随着CVD人工合成金刚石薄膜质量的不断提高, 其优异的电学性能在高频、大功率领域特别是场效应管中的应用受到了极大地关注. 制作金刚石薄膜场效应管, 电子级质量的薄膜、形成良好的接触以及半导体的形成是其关键技术. 以此为基础, 为达到其在高频大功率下使用的目的, 减小栅长和各种寄生参数以及提高耐压和散热能力成为决定其性能优劣的关键因素. 本文针对金刚石薄膜场效应管制作的关键技术的突破、H端基表面导电机制、目前高频大功率场效应管的水平以及出现的一些相关在研热点进行了综述, 展望了其巨大的优越性和广阔的应用前景.

以钛酸四丁酯为钛源, 采用十二胺辅助油酸溶剂热技术, 在240℃/10min、90℃/10min、40℃/10min和20℃/10min四组不同升温速率下合成了球状、棒状和不规则点状多面体氧化钛纳米晶. 分别采用TEM、HRTEM、XRD对样品的形貌特点和物相结构进行表征. 结合TEM、HRTEM、XRD的表征结果, 分析了不同升温速率下二氧化钛纳米晶的形貌变化和微观生长机制. 结果表明, 通过严格控制升温速率, 能够合成球状、棒状和不规则点状多面体氧化钛纳米晶, 随着升温速率的下降, 纳米晶沿一维(001)方向生长速率呈现先升高后降低的趋势.

采用溶胶-凝胶法制备了不同Si含量的TiO₂/SiO₂复合气凝胶. 利用XRD、FTIR、XPS和BET等手段表征了复合气凝胶组织结构, 以甲基橙溶液光催化降解实验评价其光催化活性, 研究了Si含量对TiO₂/SiO₂复合气凝胶的结构及光催化性能影响规律. 结果表明: TiO₂/SiO₂复合气凝胶中Ti-O-Ti、Si-O-Si和Ti-O-Si键相互交织, 使复合气凝胶具有小晶粒尺寸、高比表面积和高热稳定性. 随着Si含量增大, TiO₂/SiO₂复合气凝胶中TiO₂晶粒尺寸减小, TiO₂结晶度降低, 比表面积增大, 平均孔径减小, 且TiO₂/SiO₂复合气凝胶对甲基橙溶液的光催化降解活性呈现先升后降的变化趋势. 适当Si含量能显著改善TiO₂/SiO₂复合气凝胶的结构和光催化性能, Si含量最佳值在9wt%附近.

采用阳极氧化法在纯钛表面制备了5组平均内径不同以及5种管长不同的TiO₂纳米管阵列薄膜, 应用SEM对管径进行了表征. 将之烧结成锐钛矿型后通过光催化降解甲基橙溶液研究管径与管长的大小对其光催化活性的影响, 通过重复催化实验研究其重复使用的效果. 结果表明: 管径为100nm时催化剂催化降解甲基橙的效果最好, 管长则基本不影响纳米管薄膜的催化活性. 重复催化实验表明, TiO₂纳米管薄膜有很好的重复使用效果.

采用固相反应法分别合成了铁掺杂二氧化钛(Fe-TiO₂)及氮和铁共掺杂二氧化钛(N-Fe-TiO₂)纳米材料. 并对材料进行了XRD、SEM、UV-Vis、XPS、AAS及全自动元素分析等技术的物相织构及元素组成表征, 同时研究了催化剂对喹啉的可见光降解性能. 结果表明, 在球形的N-Fe-TiO₂纳米材料中, N以阴离子(N^3-)进入二氧化钛晶格, Fe³⁺以同晶取代方式占据TiO₂晶格中Ti的位置, 紫外-可见漫反射吸收光谱红移到600nm. N/Fe投料比的增大有助于N-Fe-TiO₂催化剂晶型的转化. 在25℃、pH=6.5下, 所制得的光催化材料对喹啉的可见光降解行为均具有较高的光催化活性, 并服从一级反应动力学规律, 而纯TiO₂对喹啉不降解. N-Fe-TiO₂ (n(N₂H₄.H₂O):n(FeCl₃.6H₂O)=1:9)催化剂对喹啉的可见光降解速率常数比Fe-TiO₂大.

以钛酸四丁酯和硝酸镧为原料, 采用溶胶-凝胶法, 制备出La掺杂TiO₂膜. 采用X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)、低温氮物理吸附、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)对光催化剂的晶相结构、光谱特征和表面结构进行表征. 以气相甲苯为模型物, 在自制光催化反应器中考察了催化剂在可见光下对气相有机污染物的去除性能. 结果表明, La掺杂可诱发催化剂的可见光催化活性, 500℃热处理的2.8%mol La掺杂TiO₂膜在60min内即可完全去除6110.18mg/m³的气相甲苯; 掺入的La主要以La₂O₃的形式存在, 同时有一部分形成Ti-O-La键; La掺杂可抑制TiO₂锐钛矿相向金红石相转变、提高相转变温度、减小晶粒尺寸及增大催化剂比表面积; La/TiO₂薄膜表面光滑、致密, La的引入能有效抑制TiO₂膜气孔的产生; La掺杂可提高TiO₂在可见光区的吸收, 使催化剂吸收边向长波移动; La的f轨道的电子跃迁和TiO₂晶格扭曲是催化剂可见光活性提高的重要原因.

采用浸渍法合成ZnO/AgNbO₃异质结光催化环境净化材料. 利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、紫外漫反射(DRS)等分析方法对催化剂进行了表征. XRD分析结果表明, Zn的掺杂并未改变本体AgNbO₃的晶型结构; 随着Zn掺杂量和热处理温度的提高, 异质结光催化剂体系中ZnO晶相结构逐渐出现;同时, XPS结果也说明Zn以ZnO的形式存在. DRS分析说明ZnO的引入有助于提高可见光区的吸收强度. 无论在可见光还是紫外光照射下, 光催化降解亚甲基蓝染料(MB)实验证明ZnO掺杂有利于提高AgNbO3的活性. 当Zn掺杂量为3 wt%, 热处理温度为300℃时, 紫外光照射3 h下MB降解率达到93.5%. 并对ZnO引入后光催化活性提高的机理进行了分析.

使用气固反应方法制备了[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺·4O^-(C12A7-O^-)粉末材料, 运用X射线衍射(XRD)和电子自旋共振(ESR)对抗菌实验前后C12A7-O^-材料结构特性的变化进行了表征, 研究了C12A7-O^-材料在溶液中对大肠杆菌E. Coli的抗菌性能. 实验结果表明, C12A7-O^-材料中含有的O^-浓度约为2×10²⁰ /cm3. 1 mg/mL的C12A7-O^-水溶液中, O^-浓度约为4×10¹⁶ /cm3. 当菌液浓度为10⁵ cfu/mL时, 1 mg/mL的C12A7-O^-水溶液可在1 h内将大肠杆菌浓度降低99.98%. 通过对比实验和分析发现, C12A7-O^-粉末释放的O?离子是C12A7-O^-溶液具有抗菌作用的重要因素之一.

采用了溶剂热法(水和乙醇做溶剂)合成出了物相和形貌可控的一维硼酸镁纳米棒. 研究结果表明, 在溶剂的超临界状态下, 无需表面活性剂的参与, 能直接合成出一维硼酸镁纳米棒. 通过对不同反应阶段生成产物的XRD结构分析, 表明Mg₂B₂O₅结构的形成经历了从Mg(OH)₂到MgBO₂(OH)的转变; 通过对相应阶段生成产物的SEM观察, 表明Mg₂B₂O₅纳米棒的形貌经历了从片状到短柱状再到棒状的演变. 分析认为Mg₂B₂O₅纳米棒的形成遵循着形核→溶解→各向异性生长→再结晶的过程.

采用高温固相烧结法制备了CsBr:Eu²⁺粉体, 系统研究了退火处理后粉体的光激励发光谱、吸收差谱和光激励发光衰减时间等, 发现退火处理能有效提高CsBr:Eu²⁺粉体光激励发光强度, 缩短其发光衰减时间. 重点分析了退火气氛与光激励发光性能之间的关系, 实验结果表明, 退火气氛中的氧取代溴离子Br^-成为替位氧离子O_s^-, 而氢原子将进入间隙位成为间隙氢原子H_i⁰. 替位氧离子O_s^-以及H_i⁰和H_2i⁰都是有效的电子俘获中心, 并且它们与空穴俘获中心的形成密切相关.

在水热条件下, 以Y(NO₃)₃·6H₂O, Eu₂O₃, NH₄VO₃, Na₃C₆H₅O₇·2H₂O为原料合成了YVO₄纳米微粒以及稀土离子Eu³⁺掺杂的YVO₄:Eu纳米微粒, 利用XRD, FE-SEM, TEM, HRTEM和SAED对所得产物的结构和形貌进行表征, 并用FT-IR、F-4600对所得产物的光谱性质进行了分析. 结果表明, 产物为纯净的四方相YVO₄, 具有较为规则的饼状形貌, 单个饼状YVO₄纳米微粒的直径约为500nm. XRD图谱显示稀土离子Eu³⁺取代了Y³⁺进入YVO₄晶体, 但在纳米YVO₄: Eu的荧光光谱上没有出现VO₄^3-发射峰, 这表明YVO₄是良好的发光基质材料. 水热合成方法简单易行, 合成出的YVO₄:Eu粒子荧光强度大且荧光强度稳定.

对La_1-xCa_xMnO₃(x=0.3, 0.5)多晶材料的巨磁电阻效应及低温高磁场下的电脉冲诱导电阻可逆变化(EPIR)效应进行了研究, 并对两者之间的区别进行了分析. 实验结果表明, La_1-xCa_xMnO₃(x=0.3和0.5)多晶材料在低温高磁场下仍具有EPIR效应, 电阻在相同电脉冲下的变化率不随温度和施加磁场与否发生变化, 表现出不同于巨磁电阻效应的变化规律. 结合之前的研究结果, 发现巨磁电阻效应是由于磁场造成磁矩的有序并继而造成电子的退局域化引起的, 而EPIR效应则是由于电脉冲诱导氧离子迁移, 导致载流子浓度变化引起的.

采用脉冲激光淀积法在硅基氧化铝纳米有序孔膜版介质上(膜版孔径平均尺寸25 nm, 内生长Pt纳米线作为底电极一部分)制备了纳米结构的BaTiO₃铁电膜(膜厚25nm), 并对其铁电和介电性能以及微结构进行了表征. 结果表明, BaTiO₃ 铁电纳米膜的介电常数随着测量频率的增加(10³~10⁶ Hz)从196缓慢下降到190; 介电损耗在低频区域(10³ ~10⁵ Hz)从0.005缓慢增加到0.007, 而在高频率区域(>10⁵ Hz)快速增加到0.013. 薄膜的剩余极化强度约为 5uC/cm², 矫顽场强约为 680 kV/cm. 剖面(S)TEM像表明, BaTiO₃铁电纳米膜与Pt纳米线(底电极)直接相连,它们之间的界面具有一定程度的弯曲. 为兼顾氧化铝纳米有序孔膜版内的金属纳米线有序分布及BaTiO₃纳米膜的结晶度, 选择合适的退火温度是制备工艺中的关键因素.

为提高TFA-MOD工艺制备YBCO薄膜的生产效率, 实验采用了丙烯酸盐对传统三氟乙酸盐进行部分替换. 由于前驱溶液中氟含量的减少, 低温预处理过程升温速率可达到300℃/h; 并通过对低温预烧工艺中气氛的调整, 避免了增稠剂二乙醇胺的添加对薄膜质量造成的不利影响, 使其添加上限达到0.75g/5mL. 经过工艺改进, 单次涂膜厚度可达到1μm. 虽然由于厚度的增加, 表面有a轴晶粒出现, 但薄膜内部仍具有较优的微观结构. 其临界电流密度(J_c)及临界转变温度(T_c)分别达到3.5MA/cm²和90K.

基于多弧离子镀技术制备了一种新的高容量电容器用TiCN/Al复合铝箔, 研究了C₂H₂和N₂流量比及沉积后冷却方式对TiCN/Al复合铝箔比电容的影响. 通过极化曲线的测定, 对比研究了TiCN/Al复合铝箔和传统工艺刻蚀铝箔的耐蚀性能. 研究结果表明, 多弧离子镀技术制备的TiCN/Al复合铝箔的比电容高达1600uF/cm², 比传统工艺刻蚀的铝箔提高约2倍. TiCN/Al复合铝箔在电容器用电解质溶液中存在较宽范围的稳定钝化区, 其耐蚀性能明显高于传统工艺刻蚀铝箔.

分别采用丝网印刷和浸渍法两种工艺制备了固体氧化物电解池(SOEC)铁酸锶镧(LSF)基复合阳极, 通过XRD、TEM、SEM等手段对LSF粉体和复合材料的相结构和微观结构进行了分析, 利用电位扫描以及电化学阻抗谱(EIS)比较了这些复合阳极在SOEC工作温度800?C时的电化学性能. 结果表明, 采用共沉淀?共沸蒸馏(CP-AD)合成的LSF20(La_0.8Sr_0.2FeO_3-δ)粉体粒径约为20~30 nm, 其都分布在氧化锆(YSZ)陶瓷骨架上; 800℃时, 浸渍法工艺制备的LSF20-YSZ复合阳极在0.1V极化过电位下的极化电流值为0.38~0.49A/cm², 约为丝网印刷工艺制备的电化学性能的2~2.5倍.

Li₄Ti₅O₁₂是最具前景的混合电动汽车用锂离子动力电池负极材料之一. 为了提高其倍率性能, 以尿素为氮源对Li₄Ti₅O₁₂进行掺杂热处理, 以在Li₄Ti₅O₁₂颗粒表面自生长一层高电导TiN修饰膜, 利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、X射线能谱仪、Raman光谱仪和半电池充放电测试仪研究了材料的物相、结构、形貌、成分以及电化学性能. 结果表明: 氮化修饰Li₄Ti₅O₁₂样品与未修饰样品具有相同的尖晶石Li₄Ti₅O₁₂的衍射峰, 氮化修饰后Li₄Ti₅O₁₂颗粒表面自生长了一层均匀的薄膜, 该薄膜不仅含有N元素, 而且还具有TiN的Raman光谱特征振动峰;氮化修饰Li₄Ti₅O₁₂样品的0.1 C首次放电比容量比未修饰Li₄Ti₅O₁₂样品有所降低, 但是却展示了优异的电化学倍率性能和循环性能, 3 C倍率充放电比容量是未修饰Li₄Ti₅O₁₂样品的2.6倍, 0.1 C充放电循环100次后其容量损失仅3%.

中间相沥青经熔融纺丝、不熔化、炭化石墨化制备了带状高导热石墨纤维. 鉴于纺丝工艺对中间相分子的轴向和截面取向度的重要影响, 研究了喷丝板结构和纺丝温度对中间相沥青基石墨纤维(MPGF)的取向结构和传导性能的影响. 结果表明: 对矩形截面喷丝的微孔, 在最佳的纺丝温度下, 截面长宽比越大,初生纤维内分子的取向度越高, MPGF的传导性越好. 当长宽比和纺丝温度分别为9:1和305℃时, MPGF的取向度较高(97.8%), 热导率达到894 W/(m·K); 长宽比继续增大时, 更高的剪切作用致使纤维内应力较大, 纺丝稳定性变差.

主要对比了编织C/C复合材料和针刺C/C复合材料的轴向热力学性能. 编织C/C复合材料主要有径棒法、轴棒法、轴向穿刺三种, 针刺C/C复合材料主要有炭布叠层针刺、整体毡两种. 编织预制体密度较高, 平均可达到0.70 g/cm³以上, 针刺类整体毡密度在0.20 g/cm³左右, 炭布叠层预制体密度在0.45 g/cm³左右, 均低于编织预制体. 径棒法、轴棒法、轴向穿刺预制体轴向纤维含量≥19%, 针刺类预制体轴向纤维含量约为5%. C/C复合材料的轴向拉伸强度、热膨胀系数与预制体编织结构、轴向纤维含量有关, 编织类C/C复合材料轴向拉伸强度平均值≥40MPa, 针刺类C/C复合材料轴向拉伸强度在10MPa左右. 轴棒法、轴向穿刺、炭布叠层针刺、整体毡等四种C/C复合材料(RT～800℃)轴向热膨胀系数基本相当. 

髋关节模拟试验机在多方性复合运动方式、恒定载荷和血清润滑条件模拟了炭/炭复合材料人工髋关节在临床应用中的摩擦学行为. 采用扫描电镜、能谱和激光粒度分析仪分析了其磨损表面状态和磨损颗粒特性. 结果表明, 医用炭/炭复合材料人工髋关节在不同碳纤维方向呈现不同的磨损特性, 其磨损颗粒具有四种形貌并且尺寸分布在亚微米至数十微米之间, 其磨损机理主要是微切削作用和磨粒磨损.

提出制备Ti₃SiC₂-SiC复合材料的一种新思路, 即利用液态硅渗透TiC/C预制体原位反应制备Ti₃SiC₂-SiC复合材料, 并采用XRD、SEM和EDS考察了材料的显微结构和力学性能. 结果表明: 制备出材料主要由Ti₃SiC₂相组成, SiC相含量较少; Ti₃SiC₂晶相呈现出3~10μm大小的层状结构; 施加10kg的压力下测得样品S1550-1, S1550-3和S1550-4的硬度分别为6.8GPa、7.1GPa 和7.8GPa, 它们的密度在3.55~3.96g/cm³范围内. 实验结果表明,利用液态硅渗透技术原位制备Ti₃SiC₂-SiC复合材料是一种可行的新工艺.