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高能皮秒拍瓦激光研究进展、技术挑战及发展趋势

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中国激光 2024年第11期51卷 92-119页

作者：姜有恩杨朋千潘雪张艳丽郭亚晶朱坪李大为崔勇欧阳小平陶华姜卓偲樊全堂华能唐顺兴肖奇张栋俊刘东宁黄鹏飞李祖强朱宝强马伟新朱俭李学春朱健强中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

兼具高峰值功率和高脉冲能量两大特征的皮秒拍瓦激光与物质相互作用的物理效果跟脉冲信噪比、聚焦功率密度和时空调控精度等关键因素直接相关。深入研究了这三大因素相应的受限机制、关键技术以及神光II升级装置中皮秒拍瓦激光等典型代... 详细信息

兼具高峰值功率和高脉冲能量两大特征的皮秒拍瓦激光与物质相互作用的物理效果跟脉冲信噪比、聚焦功率密度和时空调控精度等关键因素直接相关。深入研究了这三大因素相应的受限机制、关键技术以及神光II升级装置中皮秒拍瓦激光等典型代表的最新技术进展,对于提升拍瓦激光性能具有指导作用。针对皮秒拍瓦激光的负载受限问题,从元器件损伤阈值、光场退化和洁净控制等方面进行了分析,并综述了基于等离子体光学的脉冲放大及压缩技术在突破高功率激光负载瓶颈的新研究动向。此外,皮秒拍瓦激光要从实验室走向更广泛的应用,还需要持续推进高效高能重复频率皮秒拍瓦激光的技术攻关。

关键词：激光技术拍瓦激光信噪比聚焦功率密度时空调控精度皮秒负载

非化学计量溶液区熔法生长大尺寸InSe晶体及表征

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无机材料学报 2024年第5期39卷 554-560页

作者：金敏马玉鹏魏天然林思琪白旭东史迅刘学超上海电机学院材料学院上海201306 上海交通大学材料科学与工程学院上海200240 乌镇实验室桐乡314500 中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

硒化铟(InSe)是一种具有奇异物理性能的III-VI族半导体材料,在光伏、光学、热电等领域有着广泛的应用潜力。由于InSe的非一致熔融特性及InSe、In6Se7和In4Se3之间复杂的包晶反应,制备大尺寸InSe晶体十分困难。本研究采用区熔法制备了InS... 详细信息

硒化铟(InSe)是一种具有奇异物理性能的III-VI族半导体材料,在光伏、光学、热电等领域有着广泛的应用潜力。由于InSe的非一致熔融特性及InSe、In6Se7和In4Se3之间复杂的包晶反应,制备大尺寸InSe晶体十分困难。本研究采用区熔法制备了InSe晶体,该方法具有成本低、固液界面优化等优点。基于In-Se体系的包晶反应,发现In与Se的初始物质的量比对InSe晶体生长非常重要,本工作使用精确非化学计量的In0.52Se0.48溶液生长晶体,使InSe晶体的获得率达到83%左右。实验最终获得了ϕ27 mm×130 mm的晶棒,并成功剥离出尺寸ϕ27 mm×50 mm的片状InSe单晶,XRD图谱中检测到(00l)衍射峰,说明晶体的质量良好。InSe晶体呈现六方结构,各元素在基体中均匀分布,在1800 nm波长下的透射率为~55.1%,带隙能量为~1.22 eV。在800 K下,InSe晶体沿(001)方向的最大电导率σ约为1.55×10^(2)S·m^(-1),垂直于(001)方向的最低热导率κ约为0.48 W·m^(-1)·K^(-1)。上述结果表明,区熔法是制备大尺寸InSe晶体的一种有效方法,可用于制备多类材料。该工作制备的InSe的电学和热学行为也为今后InSe晶体的应用提供了重要参考。

关键词： InSe晶体区熔法非化学计量电导率热导率

晶界碳化物和动态再结晶对690合金柱状晶凝固组织高温塑性的影响

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金属学报 2024年

作者：赵霞王旻郝宪朝张龙高明马颖澈刘奎中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心中国科学院金属研究所核用材料与安全评价重点实验室

690合金作为压水堆核电站蒸汽发生器传热管使用材料，存在大锭型铸锭锻造成型难、易开裂等热变形问题。为研究690合金电渣锭的高温变形特性，提高其锻造质量，采用Gleeble热模拟试验机与立式拉伸试验机对具有柱状晶凝固组织特征的690合... 详细信息

690合金作为压水堆核电站蒸汽发生器传热管使用材料，存在大锭型铸锭锻造成型难、易开裂等热变形问题。为研究690合金电渣锭的高温变形特性，提高其锻造质量，采用Gleeble热模拟试验机与立式拉伸试验机对具有柱状晶凝固组织特征的690合金3 t电渣锭圆柱螺纹试样进行了900～1250℃的高温拉伸实验。合金在900～1050℃热变形时，晶界处未溶M23C6碳化物在阻碍裂纹沿晶界扩展的同时促进再结晶发生；1150～1200℃时由于温度升高使动态再结晶速率大幅提高，这两个温度区间的再结晶晶粒增多，使沿晶裂纹被相互隔离，有效地阻碍了裂纹的贯通和扩展，使合金保持较高塑性和热变形能力。1100和1250℃变形时690合金柱状晶凝固组织试样中存在低塑性区，1100℃条件下，晶界M23C6大量溶解，碳化物对裂纹的阻碍作用和对再结晶的促进作用消失，动态再结晶发展迟缓，柱状晶组织变形协调性差，晶界易产生局域严重塑性变形，使孔洞大量萌生并迅速沿晶扩展，显著降低了试样的高温塑性；1250℃时由于变形温度过高，再结晶晶粒明显粗化，并趋于“平直化”，对裂纹扩展的抑制作用减弱，合金塑性再次降低。

关键词： 690合金高温塑性沿晶开裂晶界碳化物动态再结晶

不同温度下柔性刷丝HVOF涂层摩擦磨损及氧化行为研究

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表面技术 2024年第11期53卷 59-66页

作者：周琰李志鹏梁忠伟牛少鹏邓畅光周亮朱旻昊广州大学机械与电气工程学院广州510006 广东省科学院广东省新材料研究所广州510651 江苏省动密封材料工程技术研究中心南京223199 西南交通大学材料科学与工程学院成都610031

目的研究不同温度下柔性刷丝HVOF涂层接触界面的摩擦磨损行为。方法在销盘摩擦磨损试验机上采用法向载荷2 N,转速900 r/min,对L605刷丝材料与HVOF涂层配副进行不同温度下的摩擦磨损试验,分别利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDX)和X射线光电... 详细信息

目的研究不同温度下柔性刷丝HVOF涂层接触界面的摩擦磨损行为。方法在销盘摩擦磨损试验机上采用法向载荷2 N,转速900 r/min,对L605刷丝材料与HVOF涂层配副进行不同温度下的摩擦磨损试验,分别利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDX)和X射线光电子能谱仪(XPS)对摩擦试验后不同温度(200~600℃)下的刷丝端面进行观察,并对其表面化学成分的价态进行分析。结果柔性刷丝界面的摩擦因数在0.5~0.9之间,且摩擦因数随着温度的升高而降低,摩擦因数曲线的波动程度则随温度的升高而加剧。随温度的升高,柔性刷丝界面的摩擦磨损状态由三体磨损逐渐转向二体磨损。摩擦界面EDX分析表明,接触界面的氧含量分布存在差异,随温度升高,刷丝表面氧含量增加,且XPS结果表明,不同温度工况下摩擦磨损界面氧元素的结合能并不相同。结论柔性刷丝接触界面的磨损机制以氧化磨损为主,在400℃以下,柔性刷丝界面的磨损机制主要表现为氧化磨损和磨粒磨损,再转变为氧化磨损与黏着磨损共同作用。此外,柔性刷丝界面形成不同的磨损氧化产物,当温度高于400℃时,氧元素的结合能呈现双峰。

关键词：刷式密封刷丝摩擦氧化磨损摩擦

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GH4151镍基高温合金μ相中的基面层错

金属学报 2024年第2期60卷 167-178页

作者：龙江东段慧超赵鹏张瑞郑涛曲敬龙崔传勇杜奎中国科学院金属研究所、沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 中国科学院金属研究所、师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 北京钢研高纳科技股份有限公司北京100081 四川钢研高纳锻造有限责任公司德阳618000

晶界析出相对变形高温合金的力学性能有重要影响。本工作采用像差校正透射电镜观察发现,μ相中存在大量基面层错,依据层错结构单元排列的不同将基面层错分为4类。与μ相结构相比,I型基面层错相当于一层平行四边形结构单元反向;Ⅱ型基面... 详细信息

晶界析出相对变形高温合金的力学性能有重要影响。本工作采用像差校正透射电镜观察发现,μ相中存在大量基面层错,依据层错结构单元排列的不同将基面层错分为4类。与μ相结构相比,I型基面层错相当于一层平行四边形结构单元反向;Ⅱ型基面层错相当于在I型基面层错的基础上缺失一层矩形结构单元,形成C14结构;μ相内单独缺失一层平行四边形结构单元或矩形结构单元后相应地会形成Ⅲ型和Ⅳ型基面层错,分别形成完整Zr_(4)Al_(3)相和C15结构。其中,Ⅱ型和Ⅳ型基面层错都会形成Laves相,统计发现前者的数量多于后者。第一性原理计算表明,这与Ⅱ型基面层错(C14结构)的稳定性高于Ⅳ型基面层错(C15结构)有关。

关键词：镍基变形高温合金 μ相像差校正透射电镜基面层错 C14结构

金属氧化物半导体MEMS气体传感器研究进展

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材料导报 2024年第1期38卷 34-47页

作者：尹嘉琦沈文锋吕大伍赵京龙胡鹏飞宋伟杰上海大学材料科学与工程学院中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院大学材料科学与光电子工程中心江西理工大学材料冶金化学学部

随着物联网的快速发展，各领域对气体监测的需求越来越大，基于先进微机电系统(Micro-electro-mechanical systems, MEMS)技术的金属氧化物半导体(Metal oxide semiconductor, MOS)气体传感器在过去几十年里取得了很大发展。MEMS微热板... 详细信息

随着物联网的快速发展，各领域对气体监测的需求越来越大，基于先进微机电系统(Micro-electro-mechanical systems, MEMS)技术的金属氧化物半导体(Metal oxide semiconductor, MOS)气体传感器在过去几十年里取得了很大发展。MEMS微热板的多样化设计、MOSs纳米结构的多样化以及机器学习算法的出现为MEMS的传感性能以及智能传感系统的构建提供了很大助力。本文从MEMS气体传感器的分类、制备和应用以及传感器阵列的构建等方面综述了金属氧化物半导体MEMS气体传感器的最新研究进展，并对MEMS基气体传感器的发展前景进行了总结和展望。

关键词：气体传感器金属氧化物半导体微机电系统传感器阵列智能传感系统

锂离子电池用微米厚度超薄集流体Cu箔和Al箔疲劳强度及损伤行为

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金属学报 2024年第4期60卷 522-536页

作者：程福来罗雪梅胡炳利张滨张广平中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 东北大学材料科学与工程学院材料各向异性与织构教育部重点实验室沈阳110819

随着高性能、高能量密度锂离子电池的飞速发展,锂离子电池用集流体金属箔轻薄化已成为行业技术升级的一个重要方向,随着集流体厚度的减小,其疲劳失效问题变得日益突出。本工作通过拉-拉疲劳实验和EBSD技术研究了循环载荷作用下锂离子电... 详细信息

随着高性能、高能量密度锂离子电池的飞速发展,锂离子电池用集流体金属箔轻薄化已成为行业技术升级的一个重要方向,随着集流体厚度的减小,其疲劳失效问题变得日益突出。本工作通过拉-拉疲劳实验和EBSD技术研究了循环载荷作用下锂离子电池用集流体Cu箔和Al箔的高周疲劳强度及失效行为。结果表明,Cu箔疲劳裂纹主要萌生于较大晶粒内部的滑移带处,并沿滑移带扩展。基于对损伤晶粒微观结构的观察和统计分析,获得了Cu箔疲劳裂纹萌生和材料微观结构(晶粒尺寸及其变异系数、晶粒取向、Schmid因子(Ω))的统计关系图。Al箔由于表面含有轧制缺陷,其疲劳裂纹优先在表面加工缺陷处萌生。通过极值统计法成功预测了Al箔样品中可能的缺陷分布以及存在的最大缺陷尺寸,并基于Kitagawa-Takahashi图建立了缺陷尺寸与疲劳极限之间的关系。

关键词：高周疲劳裂纹萌生超薄箔 Kitagawa-Takahashi图集流体锂离子电池

荧光粉/SiO_(2)荧光膜用于高显指激光照明

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硅酸盐学报 2024年第3期52卷 820-827页

作者：武华君潘国徽吴昊张亮亮张家骅中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

利用“蓝光激光+无机荧光体”的方式产生白光是当前激光照明的主流技术,具有结构简单、成本低等优势。但现有的无机荧光体光谱中缺乏青绿光和红光成分,导致激光照明的显色指数偏低。本工作通过引入电荷补偿剂Na^(+)的方式,制备出高效的... 详细信息

利用“蓝光激光+无机荧光体”的方式产生白光是当前激光照明的主流技术,具有结构简单、成本低等优势。但现有的无机荧光体光谱中缺乏青绿光和红光成分,导致激光照明的显色指数偏低。本工作通过引入电荷补偿剂Na^(+)的方式,制备出高效的蓝绿色Ca_(3)Sc_(2)Si_(3)O_(12):Ce^(3+),Na^(+)荧光粉,其内/外量子效率分别达到86%和55%;然后结合商用CaAlSiN_(3):Eu^(2+)红粉,以二氧化硅溶胶为无机黏结剂,在蓝宝石衬底上低温制备出高效的复合荧光膜。该荧光膜具有良好的热稳定性,200℃时其荧光强度仍保持在常温下的84%;荧光膜中绿光、黄光、红光成分均匀分布,其半高宽达176 nm;在蓝光激光激发下产生647 lm的白光,光效122 lm/W,光源的显色指数88。这些结果表明荧光粉/SiO_(2)复合荧光膜在高显色激光照明中有广阔的应用前景。

关键词：激光照明荧光转换体高显色石榴石硅酸钪钙

异质a-C:H/a-C:H:F配副的摩擦学行为研究

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表面技术 2024年第7期53卷 107-115页

作者：唐诗琪邢朝阳王圆圆张俊彦张斌许昌学院河南许昌461002 中国科学院兰州化学物理研究所先进润滑与防护材料研究发展中心兰州730000

目的研究F元素掺杂非晶碳基薄膜与a-C:H薄膜摩擦配副的摩擦学行为机制。方法利用PECVD法在Si基底上制备a-C:H:F薄膜,与直径为6.0mm的a-C:H薄膜摩擦对偶球组成摩擦配副体系,使用往复模式的CSMTRB3摩擦机研究a-C:H:F薄膜的摩擦学特性,频率... 详细信息

目的研究F元素掺杂非晶碳基薄膜与a-C:H薄膜摩擦配副的摩擦学行为机制。方法利用PECVD法在Si基底上制备a-C:H:F薄膜,与直径为6.0mm的a-C:H薄膜摩擦对偶球组成摩擦配副体系,使用往复模式的CSMTRB3摩擦机研究a-C:H:F薄膜的摩擦学特性,频率为5Hz,滑动总次数为9000,外加载荷分别为2、4、6、8、10 N。通过纳米硬度、X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱、激光共聚焦拉曼光谱、场发射扫描电镜及CSM摩擦试验机等,分别评价a-C:H:F薄膜的结构、表面形貌、力学性能、摩擦学性能等。结果在干摩擦环境下,随着载荷的增加,a-C:H:F薄膜的摩擦因数逐渐降低,平稳后摩擦因数低至0.018。通过掺杂F元素,一方面促进了薄膜的sp^(2)-C杂化,另一方面增大了薄膜的无序度。F元素具有钝化薄膜表面和静电排斥的作用,使得a-C:H:F薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率。结论采用PECVD方法制备的a-C:H:F薄膜具有更好的减摩降损能力。

关键词：摩擦学性能 F元素掺杂改性类金刚石薄膜等离子体增强化学气相沉积