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硅(100)衬底上磁控溅射铈钛氧化物薄膜涂层的力学与建模研究
摘要： Ce/Ti混合金属氧化物薄膜除其他多种物理化学性质外，还具有优异的光电性能。通过实验与建模相结合的方法，研究了不同Ce:Ti比例下磁控溅射Ce/Ti氧化物薄膜在Si(100)晶圆上的结构与力学性能变化。X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)证实主要物相为三方相Ce2O3和金红石型TiO2，所有制备材料中均存在SiO2。场发射扫描电镜(FESEM)成像显示晶粒尺寸变化情况，Ce/Ti混合氧化物在薄膜/基底复合材料中呈现更小晶粒尺寸。纳米压痕分析表明纯氧化铈薄膜具有最高硬度值(20.1 GPa)，而过量氧化钛的添加会降低薄膜涂层的硬度。高温原位XRD测试(高达1000°C)结果显示所有研究材料均具有优异的热相稳定性。Ce:Ti=68%:32%的薄膜在800°C以上会出现新的微量氧化相。接触角实验表明表面化学成分对水接触角影响不显著，测试结果集中在87.7°至95.7°的狭窄区间。基于Si(100)、Si(110)、二氧化硅和钢基底的Ce/Ti薄膜涂层有限元模拟(FEM)显示应力集中存在差异。
关键词： 原位X射线衍射、有限元建模、纳米压痕、铈钛氧化物、力学性能
更新于2025-09-23 15:23:52
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脉冲激光沉积法在蓝宝石/Pt衬底上生长的LuFeO3外延层结构质量
摘要： 通过原位高分辨率X射线衍射（倒易空间图谱）研究了在有无铂Pt中间层的蓝宝石衬底上脉冲激光沉积生长的LuFeO3外延层的结构质量。我们确定了生长过程中LuFeO3厚度变化以及铂中间层厚度（最高达40纳米）不同时的结构参数，如镶嵌块尺寸和取向差。借助时间分辨X射线反射率曲线拟合和原位X射线衍射测量，我们证明LuFeO3生长速率以及面外晶格参数几乎不受Pt中间层厚度影响，而面内LuFeO3晶格参数减小。我们发现，尽管不同厚度的Pt中间层形貌各异，LuFeO3仍以连续镶嵌层形式生长，且镶嵌块取向差随Pt厚度增加而减小。X射线衍射结果结合非原位扫描电子显微镜和高分辨率透射电子显微镜表明，Pt中间层通过减小LuFeO3晶格与下方材料的失配度，显著改善了LuFeO3的结构。
关键词： 原位X射线衍射、多铁性材料、电子显微镜、脉冲激光沉积
更新于2025-09-19 17:13:59
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原位X射线表征研究热处理对选区激光熔化Ti-6Al-4V拉伸行为的影响
摘要： 选择性激光熔化制备的Ti-6Al-4V（原始SLMed态）经730°C（HT-730）或900°C（HT-900）热处理2小时后，表现出屈服强度降低、加工硬化能力增强和塑性提高的特性。为探究力学性能变化机制，采用原位高能X射线衍射（HEXRD）技术分析了三种试样的相组成、载荷分配、滑移系活性及位错密度演变规律。原始SLMed态试样以马氏体α?相为主，热处理后α?相部分或完全分解为α+β相导致屈服强度下降。HT-730态中尺寸受限的β析出相在变形时呈现比α?/α基体更高的晶格应变；而HT-900态中这种晶格应变差异基本消除，这是其塑性提升的主要原因。通过晶格应变发展分析确认基面滑移是α?/α相中最易激活的滑移系?；诘苄宰郧ⅲ‥PSC）模型估算得出，原始SLMed态与HT-900态试样中柱面滑移与基面滑移的临界分切应力比（CRSSprismatic/CRSSbasal）分别为1.31和1.16。HT-900态α相在塑性变形过程中能激活更多滑移系并积累更多位错，这解释了其具有最高加工硬化率的现象。
关键词： 原位X射线衍射、拉伸变形、Ti-6Al-4V合金、选择性激光熔化
更新于2025-09-16 10:30:52
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激光3D打印过程中的原位X射线衍射
摘要： 基于激光的增材制造技术能够逐层构建设计形状，为多个冶金领域提供了多功能性和灵活性。根据激光和扫描参数而定的快速冷却速率和重复热循环难以通过常规方法测量。因此，为减少试错周期所需的先进预测性计算模拟难以验证。新开发并在同步辐射光束线上实施的在役X射线衍射装置，利用高亮度和快速探测器，填补了与数值方法的缺失环节。通过对Ti-6Al-4V进行不同打印参数的在役实验，追踪了低温相和高温相的时间演化，测量了粉末和固体材料的加热和冷却速率；并证明了b相中残余应力的形成。此外，研究表明对微观结构演变影响最大的参数是扫描策略，引入了与扫描长度相关的尺寸效应。
关键词： 微观结构演变、原位X射线衍射、扫描策略、激光增材制造、Ti-6Al-4V合金
更新于2025-09-12 10:27:22
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工艺参数对掺铜Ca12Al14O33非晶柠檬酸盐溶胶-凝胶合成的影响
摘要： Ca12Al14O33（C12A7）因其可作为阴离子源的特性，以及随加工过程从宽禁带绝缘体转变为导电氧化物材料的能力，成为一种高性能材料。研究表明，对C12A7进行约1摩尔%的阳离子掺杂会显著影响其物理性质。其中铜元素能提升催化效率并大幅改变电子结构。非晶柠檬酸盐溶胶-凝胶合成技术因能实现阳离子均匀分散及精准控制晶粒尺寸，被广泛用于制备掺杂C12A7材料。该技术的有效性依赖于：阳离子柠檬酸盐物种形成均匀柠檬酸盐树脂、阳离子柠檬酸盐物种均匀分解，以及目标相的均匀结晶。本报告通过理论络合图计算确定了Cu-C12A7体系中柠檬酸盐树脂形成的最佳pH值，采用高温X射线衍射和热重分析表征了树脂分解与结晶动力学。理论计算得出柠檬酸盐树脂均匀性的最佳pH范围为3至6，实验表征显示将pH从<1提升至4可实现Cu-C12A7相纯度提升，使晶粒尺寸减小30%，并抑制CaCO3生成从而将合成温度从约900°C降至840°C。本报告揭示了溶胶-凝胶溶液化学的重要性，以及XRD分析与微观结构分析相互印证的必要性。
关键词： C12A7，柠檬酸盐溶胶-凝胶合成法，掺杂合成，Ca12Al14O33，原位X射线衍射
更新于2025-09-10 09:29:36