論文名稱:TMDs 和黑磷二維材料與器件的制備表征及光電性能調(diào)控
論文作者:北京理工大學(xué) / 裴家杰
指導(dǎo)教師:王西彬《研究領(lǐng)域:先進切削磨削、精密微納制造、綠色制造》
二維材料是厚度只有一個或幾個原子層的晶體材料,所有原子都在二維平面內(nèi)成鍵,層間只有范德華相互作用力。二維材料家族涵蓋了導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體,其眾多的家庭成員和豐富的特性構(gòu)成了組成復(fù)雜納米機電系統(tǒng)的所有基本元素。二維材料前所未有的物理、光電特性使其具有十分廣闊的器件應(yīng)用前景。單原子層的厚度和完美的晶體結(jié)構(gòu)使其具備制造超小納米器件和超大集成電路的能力。超強的機械強度和機械柔性可以保證器件的工作可靠性和靈活性。以二維材料為核心的器件開發(fā)及應(yīng)用是目前世界各國的研究重心。但是隨著新成員的出現(xiàn)和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展,新型二維材料及其器件在結(jié)構(gòu)制備、性能表征和應(yīng)用開發(fā)方面不斷涌現(xiàn)出新的機遇和挑戰(zhàn)。
針對這些挑戰(zhàn),本文系統(tǒng)地研究了TMDs和黑磷二維材料的制備、表征新方法,并且結(jié)合微納制造技術(shù)開發(fā)了相關(guān)的二維材料光電器件,在此基礎(chǔ)上研究了其性能調(diào)控方法及理論。主要研究內(nèi)容與成果如下:
提出了一種基于光相移干涉測量法(PSI)的光學(xué)非接觸快速測量二維材料的新方法。通過該方法實現(xiàn)了原子層級厚度(0.6 nm)的二維材料的快速高精度測量,通過對測量過程的理論建模,實現(xiàn)了二維材料光程差值的仿真預(yù)測?;谠摲椒ㄊ状握_表征了單層磷烯及其光學(xué)性能研究。
提出了一種基于氧等離子體刻蝕黑磷納米片及其器件制備的新方法。實現(xiàn)了逐原子層刻蝕黑磷納米片的超精密加工,實現(xiàn)任意層數(shù)樣品及其器件的制備,并且將其使用壽命提升了兩個數(shù)量級,解決了制備穩(wěn)定高質(zhì)量的少層或單層黑磷樣品的困難,促進黑磷的基礎(chǔ)研究和光電器件應(yīng)用研究。
基于二維材料器件的微納制造技術(shù),提出了關(guān)鍵的工藝改進,設(shè)計了二維材料金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件和懸空器件的制作流程,減少了器件制備的周期和效率,提高器件制備的成功率,實現(xiàn)不同種類二維材料器件的干法快速制作。
基于制作的MoS2 MOS器件,通過溫度和電場共同調(diào)制,首次實現(xiàn)了雙層MoS2的能帶調(diào)控及其激子和三子動力學(xué)研究?;谥谱鞯腗oSe2懸空器件,通過對介電屏蔽效應(yīng)、三子密度和激發(fā)功率密度三個關(guān)鍵參數(shù)的控制,首次在薄層MoSe2上實現(xiàn)雙激子發(fā)光,并證明了其激發(fā)態(tài)雙激子理論模型。
論文名稱:高速切削材料變形及斷裂行為對切屑形成的影響機理研究
論文作者:山東大學(xué) / 王兵
指導(dǎo)教師:劉戰(zhàn)強《研究領(lǐng)域:切削加工理論與刀具技術(shù)》
高速切削技術(shù)是先進制造領(lǐng)域的共性關(guān)鍵技術(shù),其以高效率、高精度、高質(zhì)量、低成本優(yōu)勢已在航空航天等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。論文以Ti6Al4V、Inconel 718和7050-T7451為研究對象,研究了高速切削材料變形和斷裂行為對切屑形成的影響規(guī)律,探明了切屑變形及其形態(tài)轉(zhuǎn)變的力學(xué)控制機理,實現(xiàn)了塑性材料的脆性域加工和精密加工,獲得了切削過程的低能耗和高效率生產(chǎn),同時為高速精密加工裝備與刀具設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。論文取得的創(chuàng)新性成果包括:
(1)理論方面:提出了高速切削鋸齒狀切屑形成的絕熱剪切-韌性斷裂復(fù)合機制和碎斷切屑形成的裂紋成核-擴展主導(dǎo)的脆性斷裂機制,建立了切削變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)分布和動態(tài)斷裂應(yīng)變模型,揭示了高速切削第一變形區(qū)材料的常剪切梯度拉伸/壓縮復(fù)合加載變形與失效機理。
(2)研究方法:提出了基于高速直角切削的高應(yīng)變率復(fù)合應(yīng)力加載材料動態(tài)力學(xué)性能測試新方法,可實現(xiàn)材料動態(tài)斷裂應(yīng)變、流動應(yīng)力和斷裂韌性隨加載條件變化規(guī)律的測試。
(3)工藝技術(shù):提出了超高速切削碎斷切屑形成的臨界判據(jù),實現(xiàn)了塑性材料的脆性域加工和精密加工;構(gòu)建了聲發(fā)射信號與切屑形態(tài)及切削能耗的映射關(guān)系,實現(xiàn)了切削過程切屑形成及能量消耗的實時監(jiān)測。
研究成果在航空發(fā)動機制造企業(yè)得到應(yīng)用,利用高速加工工藝實現(xiàn)了鈦合金Ti6Al4V、鎳基高溫合金Inconel 718和鋁合金7050-T7451的高效率低能耗切削,在切削效率提高60%的前提下使切削能耗降低了35%以上。
論文得到國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)課題“多場耦合強作用下超高速切削機理研究”(2009C B724401)、國家杰出青年科學(xué)基金項目“切削、磨削加工工藝與裝備”(51425503)和高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備科技重大專項課題“基于長服役壽命的航空發(fā)動機典型難加工材料零件高性能切削技術(shù)”(2014ZX04012014)的資助。