纳米级精密机械的设计及特性

最近,Queensgate仪器有限公司研制出一系列超精定位机械,它们将Queensgate的压电及纳米级传感器技术融合为具有亚纳米级定位精度能力的多轴定位控制器。在这篇论文中,将介绍和讨论在这些机械的研制中所用到的一些技术,以解释如何获得纳米或亚纳米级水平的计量能力。     

(CH3)2SiCl2和N2H4 反应产物为先驱体制备Si/C/N纳米微粉

采用(CH3)2SiCl2和N2H4反应产物为先驱体,在H2、NH3气条件下,用化学气相裂解法制备出Si/C/N纳米复合微粉这一全新的合成体系.对温度、气体流量,H2/NH3的比例等合成工艺条件对微粉的性质、形貌、组成等的影响进行了较为系统的讨论,并从热力学和动力学的角度初步讨论了产物裂解机理及组成的变化形成机理.所合成的Si/C/N微粉为无定型球状颗粒,N的含量从16.49%～26.75%可调,粒径最小达40 nm.     

油溶性纳米ZnS粒子的制备、表征及在油品中的分散稳定性

采用均匀沉淀法制备硬脂酸修饰的纳米ZnS粒子,用扫描电子显微镜、红外光谱仪和热分析仪对其结构进行了表面分析,通过离心试验考查在基础油中的分散稳定性.结果表明硬脂酸修饰的纳米ZnS粒子粒径在20～50 nm之间,且分布均匀;表面修饰剂与纳米粒子之间发生了化学反应,从而使得纳米粒子在基础油中具有优良的分散稳定性.作为油品添加剂,硬脂酸对纳米ZnS粒子的最佳修饰比例为21(物质的量比).     

润滑油纳米铜添加剂及其对不同粗糙度表面的减摩自修复行为

采用KBH4液相还原法制备了纳米铜添加剂,采用透射电子显微镜对纳米铜添加剂进行了表征,通过摩擦磨损试验机测试了纳米铜添加剂对4种不同粗糙度摩擦表面所表现的抗磨减摩性能,并对不同的磨损表面进行了光学显微镜和能谱分析。结果表明:纳米铜添加剂为分散性能稳定的20nm的球形颗粒;纳米铜添加剂具有良好的抗磨减摩性能,尤其是对于光滑的摩擦表面,与基础油相比,可使摩擦因数降低24%。纳米铜添加剂还具有良好的自修复性能,摩擦过程中,能够在摩擦表面形成一层高弹性低硬度的自修复膜,自修复效果对于光滑的摩擦表面更为显著。     

梯度变化非晶碳涂层的摩擦学行为

采用多源磁控溅射物理气相沉积法在单晶硅片、20Cr和Cr12W表面制备了梯度变化非晶碳涂层,测试了非晶碳涂层的纳米硬度和弹性模量及摩擦磨损行为.结果表明涂层具有较高的硬度和弹性模量,分别达到15.3 GPa和184 GPa;涂层具有较好的摩擦性能,在干摩擦条件下摩擦因数基本保持在0.1～0.2,磨损率达到10-9 mm3/( N·m)数量级.     

激光强化电刷镀纳米Al2O3／Ni复合镀层的耐磨性

设计了激光强化电刷镀设备,制备了激光强化电刷镀纳米Al2O3/Ni镀层,研究了其显微硬度和耐磨性,分析了激光强化电刷镀纳米Al2O3/Ni镀层耐磨性增加的原理.研究发现,当激光功率为300 W时,激光强化电刷镀纳米Al2O3/Ni镀层的显微硬度比普通纳米Al2O3/Ni电刷镀层提高约HV150,相对耐磨性是2.3,摩擦因数有所降低.细晶强化和纳米颗粒弥散强化是镀层硬度和耐磨性增强的主要原因.     

纳米SiO2颗粒增强铜基复合材料性能研究

以纳米SiO2颗粒为增强体,采用粉末冶金法制备铜基纳米复合材料.考察不同质量分数的纳米颗粒对复合材料密度、硬度以及摩擦磨损性能的影响.结果表明纳米SiO2颗粒的加入,使铜基体的硬度和摩擦磨损性能都得到了明显提高;但随着纳米SiO2质量分数的增加,复合材料的密度和硬度均呈下降趋势;当纳米SiO2质量分数为0.3 %时,复合材料的减摩耐磨性最好.     

轰击能量对Ti-Si-N纳米复合膜生长与力学性能的影响

采用离子束辅助沉积法(IBAD)在单晶硅片上制备了Ti-Si-N纳米复合薄膜,研究了轰击能量大小对Ti-Si-N纳米复合薄膜生长及力学性能的影响,同时探讨了轰击能量对Ti-Si-N纳米复合薄膜的生长机理的影响.通过原子力显微镜(AFM)、纳米压入仪、光电子能谱(XPS)和X射线衍射分析(XRD)等现代分析技术,对Ti-Si-N纳米复合薄膜的晶粒大小、力学性能、成分与相结构进行综合表征分析.试验结果表明当轰击能量为700 eV时,Ti-Si-N薄膜晶粒直径达到了最小值11 nm,此时Ti-Si-N薄膜的硬度相对最高,为33 GPa.     

先驱体转化致密SiC纳米复合材料的制备及其热电性能

以聚碳硅烷和锑改性聚硅烷为先驱体,利用先驱体转化SiC材料的富余自由碳高温石墨化的微观结构演变特点,采用热压烧结、先驱体浸渍—裂解法以及退火工艺制备出先驱体转化SiC纳米复合材料。采用SEM、TEM、XRD和Raman等测试手段表征和分析了相组成和微观结构,讨论了样品的热导率、电导率和塞贝克系数等热电参数随温度变化关系。研究表明,所得致密SiC纳米复合材料为n型热电材料。由于纳米石墨的作用,材料热导率抑制在4–8W/(m?K)范围。1600°C退火处理能够降低热导率,同时提高电导率和塞贝克系数绝对值,使先驱体转化法得到的SiC纳米复合材料无量纲热电优值ZT达到0.0028（650°C）,高于其他已报道的致密SiC/C复合材料和纳米复合材料体系。     

微米／纳米加工技术国家级重点实验室——从微观领域开掘科技创新空间

微米/纳米加工技术是继微电子技术巨大成功后所引发的又一场微小型化革命。用“五敢”精神培育起来的技术团队——微米/纳米加工技术实验室成为这一领域高水平的国家级重点实验室。