等离子体选择性刻蚀单晶金刚石不同表面形貌的机理研究

摘要:目的为揭示等离子体辅助抛光(Plasma-Assisted Polishing,PAP)过程中单晶金刚石表面微观形貌的演化机理,探明不同种类等离子体对复杂形貌的选择性刻蚀规律,并从原子尺度阐明其物理化学作用机制,以解决金刚石硬脆表面难以实现原子级平坦化的理论难题。方法采用反应力场分子动力学(ReaxFF MD)模拟方法,构建包含原子阶梯、圆锥凸峰和圆柱凹谷的(001)晶向单晶金刚石复杂表面模型,在室温及低能离子轰击条件下,对比分析氮(N)、氧(O)、氩(Ar)3 种等离子体的刻蚀行为差异。进一步建立9 种具有不同波峰高度(5~20 Å,1 Å=0.1 nm)和周期(5~20 Å)的二维正弦粗糙表面模型,定量研究氮等离子体刻蚀效率与形貌参数的关联性,并结合原子应变、去除率及粒子撞击通量统计分析微观去除机制。结果模拟显示,尽管去除方式(化学刻蚀、表面改性或物理溅射)不同,3 种等离子体均表现出一致的形貌选择性,优先去除凸峰和阶梯尖端,凹谷区域几乎未受影响。刻蚀效率与波峰高度呈正相关,与周期呈负相关;形貌越陡峭,去除效率越高。其中,波峰20 Å、周期5 Å 的模型平坦化效果最佳,刻蚀后表面粗糙度降至8.55 Å。原子结构分析表明,高陡度凸峰侧面暴露出更多具有高悬空键密度的(010)或(100)晶面,反应活性显著高于凹谷区域;同时,长周期模型凹谷处存在明显的粒子撞击遮蔽效应。结论单晶金刚石的形貌选择性刻蚀机制是宏观“几何遮蔽效应”与微观“表面曲率依赖的原子活性”协同作用的结果。PAP 技术对高频高陡度粗糙峰具有极高的去除选择性,但在修正低曲率长周期波纹时存在加工自限制现象。该研究结果明确了表面曲率对原子去除活性的决定性影响,为优化硬脆材料复杂曲面的确定性平坦化工艺参数提供了理论依据。

纳米纤维素基湿度响应智能器件的研究进展

摘要:纳米纤维素来源广泛、绿色可再生,作为纤维素衍生材料,由于其特殊的结构特性,使其具有高机械强度、高结晶度、大比表面积等特点。基于纳米纤维素的湿度响应智能器件因其丰富的亲水基团(例如羟基和羧基) 而显示出出色的响应性能,因此纳米纤维素可以作为一种湿度敏感材料来制备高性能湿度响应智能器件。本文介绍了纳米纤维素的分类、来源及湿度响应智能器件的分类及响应原理,重点阐述了不同纳米纤维素在湿度响应智能器件方面的制备及应用,总结了不同类型纳米纤维素与导电材料复合的湿度响应智能器件的性能及优缺点,最后对纳米纤维素基湿度响应智能器件的研究应用存在的问题与挑战进行归纳总结,以期为纳米纤维素基复合材料在湿度响应智能器件中的发展提供理论支持。

电子元器件低温焊接技术的研究进展

摘要:低温焊接技术是实现电子元器件多级封装和高温服役的关键技术之一。针对高可靠电子元器件封装对于低温连接、高温服役的焊接技术的需求,从材料制备工艺、焊料熔点变化和焊接工艺技术等方面对纳米金属颗粒低温烧结、瞬时液相低温烧结和颗粒增强低温焊接(烧结) 工艺进行了综述。纳米金属颗粒低温烧结工艺形成的焊点稳定服役温度高于300℃,其制备复杂,烧结工艺对焊膏的依赖性较强,进一步优化焊料配方及其烧结工艺为其主流研究方向。瞬时液相低温烧结工艺,通过形成高熔点金属间化合物焊点提高其耐高温性能,其内部组分及耐高温性能对焊接工艺依赖性较强,明确焊点组分以及耐高温性能、焊接工艺为其主流研究方向。颗粒增强低温焊接(烧结) 工艺,通过形成高温富集相与金属间化合物提升熔点,回流焊后熔点提升较小,明确其熔点与组分的变化规律为其研究重点。

脆硬性透明材料激光连接的研究进展

摘要: 脆硬性透明材料连接技术已广泛应用于航空航天、电子封装和传感器等领域,开展脆硬性透明材料间的连接技术研究,具有重要的学术和工程应用价值.激光微连接作为一种新兴的连接技术,相对于传统焊接方法,具有高精度、高强度、高可靠、高效率等优点,文中介绍了脆硬性透明材料连续激光和脉冲激光连接技术的研究进展及应用,分析了不同类型的激光连接脆硬性透明材料的机理,总结了工艺参数对接头微观组织和力学性能的影响规律. 最后,文中讨论了当前激光连接脆硬性材料面临的挑战,并基于个人观点,讨论了脆硬性透明材料激光连接的发展前景和展望.创新点: (1) 对脆硬性透明材料的激光连接技术研究现状进行了全面归纳和总结.(2) 梳理了激光连接的发展历程,总结了不同类型激光连接脆硬性透明材料的物理机制、影响因素、模拟仿真和应用.(3) 讨论了当前脆硬性透明材料激光连接技术中挑战和发展趋势.

磁性硅酸盐纳米材料在光催化降解有机污染物中的研究进展

摘要:光催化是去除水中难降解有机污染物的有效措施,因其高效的矿化能力而显示出巨大的潜力。然而,大多数光催化剂的实际应用受到其粉末形态的制约,使大规模应用成为一个难题。近年来,磁性硅酸盐复合材料在材料科学中由于其稳定和可回收的特性获得了越来越多的关注。本综述回顾了磁性硅酸盐复合材料作为光催化剂的研究现状,探讨了合成、修饰及其降解机制方面的最新进展。最后,对磁性硅酸盐复合材料的研究结果和未来的挑战进行了展望。

可拉伸高分子光电器件的研究进展

摘要:可拉伸高分子光电器件是一类基于共轭高分子的独特器件,具备在承受机械应变时仍能维持其光电性能的能力,在可穿戴电子、可拉伸显示、生物医学传感等领域展现出广阔的应用潜力. 近年来,国内外学者对器件与材料设计进行了大量的探索,为其性能提升和应用拓展奠定了坚实基础. 本文以外在弹性与本征弹性2 个维度为切入点,深入探讨器件形态设计、材料结构调控以及薄膜组分优化等策略,总结并评述其重要成果. 最后,指出未来需要关注的重点研究方向,以克服商业化过程中面临的多重挑战,并展望可拉伸高分子器件的不断进步能为有机电子领域注入新的活力.

宽禁带半导体碳化硅IGBT器件研究进展与前瞻

摘要:碳化硅(SiC)宽禁带半导体材料是目前电力电子领域发展最快的半导体材料之一。绝缘栅双极晶体管(IGBT)是全控型的复合器件,具有工作频率高、开关损耗低、电流密度大等优点,是高压大功率变换器中的关键器件之一。但SiC IGBT 存在导通电阻高、关断损耗大等缺点。针对上述挑战,对国内外现有的新型SiC IGBT 结构进行了总结。分析了现有的结构特点,结合新能源电力系统的发展趋势,对SiC IGBT的结构改进进行了归纳和展望。

微通道液液两相弹状流传热的研究进展

摘要:高热流密度散热是当前微电子器件高效稳定运行的关键问题,微通道液液两相流动传热技术是一种有效的解决方案。综述了微通道液液两相流型的分类,其中弹状流相比于其他流型,具有显著的强化传热传质性能,是微通道液液两相流动中的重要流态。对微通道液液两相弹状流传热的研究进展进行了整理与分析,提出了当前研究中存在的科学问题: 现有研究大多依赖于数值模拟方法,相关的实验研究相对较少; 现有的数值计算模型通常简化了实际物理问题,且大多数未与实验数据进行对比验证; 多数数值模型采用宏观数值计算方法捕捉两相界面,其对流场、温度场及界面传热传质的计算准确性仍需进一步验证; 实验研究多集中于小通道,主要测定宏观尺度的全局数据,而对微观尺度下的局部和瞬时数据的研究较为缺乏。展望了微通道液液两相弹状流传热的未来研究方向。

电子束光刻设备发展现状及展望

摘要:电子束光刻设备在高精度掩模制备、原型器件开发、小批量生产以及基础研究中有着不可替代的作用。在国外高端电子束光刻设备禁运的条件下,中国迫切需要实现高端国产化设备的突破。介绍了电子束光刻设备发展历程,列举了当前活跃在科研和产业界的3种设备(高斯束、变形束、多束)的主要厂商及其最新设备性能,并概括了国产化电子束光刻设备发展现状。通过国内外电子束光刻设备性能的对比,总结了国产化研发需要解决的关键性难题。其中,着重介绍了高端高斯电子束光刻设备国产化需要面临的技术挑战:热场发射电子枪、高加速电压、高频图形发生器、极高精度的激光干涉仪检测技术及高精度电子束偏转补偿技术。

非对称银纳米柱的光学特性及制备

摘要:提出了一种新颖的非对称银纳米柱结构,并采用时域有限差分(FDTD)法对其激发的表面等离子体共振(SPR)模式进行了数值模拟。通过磁控溅射和离子束刻蚀技术,成功制备了该单层非对称银纳米柱结构,并通过透射光谱分析其光学特性。实验结果表明,该结构对环境折射率变化敏感,在生化物质的现场快速检测中显示出巨大潜力。基于这一发现,进一步设计并模拟了双层非对称银纳米柱结构,确认了其对偏振光的高度敏感性。这些研究成果为开发新型生物化学传感器提供了重要的理论和实验基础。