二维有机半导体晶体是利用分子间的范德瓦耳斯力进行自组装生长的单晶材料。本质上的单晶属性使其具备优异的电学特性。更重要的是，二维极限下增强的界面特性能够大幅调控器件行为，为构建多功能界面器件提供可能。此外，充分暴露的电荷输运沟道和极少的晶面内缺陷能够为研究本征的有机电子输运特性创造可能。目前，对于二维有机半导体晶体的生长工艺研究已经取得了较大的进展，但是从理论层面上研究二维晶体生长的自组装过程仍然十分匮乏。本工作利用添加剂辅助结晶技术成功制备出二维有机半导体晶体，并通过偏光显微镜和原子力显微镜对二维晶体进行了全面的表面形貌和结构表征。通过SEM结合EDS技术对关键的形核界面进行了结构和组成的表征以研究晶体生长的机制。研究结果表明：在添加剂界面上，生长材料能够稳定形核，并计算出添加剂构建的有利界面能够将形核势垒降低为SiO2界面上的1/5。这项工作充分展现了生长界面对于晶体生长的关键作用，并从理论上揭示了界面的调控行为，为二维有机半导体晶体的生长工艺设计提供了可靠的思路。
二维有机半导体晶体 生长机制 界面调控 形核界面 形核势垒 界面接触角 two-dimensional organic semiconductor crystal growth mechanism interface regulation nucleation interface nucleation barrier interface contact angle
基于密度泛函理论，计算分析了CH3基团在含有过渡金属元素Ti、V、Ni、Mo的孕镶金刚石颗粒硬质合金基底表面的吸附能、Mulliken电荷分布、电荷密度差和态密度(density of states, DOS)等一系列性质，研究Ti、V、Ni、Mo对孕镶金刚石颗粒硬质合金基底化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)金刚石涂层形核阶段的影响及其作用机理。计算结果表明：与CH3基团在WC表面及金刚石表面的吸附相比，Ti、V、Ni、Mo与C原子间有较强的弱相互作用，这使得其对CH3基团有更强的吸附能力(其中Ti>V>Mo>Ni)；吸附能力大小与各原子的价电子结构相关，含有Ti元素的表面对CH3的吸附最稳定；CH3基团与Ni原子间更易发生电荷的转移形成共价键，Mo有利于促进CH3基团的脱氢反应；形核阶段适当添加Ti、V、Ni、Mo这几种过渡金属元素将有利于增加形核密度，改善CVD金刚石膜基界面结合强度。
金刚石涂层 过渡金属 吸附 第一性原理计算 形核密度 化学气相沉积 diamond coating transition metal adsorption first-principle calculation nucleation density chemical vapor deposition
1 清华大学机械工程系, 北京 100084
2 北京理工大学机械车辆学院, 北京 100081
3 清华大学化学系, 北京 100084
物质的结晶在生物制药、大分子结构分析等领域有着重要的应用,这些应用对结晶结果(包括晶体数量、大小、晶型等)提出了一定的需求,而通过蒸发溶剂或改变温度使溶质析出结晶的传统方法,存在结晶结果难以控制的问题。近年来,超快激光在调控晶体形核生长中的应用得到了关注和研究。超快激光以其超快、超强的特点,在调控晶体形核与生长方面具有独特的作用,且具有热影响区域小、适用材料范围广等优势。本文综述了超快激光调控晶体形核生长过程的研究进展,主要包括超快激光诱导结晶形核、控制晶体生长过程以及晶面图案化加工三个方面,并对超快激光调控晶体形核生长研究的应用前景进行了展望。
激光技术 超快激光 结晶 形核 晶体生长
1 上海大学材料科学与工程学院,省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室,上海 200444
2 奧趋光电技术(杭州)有限公司,杭州 311106
氮化铝(AlN)具有超宽禁带宽度(6.2 eV)、高热导率(340 W/(m·℃))、高击穿场强(11.7 MV/cm)、良好的紫外透过率、高化学和热稳定性等优异性能,是氮化镓基(GaN)高温、高频、高功率电子器件以及高Al组分深紫外光电器件的理想衬底材料。物理气相传输(PVT)法是制备大尺寸高质量AlN单晶最有前途的方法。本文介绍了AlN单晶的晶体结构、基本性质及PVT法生长AlN晶体的原理与生长习性。基于AlN单晶PVT生长策略,综述了自发形核工艺、同质外延工艺及异质外延工艺的研究历程,各生长策略的优缺点及其最新进展。最后对PVT法生长AlN单晶的发展趋势及其面临的挑战进行了简要展望。
AlN单晶 自发形核生长 同质外延生长 异质外延生长 AlN crystal PVT PVT spontaneous growth homoepitaxy heteroepitaxy
1 西安理工大学材料科学与工程学院, 西安 710048
2 攀枝花学院生物与化学工程学院, 攀枝花 617000
基于石墨烯低压化学气相沉积技术, 通过调控甲烷流量对比研究了传统生长腔和气相捕获腔中石墨烯在铜箔衬底上的形核生长特点。结果表明, 与传统 生长腔相比, 气相捕获腔能够将石墨烯的形核密度降低3个数量级, 并促使石墨烯晶核快速长大。同时, 气相捕获腔能够为石墨烯提供一个稳定的生长环境, 有利于制备晶格完美的石墨烯晶畴, 并为石墨烯晶畴的融合提供更多的有效活性碳原子, 加速石墨烯晶畴之间的融合, 提高石墨烯薄膜的质量。在此基础上分 析了气相捕获腔对石墨烯低压化学气相沉积形核生长的影响机理。
石墨烯 低压化学气相沉积 气相捕获腔 铜箔 形核 生长 graphene low pressure chemical vapor deposition vapor trapping chamber copper foil nucleation growth
华中科技大学武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430074
随着轻量化、结构功能一体化的强劲需求, 高强铝合金复杂精密零件在航天航空等领域应用广泛, 但因其焊接性能和铸造性能差, 传统加工方法难以制备。激光选区熔化成形(SLM)技术是制备该类零件的最有前景的新方法。高强铝合金对激光吸收率低、热导率高、易氧化、含大量易烧损合金元素, 有很强的热裂倾向, 成形难度极大, 因此目前其SLM成形技术远落后于其他材料。但是由于其广阔的应用前景, 近几年发展迅速。总结了国内外高强铝合金激光选区熔化成形的研究现状、发展趋势及存在的主要问题。
激光技术 激光选区熔化 高强铝合金 热裂纹 异质形核 激光与光电子学进展
2018, 55(1): 011402
1 五邑大学信息工程学院，广东江门 529020
2 广东工业大学自动化学院，广州 510006
针对毛杆折痕难以检测问题，将非线性流形的思想引入到折痕识别领域。提出运用流形核函数与局部保持投影相结合的方法进行毛杆特征提取。首先基于区域图像构造协方差矩阵作为图像特征，利用仿射不变度量作为样本点的距离测度。然后通过定义的黎曼核函数选择流形上的近邻点，使得近邻点的选择符合数据呈非线性流形的假设，并结合数据类别信息构造相应的核矩阵。最后利用局部保持投影算法对毛杆图像进行降维。实验结果表明，本文算法能够有效克服光照不均和残余绒毛等外部因素影响，具有较好的稳健性和较高的识别率。
羽毛杆折痕 黎曼流形 流形核 局部保持投影 feather quill crease Riemannian manifold manifold kernel locality preserving projections
