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2014年 第20卷 第6期    刊出日期：2014-12-23

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特稿

基于Si₃N₄ 探针的单晶硅表面小线宽结构的摩擦诱导纳米加工

姚洋洋, 陈磊, 郭剑, 钱林茂

2014, 20(6):  669-679.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.04.006

摘要 ( 1271 )   PDF (8744KB) ( 659 )  

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针对传统纳米加工方法存在的操作复杂和成本昂贵等问题, 提出采用以表面自然氧化层作为掩膜, 结合Si₃N₄ 探针扫描和KOH 溶液后续选择性刻蚀的摩擦诱导纳米加工方法. 基于针尖半径对加工线宽影响的规律, 实现了单晶硅表面较小线宽沟槽结构的加工. 在此基础上, 通过研究沟槽深度随刻蚀时间的变化规律, 确定了最佳的刻蚀加工时间, 并详细研究了载荷以及针尖扫描次数对表面沟槽结构加工的影响规律. 该方法无需专门制备掩膜, 操作简单,有望应用于加工功能表面织构、表面微阀、微反应器及单电子器件等,为纳米结构的加工提供了新途径.

Effect of AIBI as Free Radical Initiator on Abrasive-Free Polishing of Hard Disk Substrate

REN Xiao-yan, LEI Hong, CHEN Ru-ling, CHEN Yi

2014, 20(6):  680-688.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.04.007

摘要 ( 1281 )   PDF (4656KB) ( 662 )  

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To optimize the existing slurry for abrasive-free polishing (AFP) of hard disk substrate, a water-soluble free radical initiator, 2, 20-azobis [2-(2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride (AIBI) is introduced to the H₂O₂-based slurry. The polishing results show that, the material removal rate (MRR) of hard disk substrate polished with H₂O₂-based slurry containing AIBI is obviously higher than that without AIBI. The acting mechanism of the improved MRR is investigated. Electron paramagnetic resonances tests show that, by comparison with H₂O₂ slurry, H₂O₂-AIBI slurry provides higher concentration of hydroxyl radicals. Auger electron spectrometer analyses further demonstrate that the oxidation ability of H₂O₂-AIBI slurry is much greater than H₂O₂ slurry. In addition, potentiodynamic
polarization tests show that the corrosion dissolution rate of hard disk substrate in H₂O₂-AIBI slurry is increased. Therefore that stronger oxidation ability and a higher corrosion dissolution rate of H₂O₂-AIBI slurry lead to higher MRR can be concluded.

材料科学与工程

无掩模选择性制备硅纳米线阵列及其光致发光

张帅1, 2, 吕文辉2, 史伟民1, 黄璐1, 杨伟光1, 刘进1

2014, 20(6):  689-693.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.002

摘要 ( 1347 )   PDF (2899KB) ( 448 )  

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基于金属辅助硅化学刻蚀发展了一种无掩模选择性区域制备硅纳米线阵列的方法, 并利用该方法成功制备了图形化的硅纳米线阵列. 扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM) 分析表明, 所制备的硅纳米线阵列是高质量的多孔微纳米结构, 并利用拉曼光谱仪研究了室温下硅纳米线阵列的光致发光特性. 结果表明, 硅纳米线阵列可实现有效的光发射, 发光波峰为663 nm. 该方法工艺简单、有效, 可潜在地应用于构筑硅基光电集成器件.

红土镍矿焙烧过程中的矿相转变及其对气体还原的影响

徐玉棱, 郭曙强, 卞玉洋, 陈松, 丁伟中, 谈定生

2014, 20(6):  697-700.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.025

摘要 ( 1587 )   PDF (3521KB) ( 711 )  

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研究了印度尼西亚红土镍矿焙烧过程中的矿相转变过程以及焙烧温度对混合气体 (V (CO) : V (O₂)=50 : 50)还原的影响. 采用差热/热重分析(differential scanning calorimeter/thermal gravimetric, DSC/TG)、比表面积分析法(Brunauer Emmett Teller, BET)、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)等方法综合考察了各因素对红土镍矿焙烧过程及其对后续还原的影响. 结果表明: 在焙烧阶段, 红土镍矿中的针铁矿在 300°C 左右脱除结晶水形成赤铁矿, 600~700 °C时蛇纹石分解形成无定形态硅镁酸盐, 且当温度继续升高时无定形态硅镁酸盐会结晶形成橄榄石; 利用混合气体 (V (CO) : V (O2)=50 : 50)还原红土镍矿时, 随着焙烧温度的升高, 镍和铁的金属化率也逐渐升高, 经700°C焙烧后, 还原产物镍的金属化率最高可达86.81%, 但是当焙烧温度超过橄榄石结晶温度时则不利于红土镍矿的还原, 镍的金属化率降至66.73%.

原位退火对CdZnTe 晶体性能的影响

张涛, 闵嘉华, 梁小燕, 滕家琪, 时彬彬, 王林军

2014, 20(6):  701-706.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.027

摘要 ( 1504 )   PDF (4219KB) ( 826 )  

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采用改进的垂直布里奇曼生长法生长CdZnTe(CZT)单晶, 并在晶体生长后期采取长时间的原位恒温退火. 采用红外透射显微镜、I-V 特性曲线以及多道能谱仪测试经过原位退火后的晶体内部Te 夹杂相分布、电阻率大小以及能谱响应. 结果表明, 原位退火可以大幅降低CZT 晶体内部大尺寸Te 夹杂相的密度, 晶体内绝大部分的Te 夹杂都集中在5 μm 以内. 此外, 原位退火后的晶体电阻率从4.54×10⁸ Ω·cm上升至3.73×10¹⁰ Ω·cm. 原位退火后的CZT晶体对 ²⁴¹Am@59.5 keV  射线表现出了良好的能量分辨率, 为7.29%.

海水养殖金色珍珠独特的吸收光谱及其微结构

严俊1, 刘培钧2, 张旭2, 俞丹燕2, 胡仙超3, 王小祥1

2014, 20(6):  707-714.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.024

摘要 ( 1854 )   PDF (6656KB) ( 700 )  

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通过紫外-可见(ultraviolet-visible, UV-VIS)吸收光谱、场发射扫描电镜(field emissionscanning electron microscope, FE-SEM)与傅里叶变换红外(Fourier transform infrared,FTIR)光谱对海水养殖金色珍珠(golden seawater cultured pearl, gold CP)的微结构及其吸收光谱特征进行了较系统的研究. 结果表明: 海水养殖金色珍珠外表面珍珠层“叠瓦状”结构的疏密程度在其表面的不同区域存在不同, 该特征可能是导致金色珍珠不同区域的紫外-可见吸收光谱存在差异的因素之一; 在由内向外的方向上, 接近珍珠核心处的珍珠层中未见单一的文石板片或棱柱结构, 而在珍珠层的中部及外侧区域均为文石板片结构; 珍珠层的外表面由多级结构构成, 其中单个珍珠层微米级的文石板片由纳米级文石小颗粒组成.

通信与信息工程

基于边缘特征学习的自然图像对称轴检测

沈为1, 2, 程小青1, 2, 曾丹1, 2

2014, 20(6):  715-725.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.03.012

摘要 ( 1733 )   PDF (10330KB) ( 749 )  

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主要研究计算机视觉中一个非常具有挑战性的问题——自然图像中对称轴的检测. 由于图像中杂乱的场景和物体形态的变化, 使得在自然图像中判断像素是否处于对称轴上是非常困难的. 为了解决这个难题, 考虑到边缘与对称轴的互补关系, 提出了2种边缘特征用于帮助对称轴的检测. 2种特征都定义在成对的边缘上, 分别是为了找到边缘强度高和到对称轴距离相等的成对的边缘. 在多尺度和多角度上提取这2种边缘特征, 把它们与底层描述子(颜色、亮度、纹理等)差分特征结合在一起, 在多示例学习的框架下检测自然图像中的对称轴.在SYMMAX300数据集上的实验结果证明了2种边缘特征能够提升对称轴检测的性能.

数理化科学

一个含对数核半离散的Hilbert 型不等式

杨必成1, 陈强2

2014, 20(6):  726-732.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.02.006

摘要 ( 1175 )   PDF (465KB) ( 512 )  

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应用权系数的方法、复分析技巧及参量化思想, 建立了一个具有最佳常数因子的、含对数核半离散的Hilbert 型不等式, 引入了多参数的最佳推广式及其等价式, 导出特殊参数下的齐次式.

一类亚纯系数高阶非齐次线性微分方程解与小函数的增长性

金瑾, 樊艺, 左建军, 武玲玲

2014, 20(6):  733-740.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.008

摘要 ( 1176 )   PDF (502KB) ( 495 )  

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利用亚纯函数的Nevanlinna值分布理论和微分方程方法, 研究了亚纯函数系数的高阶非齐次线性微分方程解与小函数的关系, 得到了一类高阶非齐次微分方程解取小函数时的精确估计.

一个初值控制动态问题解的存在性

童春1, 2, 王远弟1

2014, 20(6):  741-748. 

摘要 ( 929 )   PDF (553KB) ( 483 )  

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讨论了一个抛物型偏微分方程动态边值的初值控制问题. 在一定条件下得出了上下解的有序性, 并由此引入迭代序列讨论了整体解的存在性以及计算办法, 并给出了问题具有无穷多解的算例.

一胎多子的生灭分枝

王佳元1, 傅云斌1, 2

2014, 20(6):  749-756.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.010

摘要 ( 1110 )   PDF (327KB) ( 455 )  

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马氏生灭分枝树模型假定节点每次分娩当且仅当生产1个子节点.假定节点每次分娩的产子数是一随机变量的基础上建立了一胎多子的生灭分枝树演化模型，给出了模型的存在性证明，并研究生灭分枝树在不同时刻活着和死亡的节点数、连通分支的个数、任一节点在活着的条件下在不同年龄的子节点数、任一节点在临死前的子节点数

一类非线性反应-扩散方程的间断Galerkin谱元方法

吴华, 韩晓飞

2014, 20(6):  757-768.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.029

摘要 ( 1267 )   PDF (569KB) ( 529 )  

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提出了一类非线性反应-扩散方程的间断Galerkin 谱元方法, 在每个子区间上, 基本格式采用Legendre-Galerkin 方法, 非线性项采用Chebyshev-Gauss-Lobatto 插值, 跳跃项利用中心数值流量处理, 时间方向应用4阶低存储Runge-Kutta 格式离散. 该方法处理某些初值间断问题有效, 并可并行实现; 给出了该方法半离散格式下的稳定性和收敛性分析, 利用Chebyshev-Gauss-Lobatto 插值算子在不带权意义下的逼近结果, 获得了按L2-模的最优误差估计; 最后, 给出了连续问题和间断问题的数值算例.

凸体Legendre 椭球的体积

贺汕森

2014, 20(6):  769-777.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.030

摘要 ( 1254 )   PDF (3161KB) ( 670 )  

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通过2种方法得到了凸体Legendre椭球的体积公式, 并给出了有限条线段Minkowski和的体积公式; 作为应用, 举例计算了几个具体凸体的Legendre 椭球, 并利用Matlab 软件画出了相关图形.

钡铁氧体的太赫兹时域光谱

岳中岳, 金钻明, 李高芳, 马国宏

2014, 20(6):  778-783.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.026

摘要 ( 1122 )   PDF (2633KB) ( 803 )  

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利用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备了钡铁氧体和Al 掺杂钡铁氧体样品, 并利用太赫兹时域光谱(terahertz time-domain spectroscopy, THz-TDS)对样品进行了测试. 结果表明, 样品吸收谱在 0~1.2 THz 频段内随着频率的增大而增大, 钡铁氧体的折射率随频率的增大而减小; Al 掺杂的钡铁氧体样品的折射率随频率的增大而增大, 且Al 的掺杂导致钡铁氧体THz波段的折射率减小.

夹杂对铁电颗粒畴结构及性能的影响

宋亦诚1, 章莹2, 李宗赞1

2014, 20(6):  784-790. 

摘要 ( 967 )   PDF (4307KB) ( 438 )  

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采用相场方法模拟了内含夹杂的铁电颗粒的畴结构演化, 研究了夹杂对铁电颗粒畴结构和性能的影响. 研究发现, 铁电极化电荷在夹杂表面的聚集可导致电势的局部升高或降低,改变退极化电场, 影响夹杂边界区域的极化矢量的生长和偏转, 会增加畴结构的无序度; 该影响在夹杂数量较多以及尺寸较大时尤为明显. 最后, 通过模拟电滞回线发现了颗粒的铁电性随夹杂的增加显著减弱的现象. 因此, 在微型电子器件的应用中应尽量避免在铁电颗粒中出现夹杂.

土木工程

高黏性浆液在富水破碎带隧道涌水治理中的应用

程鹏达1, 付钢2, 刘保林2, 费敏锐1, 王道增3

2014, 20(6):  791-801.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.050

摘要 ( 1227 )   PDF (2884KB) ( 504 )  

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富水破碎带隧道的涌水常常会引起一系列地质灾害, 其中高黏性浆液作为一种治水材料, 在富水破碎带的治水过程中发挥了积极的作用. 实验测量得到了常用水泥浆液和高黏性浆液黏性随时间变化的规律, 并分析黏度变化对注浆治水的影响. 引入孔隙率、渗透率动态模型,建立了适用于富水破碎带注浆治水的流固耦合数学模型, 分析了高黏性浆液注浆过程中压力梯度、应变率和孔隙率变化, 确定高黏性浆液流动半径. 结合浅层填充挤压、深层高压挤密的注浆思路设置了排水减压孔, 参考计算结果设计试验方案. 通过监测隧道涌水量和检测钻孔取芯, 验证了数学模型和试验方案的合理性. 试验结果表明, 隧道涌水量下降了97%, 达到了封堵涌水的目的; 现场芯样充填饱满密实, 抗压强度较原始地层提高了2~4 倍, 围岩整体防渗性能和稳定性得到大幅提升. 该结果不仅验证了数学模型的合理性, 还为类似地层治水处理提供了新的思路.

大型拉拔直剪仪剪切盒的改装

高俊丽, 李晶

2014, 20(6):  802-812.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.04.005

摘要 ( 1187 )   PDF (7864KB) ( 437 )  

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针对现有大型拉拔直剪仪剪切盒不能进行土工合成材料之间或土工合成材料和颗粒材料之间直剪试验的状况, 在现有大型拉拔剪切仪的基础上, 根据试验要求和试验影响因素, 分别对该设备的上下剪切盒进行了改装. 在下剪切盒内放置可固定土工合成材料的Ⅱ字型板架,并通过在上剪切盒内放置内置挡板或可固定土工合成材料的钢板2 种方式, 使加载方式能实现柔性承压和刚性承压. 利用改装后的设备, 对光面土工膜-砂土界面、光面土工膜-土工布界面进行了直剪试验, 试验结果与其他同类材料直剪试验结果较为吻合, 证明对该设备的改装是合理可行的. 最后, 对加肋土工膜-砂土界面、加肋土工膜-土工布界面进行了一系列直剪试验,进一步验证了该设备改装后的稳定性.