摘要：目的定量分析阳离子掺杂ZnO材料中最优化阳离子掺杂量及电子载流子浓度。方法基于团簇加连接原子模型,解析并建立阳离子掺杂ZnO材料的团簇式结构,计算最优阳离子掺杂量条件下的电子载流子浓度。根据理论分析结果,设计Sn掺杂ZnO材料,并利用磁控溅射方法制备Sn掺杂ZnO薄膜。通过紫外可见分光光度计、霍尔效应测试仪等分别评价Sn掺杂ZnO薄膜的透光率和电子载流子浓度。结果以纤锌矿ZnO为研究体系,基于团簇加连接原子模型,建立纤锌矿ZnO的团簇式{[Zn-O4]Zn3}。在此基础上,建立纤锌矿ZnO超团簇结构:{中心团簇式}-{第一近邻团簇式}6-{连接团簇式}={[Zn-O4]Zn3}-{[Zn-O4]Zn3}6-{[Zn-O4]Zn3}=Zn32O32。基于纤锌矿ZnO超团簇结构,建立阳离子掺杂ZnO的超团簇结构{[M-O4]Zn3}-{{[M-O4]Zn3}{[Zn-O4]Zn3}5}-{[M-O4]Zn3}=M3Zn29O32,给出最优化元素配比AM︰AZn=10.34%。根据阳离子掺杂ZnO的超团簇结构M3Zn29O32,定量计算出Al3Zn29O32的最优化电子载流子浓度为3.935×10^21 cm^–3,并分析实际应用的AlZn31O32薄膜的电子载流子浓度仅为最优化理论值1/10的原因。最终,设计并制备SnZn31O32薄膜,其在可见光波段(450~800nm)的平均透光率为80.25%±1.74%,电子载流子浓度为(7.72±1.68)×10^20 cm^–3。结论团簇加连接原子模型能够定量解析阳离子掺杂ZnO材料体系中掺杂量与电子载流子浓度,可为设计高性能阳离子掺杂ZnO材料提供理论指导。基于团簇加连接原子模型设计的SnZn31O32薄膜,具备透明导电性质,通过进一步的研究,有望成为具有高电子载流子浓度的新型透明导电氧化物材料。

摘要：本文引入团簇加连接原子模型来解析硅酸盐玻璃相关氧化物的结构,并给出了这些氧化物的最小结构单元——类分子结构单元.参与网络形成体的氧化物主要以三角形或者四面体的配位体形式存在,构建玻璃的三维网络状骨架.如基础的网络形成体SiO2,其类分子结构单元团簇式是为[Si-O4]Si,含有的价电子数为32,形成四面体网络.中间体以同时形成八面体和四面体为特征,网络外体则以立方体和八面体为主.经证实,这些类分子结构单元无一例外,均满足八电子规则(即每个结构单元所含的价电子总数为8的整数倍),具有分子的属性.玻璃中氧化物类分子结构单元概念的提出,将为后续的玻璃成分设计工作打下基础.

摘要：针对内燃机活塞表面温度变化迅速的特点,研制了一种瞬态温度传感器用于测量活塞表面温度。采用直流脉冲磁控溅射的方法将NiCr薄膜直接溅射沉积在高温烧结后嵌有NiCr、NiSi丝的陶瓷元件端面,NiCr薄膜外侧溅射Si3N4保护膜。传感器外壁选用带螺纹的304不锈钢作为铠装套筒。采用自行研制的薄膜热电偶静动态标定系统对所研制的瞬态温度传感器进行标定,结果表明：所研制的传感器在50-400℃范围内具有良好的线性和热稳定性,其塞贝克系数在39-41μV/K之间,非线性误差小于0.34%,重复性好;热接点薄膜厚度为355nm时,传感器的响应时间为41.7μs,且响应时间随着薄膜厚度的增大而增加;该瞬态温度传感器可以满足曲轴转速为1800r/min的内燃机活塞表面瞬态温度测试的需求。

摘要：针对正常工况下的内燃机活塞表面温度变化迅速的情况,研制了一种便于安装的薄膜热电偶测温螺钉传感器。采用直流脉冲磁控溅射的方法将NiCr/NiSi热电偶薄膜直接溅射沉积在与内燃机活塞同种材料的测温螺钉的端部,热电偶薄膜和测温螺钉之间采用相同的磁控溅射方法制备Al2O3绝缘薄膜,采用自行研制的薄膜热电偶静、动态标定系统对所研制的测温螺钉进行标定,结果表明所研制的测温螺钉传感器在50～400℃范围内具有良好的线性和热稳定性,其塞贝克系数为41.9μV/K,最大线性误差不超过0.9%。热接点厚度仅为2μm,其响应时间为47.5μs。可以满足曲轴转速为1 800 r/min的内燃机活塞表面瞬态温度测试的需求,为内燃机结构的优化改进,新产品的开发提供了有力的保障,为新型传感器技术的进步做出了有益的尝试。

摘要：PVD、CVD涂层行业发展了多年,出现了多种等离子体和高能束辅助技术,但常用的工业涂层却集中在少数几种材料上,如金属氮化物、碳膜等。本文从材料的成分宽容性、结构稳定性、导电性三个基本原则出发,解释了薄膜材料的选材问题,并以氮化钛、非晶硼化物、金属掺杂类金刚石涂层为例,说明薄膜材料的选择源自工艺特性和材料性能二者的平衡,且以工艺性为主导。材料成分需要进行精确调控,以达到最佳的工艺性与性能的匹配,而成分根源是化学近程序结构,通过引入本课题组所提出并发展的团簇加连接原子模型,构建出类似于分子式的局域结构单元和相应成分式,进而对薄膜材料进行成分设计。

摘要：高熵氧化物也可以称为熵稳定氧化物、多组分氧化物等,是一种新型材料,由于其独特的结构特征和定向获取某种功能的可能性,引起了人们极大的兴趣。这种多元方法也为材料设计和发现创造了新的机会。本文重点介绍了高熵氧化物领域的研究进展,包括一些基本概念、合成方法、性能与应用等,并展望了未来的发展方向。