用表面工程理论研发宽温域减摩耐磨绿色薄膜材料以满足当今机械工程... 详细信息

摩擦磨损对人类社会进步有着重要影响,而润滑作为减摩耐磨性能提升的主要方式是保证机械传动效率和可靠性的主要途径之一。传统润滑油/脂适用温域窄且对环境有害,故利用表面工程理论研发宽温域减摩耐磨绿色薄膜材料以满足当今机械工程技术需求具有重要意义。本文基于胶囊缓释思想,运用多组元协同润滑理论,利用磁控溅射技术,通过非晶硬质SiN相/层的添加实现对室中温润滑相Ag以及高温润滑相MoN的缓释和与氧环境的隔离。设计并制备了三种薄膜材料:MoN-Ag-SiN复合膜以及MoN-Ag/SiN和MoN-SiN/Ag-SiN多层膜,通过研究保护相和各润滑相间的相互作用,获得基于各摩擦反应生成物的温度循环条件下的润滑行为规律,为设计和制备具有宽温域长效润滑性能的绿色MoN基复合和多层薄膜提供实验支持。具体研究内容如下:(1)利用磁控溅射系统制备具有不同Si含量的MoN-Ag-SiN纳米结构复合膜,并对这类薄膜材料进行了微结构、力学性能、室温摩擦磨损性能及600℃高温摩擦磨损性能的研究。结果表明MoN-Ag-SiN复合膜由fcc-MoN相、fcc-Ag相和非晶SiN相三相组成。随着Si含量的升高,复合膜硬度先略有升高后保持稳定(其值与SiN相近),而Si含量对复合膜室温以及600℃环境下的摩擦磨损性能影响显著。室温环境下复合膜摩擦系数随Si含量的升高略有下降(Si含量小于1.3 at.%)后保持稳定。而薄膜的磨损率则随着Si含量的增加先下降后上升,这主要是受到薄膜硬度的影响。在600℃摩擦条件下,随着Si含量的增加,薄膜的摩擦系数和磨损率均先下降后上升,主要原因是适当的添加Si含量可以有效控制润滑相在高温条件的迁移,使薄膜的润滑时间更长,此时薄膜的具有良好的润滑性能和力学性能,因此摩擦系数和磨损率均下降,而过多的Si含量则会降低薄膜的自润滑性能,导致薄膜润滑性能下降,而过多的Si含量会导致摩擦过程中产生大量硬质磨屑,从而导致磨损率上升。(2)利用磁控溅射系统制备了调制比(MoN-Ag与SiN调制层厚度比)为3:1,调制周期(∧,MoN-Ag和SiN调制层厚度)为8到200nm的MoN-Ag/SiN多层膜。研究结果表明,在MoN-Ag调制层为fcc-MoN和fcc-Ag相双相组成,SiN调制层的SiN为非晶相。当将调制周期从8 nm增加到64 nm时,薄膜的室温润滑性能和耐磨性均有所改善,这归因于薄膜中润滑层MoN-Ag厚度的增加提升了薄膜的润滑性能,同时此阶段薄膜具有相对较高的硬度,因此薄膜的磨损率也有所下降。而当调制周期进一步增加时,薄膜的耐磨性有所下降,这是因为MoN-Ag厚度过高导致薄膜的硬度下降,且SiN层厚度的增加使得硬质碎屑也增多,两者导致薄膜的耐磨性下降。调制周期为64 nm的多层膜表现出出优异的室温到500°C高温温度循环摩擦性能。较好的力学性能和两种调制层之间的协同作用是MoN-Ag/SiN多层膜具有优异摩擦学性能的主要因素。(3)利用磁控溅射系统制备了MoN-SiN调制层厚度10 nm,Ag-SiN调制层厚度在2-12 nm之间的MoN-SiN/Ag-SiN纳米结构多层膜,并进行了微结构、力学性能、室温摩擦磨损性能及600℃高温摩擦磨损性能表征。研究结果表明,MoN-SiN调制层是fcc-MoN相和非晶SiN相构成,Ag-SiN调制层由非晶SiN和fcc-Ag相两相组成。多层膜两调制层界面清晰,多层膜的室温摩擦磨损性能受Ag-SiN调制层厚度影响较大:随着Ag-SiN调制层厚度的增加磨损率先下降后上升,这主要受到多层膜硬度的影响,硬度的升高有利于薄膜的耐磨性,此时磨损率下降,而硬度下降则会导致薄膜更易于被磨损,此时磨损率上升,摩擦系数随Ag-SiN调制层厚度的增加而略微下降,这是由于室、中温Ag相的含量随着Ag-SiN调制层厚度的增加而上升,为薄膜提供了良好的室温润滑性。多层膜的600℃高温减磨性能优异,且几乎不受Ag-SiN调制层厚度影响,这主要是由于在高温与摩擦副滑动双重作用下发生了摩擦物理、化学反应,生成的摩擦相能够为薄膜提供优异的高温润滑性,而薄膜在高温下保持持续的低摩擦系数也缓解了摩擦副与磨痕间的相互作用,从而使得耐磨性也受调制层厚度变化的影响不大。

关键词：磁控溅射纳米结构薄膜微观结构力学性能摩擦学性能

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锰基氧化物纳米结构薄膜的制备及性能研究

锰基氧化物纳米结构薄膜的制备及性能研究

作者：朱倩合肥工业大学

学位级别：硕士

锰基氧化物纳米材料因其组成和性质的多样性,在能源领域和环保领域均具有广阔的应用前景。与纳米粉体材料相比,基于导电基底的纳米结构薄膜材料具有更大的比表面积,更多的活性位点和更快的电荷运输能力,因而表现出更优异的性能。此外纳... 详细信息

锰基氧化物纳米材料因其组成和性质的多样性,在能源领域和环保领域均具有广阔的应用前景。与纳米粉体材料相比,基于导电基底的纳米结构薄膜材料具有更大的比表面积,更多的活性位点和更快的电荷运输能力,因而表现出更优异的性能。此外纳米结构薄膜材料作为电极材料时还可大大简化电极制备过程;作为催化剂时,容易进行分离回收重复使用,因而在实际应用方面具有更大的优势。本文基于水解-刻蚀机制,通过合理的设计实验方案,采用水热法制备出了基于镍基底的MnO纳米片阵列和基于铜基底的CuMnO2纳米片阵列,并分别研究了它们在锂离子电池和催化降解染料废水中的应用,主要研究内容总结如下：1、以金属镍为基底,以MnSO4作为锰源,通过水热条件下锰离子的水解对金属镍基底的刻蚀和锰基化合物的沉淀,结合后期煅烧还原过程,制备出在镍基底上生长的MnO纳米片阵列结构。通过改变合成反应中使用的锰盐,可以制备出不同形貌的锰前驱薄膜。将所得到的MnO纳米片阵列结构薄膜作为锂离子电池负极材料,测试其电化学储锂性能。结果表明：MnO纳米片阵列薄膜具有很好的循环性能和倍率性能。在0.2 C和5 C下其放电比容量分别为756和414mAhg-1,且在0.2 C下经过200次循环后放电比容量仍然有690 mAh g-1。以所制备的MnO纳米片阵列结构薄膜直接作为负极与三元正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2成功构建负极受限的MnO/LNCMO锂离子全电池,在0.2 C和10C倍率下放电比容量分别为560和180 mAh g-1,而且在0.2 C下经过50次循环后放电比容量仍保持在516mAh g-1。2、以生长在铜箔上的CuO纳米片阵列为模板,MnCl2溶液为锰源,同样基于水解-刻蚀机制,在水热条件下制备得到CuMnO2纳米片阵列,并将其作为催化剂催化H202氧化降解亚甲基蓝(MB)溶液,研究MB溶液初始浓度、H202用量对催化性能的影响,结果发现当MB浓度为20 mg/L, H2O2用量为0.8 mL时,CuMnO2催化剂的催化性能最佳,而且根据实验结果可知染料浓度在35 mg/L之内时,该催化剂均能起到很好的降解效果(降解率大于90%),浓度高达50 mg/L时,仍能取得不错的催化降解作用(降解率为75.8%);将自制的CuO纳米片阵列和CuMnO2纳米片阵列两种催化剂用来催化H202氧化降解MB溶液,其降解率分别为：96.24%、30.88%。说明CuMnO2纳米片阵列催化剂对催化H202氧化降解MB染料效果优异。探究CuMnO2纳米片阵列催化剂的稳定性和循环使用性能,结果显示同一片CuMnO2催化剂经过6次重复利用后,MB溶液的降解率有下降趋势较小(首次：96.3%,第五次：92.8%,第6次：87.5%)。此外CuMnO2催化剂能稳定合成出放大的产品,而且相应的大面积的产品在放大体系中仍然具有很好的催化性能,说明CuMnO2催化剂在染料废水的处理方面具有很好的工程应用前景。

关键词： MnO CuMnO2 纳米结构薄膜锂离子电池催化

FDTD法研究镀纳米结构薄膜光纤探针近场分布的特性

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电子显微学报 2007年第3期26卷 195-198页

作者：李岩简国树董亮潘石聊城大学物理科学与信息工程学院山东聊城252000 大连理工大学物理系辽宁大连116024

利用时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD),对镀纳米结构薄膜光纤探针的成像特性进行数值模拟。讨论了探针尖端纳米颗粒以及薄膜中粒间距对探针分辨率和灵敏度的影响。结果发现,镀膜中颗粒分散且针尖端20 nm内有一个纳... 详细信息

利用时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD),对镀纳米结构薄膜光纤探针的成像特性进行数值模拟。讨论了探针尖端纳米颗粒以及薄膜中粒间距对探针分辨率和灵敏度的影响。结果发现,镀膜中颗粒分散且针尖端20 nm内有一个纳米颗粒时,分辨率可以提高数十纳米,灵敏度提高数十倍。

关键词： FDTD 纳米结构薄膜数值模拟光子扫描隧道显微镜

基于热氧化法的β-Ga2O3纳米结构薄膜制备研究

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基于热氧化法的β-Ga2O3纳米结构薄膜制备研究

作者：刁肇悌吉林大学

学位级别：硕士

GaO是一种新型宽禁带半导体材料,超宽的带隙使其本征吸收限恰好处于日盲紫外波段范围。此外,GaO具有8 MV/cm的理论击穿场强以及高的热稳定性与化学稳定性,在半导体功率器件和日盲紫外光电探测器领域具有巨大应用潜力。β-GaO是GaO众多... 详细信息

GaO是一种新型宽禁带半导体材料,超宽的带隙使其本征吸收限恰好处于日盲紫外波段范围。此外,GaO具有8 MV/cm的理论击穿场强以及高的热稳定性与化学稳定性,在半导体功率器件和日盲紫外光电探测器领域具有巨大应用潜力。β-GaO是GaO众多分相中最稳定存在的相,禁带宽度约为4.2～4.9 eV,应用最为广泛。目前已报道的β-GaO材料的结构形态大致可以分为三类:体材料、薄膜材料及纳米材料。与前两者相比,纳米材料在生长过程中积累的应力较少,可以有效降低缺陷密度,提高晶体质量。另外,纳米结构具有较大的比表面积和较高的表面态密度,在光电探测和气体传感领域具有独特的优势。近年来,人们对β-GaO纳米结构的合成及特性展开了多方面的研究,但是制备方式多采用贵重金属(Pt、Au等)作为催化剂,成本较高且容易引入其他非故意掺杂的杂质。另外,目前对β-GaO纳米结构的微观形貌以及晶体质量的优化与调控还缺乏系统的研究。针对上述问题,本文采用无催化剂热氧化法制备β-GaO纳米结构薄膜,研究了不同形貌β-GaO之间的性能差异,并从氧气流量、氧化温度、工艺压强三个方面优化实验条件。主要工作内容如下:1.对β-GaO纳米结构薄膜的制备工艺和表征方法进行了介绍。通过对比分析,确定了实验的主要方法为基于快速管式退火炉的热氧化法。将快速退火工艺与材料制备相结合,具有操作简单、成本较低等优势。采用SEM、XRD、拉曼光谱仪、PL光谱仪以及光学显微镜对β-GaO纳米结构薄膜进行表征。2.针对目前采用贵金属作为催化剂带来纳米结构β-GaO制备成本较高的问题,采用无催化剂热氧化法,提出对含Ga化合物衬底进行高温退火,原位生长高质量β-GaO纳米层方案,分别制备出纳米线、纳米岛以及两者共存的三种形貌的β-GaO。我们详细分析了三种不同纳米形貌的β-GaO在晶体结构、光学特性方面的差异,并阐述了β-GaO纳米结构的生长机理。此外,在实验过程中获得了具有纳米结构表面的β-GaO体块,对不同氧化时间下的样品进行表征,讨论了氧化过程中β-GaO体块的形成原因。3.针对目前有关β-GaO纳米结构的微观形貌以及晶体质量的优化与调控还缺乏系统研究的问题,本文采用无催化剂热氧化工艺,以(100)晶面GaAs为衬底,深入地研究了氧气流量、氧化温度和工艺压强对β-GaO纳米结构薄膜的影响。其中,氧气流量对β-GaO表面形貌的影响较大,高氧气氛促使纳米晶粒在多个方向竞相生长,形成规则纳米岛形貌的β-GaO;氧化温度对β-GaO结晶特性的影响较大,不同温度下制备的样品具有不同的晶面取向;工艺压强的变化导致反应腔内氧分压与分子平均自由程发生变化,对材料的晶体质量与反应速率产生了一定影响。通过对比不同工艺条件下β-GaO纳米结构薄膜的特性,得到了实验的适宜氧气流量、氧化温度以及工艺压强,实现了对β-GaO纳米结构薄膜的质量优化。

关键词：热氧化无催化剂 β-Ga2O3 纳米结构薄膜工艺优化

脉冲电压对Al掺杂ZnO纳米结构薄膜的影响

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辽宁工业大学学报（自然科学版） 2012年第4期32卷 251-254,258页

作者：黄宝彤唐立丹刘哲王建中辽宁工业大学材料科学与工程学院辽宁锦州121001

采用脉冲电磁场辅助水热合成方法制备了Al掺杂ZnO纳米结构薄膜,分析了脉冲电压对纳米结构薄膜形貌和结构的影响,利用SEM和XRD对样品进行了分析和表征,结果表明:当脉冲电压为500V时,ZnO具有纤锌矿结构,结晶良好,纳米结构组织致密,均匀;... 详细信息

采用脉冲电磁场辅助水热合成方法制备了Al掺杂ZnO纳米结构薄膜,分析了脉冲电压对纳米结构薄膜形貌和结构的影响,利用SEM和XRD对样品进行了分析和表征,结果表明:当脉冲电压为500V时,ZnO具有纤锌矿结构,结晶良好,纳米结构组织致密,均匀;较未施加脉冲电磁场,ZnO的长径比提高了1.8倍。并进一步探讨脉冲电磁场对ZnO纳米结构的作用机理。

关键词： ZnO 纳米结构薄膜水热法脉冲电磁场

蓝宝石衬底上CeO2纳米结构薄膜的自组装生长及其光学特性研究

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蓝宝石衬底上CeO2纳米结构薄膜的自组装生长及其光学特性研究

水热反应条件对ZnO纳米结构薄膜性能的影响

中国真空学会2006年学术会议

作者：聂家财北京师范大学物理系

CeO2是一种用途很广泛的稀土元素氧化物,它具有很好的化学稳定性,相对较高的电传导性,对可见光区和红外光区的光线透射效果很好,同时,对紫外光区的光线有具有很强的吸收能力。本文主要研究了CeO2纳米结构薄膜的自组装生长及其光学性质。... 详细信息

CeO2是一种用途很广泛的稀土元素氧化物,它具有很好的化学稳定性,相对较高的电传导性,对可见光区和红外光区的光线透射效果很好,同时,对紫外光区的光线有具有很强的吸收能力。本文主要研究了CeO2纳米结构薄膜的自组装生长及其光学性质。 1)利用脉冲激光沉积法在r面蓝宝石衬底上制备了CeO2“as-grown”纳米薄膜,并比较了CeO2薄膜经高温退火处理前后的微观形貌和结构的变化。经过高温氧气氛退火处理后,

关键词：纳米结构薄膜 CeO2 自组装生长透射谱反射谱能隙

来源： cnki会议评论

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辽宁工业大学学报（自然科学版） 2013年第3期33卷 196-199页

作者：王冰唐立丹王建中辽宁工业大学材料科学与工程学院辽宁锦州121001

采用水热合成方法制备了ZnO纳米结构薄膜,研究水热反应温度和反应时间对纳米结构薄膜的影响。利用SEM和XRD对样品进行了分析和表征,结果表明:当水热温度为90℃,反应时间为4 h时,ZnO具有纤锌矿结构,结晶良好,纳米针状结构致密均匀;进一... 详细信息

采用水热合成方法制备了ZnO纳米结构薄膜,研究水热反应温度和反应时间对纳米结构薄膜的影响。利用SEM和XRD对样品进行了分析和表征,结果表明:当水热温度为90℃,反应时间为4 h时,ZnO具有纤锌矿结构,结晶良好,纳米针状结构致密均匀;进一步探讨了水热合成ZnO纳米结构的机理。

关键词： ZnO 纳米结构薄膜水热法

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新纳米结构薄膜展现高效转换太阳能前景

纳米科技 2008年第1期5卷 76-77页

在一场让太阳能电池更廉价和更高效的竞赛中，许多科学家和起步阶段的公司正在把希望放在利用纳米结构的新设计上。利用纳米技术，科学家可以测试和控制一种材料如何产生、捕捉、转移和贮存自由电子——这些属性对于把阳光转换成电能非... 详细信息

在一场让太阳能电池更廉价和更高效的竞赛中，许多科学家和起步阶段的公司正在把希望放在利用纳米结构的新设计上。利用纳米技术，科学家可以测试和控制一种材料如何产生、捕捉、转移和贮存自由电子——这些属性对于把阳光转换成电能非常重要。

关键词：纳米结构薄膜太阳能电池高效转换纳米技术自由电子科学家光转换

基于量子点/酶纳米结构薄膜的光学/光电传感器

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基于量子点/酶纳米结构薄膜的光学/光电传感器