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为解决类金刚石(DLC)薄膜与金属基材间的界面结合强度和厚膜化问题,提出一种使用a-Si:C:H键合层和H-DLC过渡层的新工艺。利用直流等离子体增强化学气相沉积(DC-PECVD)方法,在45钢基材上沉积不同负偏压条件下的复合DLC薄膜,并对薄膜的厚度、表面粗糙度、结构成分、残余应力、膜基结合力以及摩擦学性能进行测定和分析。结果表明:当顶层薄膜的制备负偏压从600 V增加至1200 V时,薄膜表面粗糙度增大,总膜厚增加,最大达到16.3μm;薄膜中的残余应力呈增大趋势,结合力减小;薄膜的平均磨损率增大,耐磨性逐渐下降。顶层薄膜制备负偏压为600 V时,复合DLC薄膜的综合性能最优,结合力达到了54.6 N,平均磨损率为1.5×10-16 m3/(N·m),使45钢的耐磨性提高了30倍。 ...
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采用等离子增强化学气相沉积方法在p型<100>硅片沉积氮化硅薄膜,通过椭偏仪和缓冲氧化物刻蚀液(BOE)溶解实验来表征薄膜的均匀性与致密度,研究了射频功率、腔室气压、气体流量比和衬底温度4个工艺参数对氮化硅薄膜性能的影响。结果表明:在60~100 W范围内,射频功率越大,氮化硅薄膜生长速率越快;腔室气压在130 Pa时有利于形成均匀性好、结构致密的氮化硅薄膜。硅烷/氨气气体流量比例较低时,提高流量比可以提高薄膜的致密度,但比例超过1.4后致密度几乎不再变化;衬底温度在200~300℃时,衬底温度越高,薄膜的生长速率越低,致密度越高。最优的工艺参数为:射频功率100 W、腔室气压130 Pa、硅烷流量280 mL/min、氨气流量10 mL/min、衬底温度300℃,此时氮化硅薄膜的生长速率为16.3 nm/min,均匀性为0.07%,折射率为2.1,溶解速率为0.42 nm/s。 ...
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本文利用等离子体化学气相沉积PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)技术制备了铜基-石墨烯复合薄膜,通过X射线衍射及Raman光谱证实了低温合成的可行性.同时,逐步研究压强、功率、气流量、基底温度等关键参数对沉积速率的影响,实现了对薄膜材料厚度和生长过程的准确控制.进一步研究发现,H2与CH4的气体比例严重影响了等离子体与基底表面的相互作用,并导致了材料表面微观结构和粗糙度的协同改变.通过工艺参数和气体配比的优化,实现了对薄膜表面结构的有效调节.当H2/CH4为1:12时,薄膜的粗糙度最低,电子与声子的散射源被充分抑制,电导率和热导率分别达到8.3×106S/cm与158 W/m·K,表明该材料具有良好的导电性及优秀的散热效果.本文系统优化PECVD生产过程中的各项关键工艺参数,并详细分析了气体配比、表面结构、粗糙度及薄膜宏观物性之间的关联,为铜基-石墨烯复合薄膜的工业化生产和商业化应用提供了理论支撑和实验依据。 ...
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为了增强石墨烯的热电性能,在氧化石墨烯(GO)中掺入不同量的苯胺四聚体(ANIT),采用酸性碘化钾溶液在100℃加热1 h将其还原为还原氧化石墨烯(rGO)薄膜。研究了含不同苯胺四聚体掺杂量的复合薄膜的组成、微结构与热电性能之间的关系。结果表明:ANIT掺杂在rGO的表面与片层之间增强了其导电连接,随着ANIT掺杂量的增大,ANIT/rGO复合薄膜载流子浓度基本保持不变,当ANIT与GO质量比小于2.5∶100时,载流子迁移率随掺量的增加而升高;然而大量的ANIT掺杂却增大了石墨烯片层间距,当ANIT与GO质量比大于2.5∶100时,载流子迁移率随掺量的增加而下降。当ANIT/rGO复合薄膜的塞贝克系数基本不变时,电导率和功率因数随着载流子迁移率的变化而变化,在ANIT和GO质量比为2.5∶100时,电导率和功率因数均达到最大值,分别为212 S/cm和6.4μW/(m·K2)。 ...
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锂硫电池因其更高的理论能量密度而在电化学储能技术研究中受到越来越多的关注。但是长链多硫化物在电池的充放电过程中容易溶解到电解液中,会造成“穿梭效应”,影响硫电极和锂硫电池的循环稳定性。本文基于第一性原理计算,研究了二维硼锑(BSb)单层作为锂硫电池的锚定材料并抑制穿梭效应的可能性。通过计算多硫化物在BSb单层上的吸附能、物理和化学吸附、差分电荷密度、态密度(DOS)、扩散势垒以及吉布斯自由能,系统地研究了Li2Sn在BSb单层上的吸附过程。随着硫在锂化过程的进行,Li2Sn分子的吸附能从1.64 eV增加到3.44 eV,从而有效地抑制了多硫化物在电解液中的溶解。化学吸附在硫的锂化过程的早期阶段占优,在Li2S6阶段可以形成化学键,保证了高阶Li2Sn能够被有效地吸附并抑制穿梭效应。态密度的计算结果表明,吸附后BSb单层的带隙从0.51 eV降低到0.24 eV,从而有效地改善了导电性。通过CI-NEB方法计算得到了最佳的迁移路径。BSb单层良好的吸附性能和导电性表明其有望成为锂硫电池正极的锚定材料。 ...
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