大气等离子体刻蚀是一种非接触式、材料去除可控的加工方法，在光学元件的高精度加工中具有广泛的应用前景。但是大气等离子体刻蚀后元件存在表面形貌恶化的问题，严重影响元件的性能和使用寿命。进行氢氟酸刻蚀实验，证明了元件表面形貌的恶化是由氟碳化合物和表面凹坑微结构两个原因引起的。为了解释表面凹坑微结构的形成，提出基于micro-mask壁面反射增强理论的凹坑形成模型，并开展了样品表面旋涂金纳米颗粒充当micro-mask的刻蚀实验。实验结果验证了micro-mask壁面反射增强模型的正确性，为解决大气等离子体刻蚀后元件表面形貌恶化问题提供了新的思路和方法。

碳烟主要是烃类燃料不完全燃烧生成的产物, 其对人类健康、 空气质量以及燃烧装置的使用寿命都会产生有害影响。 碳烟生成是一个复杂的物理化学过程, 控制碳烟排放, 需要克服碳烟生成和燃烧过程中物理和化学演化的巨大差异, 这些差异表现为对碳烟纳观结构和表面官能团随碳烟氧化活性反应变化的深入探索研究。 近些年, 研究人员对碳烟的生成机理开展了系列研究, 对碳烟生成各个物理化学反应阶段有了一定认识。 结合光谱诊断技术可深入了解燃烧系统碳烟形成过程, 确定碳烟颗粒分子组成、 精细结构、 浓度分布等特征, 也可从碳烟结构变化、 黑体辐射强度等方面详细了解碳烟形成过程。 该文旨在阐述光谱诊断技术对烃类火焰碳烟表征的研究进展和发展趋势, 探讨LIBS, LII和LIF等作为诊断工具在包含背景辐射的火焰中检测碳烟生成过程产生辐射强度准确性等问题。 主要介绍了烃类火焰碳烟的形成机理(从前驱体产生、 生长到颗粒生成、 凝聚, 最后进行颗粒氧化)。 总结了探测碳烟性质光谱诊断方法的应用以及光谱诊断技术对燃烧过程中碳烟表征的研究现状, 包括对碳烟体积分数、 温度和基于图像处理的碳烟结构表征, 反应碳烟前驱体(多环芳烃)、 反应气氛、 温度等对碳烟颗粒物生成的影响。 最后, 对光谱诊断方法在碳烟中的应用进行展望。 未来光谱诊断方法将会呈现对碳烟生成化学反应机理进行更细致准确的研究、 降低不均匀碳烟对火焰图像造成影响、 优化光谱诊断测量方法对火焰中多种气体组分及生成碳烟浓度进行同时采集和实时在线监测等发展趋势。 光谱诊断方法和图像分析在均相燃烧火焰碳烟中的分析将为推动清洁燃烧和为非均相流动领域研究提供思路并具有重要的科学指导意义。

富勒烯和金属富勒烯具有独特结构和新奇电子特性, 在生物医药、量子、信息等领域具有巨大的应用潜力。然而, 如何提高产量是金属富勒烯走向实际应用的一个必须解决的关键技术难题。要高产量、高选择性的合成金属富勒烯, 弄清形成机理、开发新的合成方法是必由之路。本工作聚焦于全面剖析富勒烯和金属富勒烯的形成机理, 为突破其产能瓶颈探明道路。一方面, 利用密度泛函理论计算和分子动力学模拟富勒烯的形成过程, 指导优化富勒烯的合成条件。另一方面, 精确控制金属富勒烯合成的惰性气体压力、电弧区组分以及原料组成等条件, 制备了一系列具有特定结构和功能的金属富勒烯, 发展了金属富勒烯的高效制备策略。最后, 还探究了金属富勒烯形成后的保护方法, 并取得了一定成效, 为将来金属富勒烯的产业化奠定了坚实基础。

CsxWO3纳米棒因其优异的近红外吸收性能得到研究人员的广泛关注, 但目前水热法合成CsxWO3纳米棒存在易形成等轴状纳米颗粒, 或合成温度高, 需要后续处理等问题。本文以钨酸铵((NH4)6 W7O24·6H2O)、氯化铯(CsCl)、盐酸(HCl)和油胺(C18H37N)为原料, 在220 ℃水热反应24 h合成了直径和长度分别为10~20 nm和100~250 nm的Cs0.2WO3纳米棒。研究了溶剂、合成路径以及HCl对Cs0.2WO3纳米棒的物相和形貌的影响, 探讨了Cs0.2WO3纳米棒的形成机理, 测试了Cs0.2WO3纳米棒的红外吸收性能。结果表明: 过少和过量的HCl不利于合成Cs0.2WO3, 改变HCl和CsCl的加入顺序, 降低(NH4)6 W7O24·6H2O、CsCl和HCl间的反应速率, 有助于合成Cs0.2WO3纳米棒, 且Cs0.2WO3纳米棒的红外吸收性能优于等轴状纳米颗粒。

采用脉冲激光器实现了TC4钛合金/6082铝合金的焊接, 并用有限元分析软件对接头温度分布及界面处热循环进行了数值计算。根据激光焊接小孔效应的特点以及钛合金与铝合金间热物理学性质的差异, 并以熔化焊熔池形成过程及异种金属液态界面间的相互作用形式为依据, 建立了熔池金属流动模型, 阐述了钛/铝异种金属焊接过程中液态金属的流动特点, 解释了界面的形成过程与机理, 分析了接头在不同热输入条件下的断裂模式。试验结果表明：在钛/铝激光焊接过程中, 熔池内复杂的液流及多种影响因素使得反应界面呈不规则形态, 同时也影响了脆性金属间化合物TiAl、TiAl2和TiAl3的分布。在不同的热输入条件下, 反应界面形态与脆性金属间化合物的分布会发生改变, 接头的断裂模式也会有所不同, 接头的抗拉强度会随热输入的增大而降低。

利用水平热壁CVD方法，基于SiH4C3H8H2生长系统在n型4HSiC偏4°衬底上进行同质外延生长。通过Nomarski光学显微镜、激光共聚焦显微镜和拉曼散射光谱(Raman)，对外延层中的新形貌三角形缺陷——顶端有倒金字塔结构的三角形缺陷(IPRTD)的表面形貌、结构进行了表征，并根据表征结果提出了该新形貌三角形缺陷的产生机理。研究结果表明，IPRTD由3CSiC晶型构成；在外延生长中，位于IPRTD生长方向上游的位错缺陷所引起的表面吸附原子的2D成核生长是导致3CSiC晶型出现的主要原因。同时，外延生长过程中，生长速率和氢气刻蚀作用在［112-0］和［11-00］/［1-100］方向上的差异是导致IPRTD顶端具有倒金字塔结构的主要原因。

由于光学玻璃高硬度、高脆性和低断裂韧性的力学性能, 边缘损伤已成为光学玻璃加工的常见缺陷形式, 严重制约了加工质量的提高。基于BK7光学玻璃的钻削试验, 分析了孔入口和出口边缘损伤的基本特征; 利用脆硬材料的压缩断裂理论, 探讨了孔口损伤的形成机理; 研究了钻削参数对孔口损伤的影响规律。在此基础上, 初步探索了旋转超声钻削(Rotary Ultrasonic Drilling, RUD)和旋转超声啄式钻削(RUPD)工艺对孔口损伤的抑制效果。结果表明: “局部崩边”是孔入口损伤的主要形式, “整体剥落”和“不连续崩碎”相互叠加是孔出口损伤的表现形式; 金刚石磨棒端面磨粒的刻划切入所导致的亚表层侧向裂纹扩展是造成入口损伤的重要原因, 而中位裂纹扩展和轴向压溃是出口损伤的主要成因。RUD能够有效抑制孔口损伤, 其最大入口崩边尺寸和最大出口剥落尺寸分别为普通钻削的15%~50%和45%~65%。RUPD能够促进磨屑和脱落磨粒的排出, 因此可以获得更小的出口损伤。