提出了5类实现Si基激光器的增益介质材料,即具有强三维量子限制效应的纳米晶Si(nc-Si)薄膜,掺稀土发光中心Er的si基纳米材料,具有预期人工改性的高纯体单晶Si,基于子带跃迁的SiGe/Si量子级联结构,以及具有受激Raman散射特性的SOI(silieon on insulator)光波导结构.评述了这些材料在近3～5年中在高效率光致发光(PL),电致发光(EL)、光增益和受激光发射特性方面所取得的重要进展,并简要讨论了今后发展中存在的一些问题.

采用电弧驻点烧蚀试验方法测试了具有典型光滑层和粗糙层热解炭结构的两种C/C复合材料的烧蚀率,研究了热解炭结构对C/C复合材料烧蚀性能的影响.结果表明:热解炭结构对C/C复合材料烧蚀性能有较大的影响.具有粗糙层结构的C/C复合材料石墨化度高,不同炭结构之间结合好,线烧蚀率和质量烧蚀率较小,烧蚀性能较好;具有光滑层结构的C/C复合材料石墨化度低,烧蚀性能较差.

研究了一种具有纳米孪晶片层结构的电解沉积铜的微观结构特征及其在室温轧制形变后的微观结构演变.结果表明,电解沉积制备的纯铜样品由柱状晶组成,柱状品内含有平行于样品沉积表面的纳米量级厚度的高密度孪晶片层结构,在孪晶界上缺陷很少,为共格孪晶界.形变后,孪晶片层的微观结构特征与片层厚度密切相关.粗大的孪品片层的形变行为以全位错运动为主,而细小的孪晶片层的形变行为以肖克莱(Shockley)位错在孪晶界上的滑移为主,从而导致几个纳米厚的超细孪晶片层消失.

建立了多孔铝的一维瞬态对流换热模型,采用反演分析方法求得了多孔铝的体积对流换热系数.给出了多孔铝对流换热的无量纲准则关联式,并在较宽的孔结构范围内(孔隙率为60.0%～95.0%、孔径为2.5～6.0 mm)研究了孔结构对多孔铝换热系数的影响.结果表明:多孔铝的换热系数随着风速的增加而提高.在风速相同的条件下,换热系数随着孔径和孔隙率的减小而提高.在风机功率相同的条件下,换热系数随着孔隙率的增大而提高,在孔隙率约为85%时达到峰值

制备异氰酸酯基封端的一系列生物降解型交联剂,研究了反应条件对产物的影响.进一步使用此生物降解交联剂制备了交联壳聚糖多孔材料,研究了所得材料的性能.结果表明,当反应温度为70℃,反应时间为3h,投料比为2.2:1时,交联剂中NCO的质量分数为4.64%,浓度为50%的THF溶液粘度为500MPa·s,其性能适宜交联壳聚糖.随着-NCO/-NH2摩尔比的增加,交联壳聚糖多孔材料表面形貌呈现出从开孔结构逐渐过渡为闭孔结构的状态,保水率基本为未交联材料的3倍,其最大拉伸强度和弹性模量均有较大提高,最大为0.17 GPa和1.4 GPa.新型交联剂由于具有可降解的PEG-b-PLA链段,不仅保证了交联壳聚糖的降解性能,改善其亲水性,也提高了材料的力学性能

计算了薄膜试样不同方向的弹性模量,研究了织构和甲烷浓度对CVD自支撑金刚石薄膜的宏观残余应变的影响.结果表明,织构使CVD金刚石薄膜的弹性模量和宏观残余应变呈现各向异性.甲烷浓度的升高导致织构组分密度水平变化,使薄膜的弹性模量增大,从而降低残余应变;另一方面,杂质浓度的升高增大宏观残余应变.改变薄膜沉积工艺参数可调整织构,从而调节薄膜的残余应力.

提出了一种用微弯曲实验测定材料的与应变梯度塑性相联系的内禀长度的新方法.由一组不同的加载时曲率半径Ri和对应的卸载后曲率半径RFi的比值与Ri的关系,求出屈服强度与杨氏模量的比和硬化系数与杨氏模量的比;再应用这两个比值求出不同样品厚度的无量纲弯曲力矩与表面应变的实验关系曲线,对曲线拟合求出材料的内禀长度.将这种方法用于测定铝的内禀材料长度,研究其弯曲强度的尺寸效应,所得结果与前人用微弯曲和微拉伸两种实验方法得到的结果符合得很好.

研究了脉冲电流作用下40Cr钢淬火残余应力的消除.结果表明,当脉冲电流密度达到一定数值后,材料中的残余应力开始部分弛豫;当电流密度达到6.3 kA/mm2时,残余应力可在700μs的脉冲电流处理时间内完全消除,而试样的瞬时温升仅约为360℃.在脉冲电流作用下残余应力弛豫的主要原因,可能是电流的电致塑性效应降低了材料的屈服强度,试样在由快速加热产生的瞬时热压应力和残余应力的共同作用下发生了微量的塑性变形.

采用醇/水混合溶剂方法制备了不同粒径的纳米BaF2粉体,研究了粉体的热稳定性.结果表明,纳米BaF2粉体的粒径随着混合溶剂中乙醇含量的提高而减小,粉体的形貌和分散性也都随之改变.根据在不同升温速率下测量的每种粒径纳米BaF2粉体的DSC曲线,由Kissinger方程求出了各晶粒长大激活能.BaF2晶粒长大激活能随着粉体粒径的减小而线性地减小,纳米晶BaF2的热稳定性随着粒径的减小而降低.

为了定量分析聚合反应挤出过程中各种物理量之间的复杂关系,进而调控化学反应和材料结构,采用有限体积方法与半隐式迭代算法,对紧密啮合同向旋转双螺杆挤出机内的苯乙烯阴离子聚合反应挤出过程进行数值模拟,研究了单体浓度,转化率、平均相对分子质量、流体粘度等物理量的影响并获得了其变化规律,该模拟结果与实验结果基本一致.

研究了T6热处理(固溶处理+时效)对复式连通双连续相SiC/A1复合材料的组织和压缩性能的影响.结果表明,经T6热处理后,复合材料基体中第二相共晶硅从粗大的针状变成了细小的粒状,增强了弥散强化效果,时效析出相Mg2Si强化了基体;界面附近的基体中残余应力增大,使复合材料的压缩强度显著提高,材料的弹性模量和塑性稍稍降低.随着固溶时间的延长,复合材料的压缩强度先升高后降低.其影响机制是,随着固溶时间的延长共晶硅扩散充分,球化完全,继而粗化长大,从而提高了弥散强化效果.随着时效时间的延长,材料中的残余应力减小,位错密度降低,时效强化相Mg2Si的强化能力减弱,使复合材料的压缩强度降低.

应用减压化学气相沉积技术,在弛豫Si0.7Ge0.3层/组分渐变Si1-xGex层/Si衬底这一多层复合结构的基础上制作了应变硅材料,其中组分渐变Si1-xGex层Ge的摩尔分数x从O线性增加到0.2.对该复合结构的性能进行了表征,由原子力显微镜和Raman光谱测试结果计算出应变硅层的表面粗糙度和应变度分别为4.12 nm和1.2%,材料中的位错密度为4×104cm-2.经受了高热开销过程后,应变硅层的应变度及其表面形貌基本上保持不变.

用电流直加热动态热压烧结法制备SiCp/Fe复合材料,研究了工艺参数对其性能的影响.结果表明,材料的性能随着热压压力、加载电压、烧结时间和间歇电流循环次数的增大而明显提高.该工艺热效率高,升温速率快,制备时间短,放电点的弥散分布,能实现均匀加热并使颗粒表面活化,使材料组织细小均匀.用此工艺可快速制备出均质、高致密和高质量的SiCp/Fe复合材料,其最好性能为致密度99.9%,布氏硬度416HB,抗拉强度838 MPa.

设计并加工了在材料试验机上使用的高压扭转夹持装置,并用装置获得了不同扭转变形量的纯铜试样.使用电子背散射衍射技术测量了处理后试样晶粒尺寸沿径向的分布.对比分析了晶粒细化程度和应变量的关系,提出了一个描述晶粒细化的简单剪切球模型.结果表明,晶粒细化程度随着应变量的增大而增强,平均晶粒尺寸为原始平均尺寸的1/50.当剪切应变小于10时,晶粒尺寸随着剪切应变的增大迅速变小;当剪切应变大于10时,晶粒尺寸的变化趋于缓慢,晶粒细化程度与Stuwe等效应变之间有幂函数关系.依据简单剪切球形晶粒的模型,得到了晶粒细化程度随剪切应变增大而增强的规律,并与实验数据的变化趋势一致.

采用Fe膜热硫化技术制备了具有不同比表面积和比晶界面积的FeS2薄膜,并测定其载流子浓度和电阻率,研究了FeS2薄膜表面和晶界等面缺陷对FeS2薄膜电学性能的影响.结果表明,表面和晶界两种面缺陷对FeS2薄膜的电学性能有类似的影响规律.在一定范围内,随着薄膜比表面积和比晶界面积的增大,载流子浓度提高而电阻率下降.面缺陷数量的变化可导致FeS2晶体中点缺陷数量、禁带中缺陷能级密度、不充分相变产物比例和相变应力水平的变化,从而导致载流子浓度和电阻率的变化.

合成了锂离子电池负极材料钛酸锂(Li4TisO12),并将结构单一、组成较纯的钛酸锂负极材料组装成电池,研究了合成温度对钛酸锂结构及物种的影响.结果表明,合成温度低于650℃时生成两种结构的TiO2,严重影响了钛酸锂的结构,合成温度高于650℃时TiO2逐渐消失,在800℃保温24 h之后得到单相Li4Ti5O12,电化学性能良好.

以铜和铌作为中间夹层,真空扩散焊接Ti(C,N)/Ni,研究温度和时间等主要工艺参数对Ti(C,N)/Ni界面微观组织和性能的影响.结果表明,当扩散焊接的温度低于1273 K时,界面的夹层材料基本保持不变,界面的微观组织为Cu/Nb层状物,铜在镍中有少量扩散;而当扩散焊接的温度为1523K时,界面微观组织在初期为Ni8Nb的金属问化合物+离散析出的CuNi固溶体,到后期变为靠近Ti(C,N)侧为(Ti,Nb)(C,N)+NbT(Ni,Ti,Cu)6+NbNia层,靠近Ni侧为NiCu+NbNis层.这表明,液态Cu为过渡液相,通过Ni的溶解而形成CuNi过渡液相,加速了Nb在CuNi过渡液相中的溶解.由此产生的NiNbCu过渡液相能浸润Ti(C,N),并在界面处形成少量的(Ti,Nb)(C,N)固溶体合金,从而提高了界面的结合性能,界面剪切强度可达到140 MPa.

用CO2脉冲激光扫描AISI304-喷塑涂层的表面,分析喷塑涂层的破坏特征和断裂行为,研究了激光热效应下喷塑涂层的结合强度.结果表明,可用吸收的激光能量定量地表征涂层和基体之间的结合强度,聚烯烃喷塑涂层-AISI304的理论结合强度为19.9 MPa,当涂层中塑料与基体的溶度参数相近时,涂层与基材的结合界面附着力较强.

采用高温固相熔融加压法合成LiNiO2正极材料,研究了助熔剂LiNO3的加入量和反应体系中O2压力对材料的结构和放电容量的影响.结果表明,随着LiNO3加入量的增加,产物容量先增加后减小,LiOH和LiNO3摩尔比0.9:0.1时产物结构和容量性能最佳;增大反应体系中O2压力,产物结构和放电容量均得到改善.对LiNiO2进行循环性能检测,30次循环后放电容量保持率为81.8%,晶型保持很好,相变反应特征变得明显,但是充电平台电位降低.采用交流阻抗技术计算知Li+在LizNiO2活性材料中的扩散系数在10-9cm2s-1数量级,扩散系数较大,因而在充放电过程中Li+迁移扩散更容易,材料电化学活性提高.

利用颗粒增强原理研制了新型Ag颗粒增强SnCu基复合钎料,研究了Ag颗粒不同含量对复合钎料性能影响.结果表明:当Ag含量(体积分数)为5%时,复合钎料铺展面积最大,润湿角最小,钎焊接头蠕变寿命最长,比基体钎料提高23倍.

采用粉体表面包碳技术和两步烧结方法制备出具有良好力学性能的细晶3Y-TZP材料,研究了在无压烧结和两步烧结条件下,碳含量对碳包3Y-TZP材料烧结行为及力学性能的影响.结果表明:对于包裹少量碳的3Y-TZP,与未包碳的试样相比,采用两步烧结不但能提高材料的密度还能细化晶粒;结构致密和ZrO2相变增韧使材料具有较高的维氏硬度和断裂韧性.在碳含量为1.5%时,3Y-TZP材料的维氏硬度和断裂韧性达最大值,碳含量进一步提高使材料中的气孔和缺陷增多,导致材料的性能下降.