人物专栏
刘益春
《真空科学与技术学报》主编
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期刊简介
《真空科学与技术学报》(http://cjvst.cvs.org.cn) 是由中国真空学会主办，中国科学技术协会审定的国家级自然科学技术刊物，被中国科技核心期刊目录、北大核心期刊目录、Scopus数据库收录，是中国科学引文数据库来源期刊。学报刊发真空获得、改进、检测、应用的中文及英文研究论文，涉及物理、化学、工程、材料、生物等多学科的交叉。2025年1月，学报成立第十届编委会，现任主编为东北师范大学刘益春院士。50人的编委队伍有两院院士5人，国家级领军人才30余人，真空相关企业界代表10余人，具有广泛的代表性。
沉积时间对射频磁控溅射制备DLC膜结构与性能的影响
康健东;王俊儒;曹亚南;吕相银;陈宗胜;李志刚;时家明;王亚辉;常亚婧;刘丽萍;张金花;针对车载热成像系统红外窗口在红外增透与耐腐蚀性能的应用兼容需求，文章采用射频磁控溅射在硅基上制备不同沉积时间(1、2、3、4 h)的DLC薄膜。通过SEM、拉曼和XPS对薄膜的形貌、化学键合表征，结合3–5μm波段透过率测试与24 h中性盐雾试验，研究沉积时间对DLC薄膜红外透过性能与耐盐雾腐蚀性能的影响规律。结果表明，随沉积时间增加，薄膜厚度逐渐增加，sp2/sp3比值由1.31升至1.62，表明石墨化趋势增强，同时膜基界面缺陷由无到有并逐步加剧。而3–5μm波段平均透过提升率呈先升后降趋势，由1 h的26.36%提高至2 h的29.86%，由厚度匹配带来的干涉增透效应。随后下降至4 h的7.86%，透过性能衰减主要源于界面缺陷诱发的散射增强与石墨化加剧导致的吸收上升的协同作用。24 h盐雾试验表明，仅1 h样品无起皮/脱膜现象，其余样品的起皮/脱膜现象则是因为sp3含量下降导致结构稳定性降低以及界面缺陷协同作用。研究为车载红外窗口DLC镀层工艺优化提供了实验数据支撑。
高能同步辐射光源束流真空设备安装与检漏
刘天锋;郭迪舟;董海义;刘佰奇;田丕龙;孙晓阳;朱邦乐;杨奇;张磊;李琦;王徐建;黄涛;马永胜;孙飞;邓秉林;杨雨晨;何平;高能同步辐射光源（HEPS）作为具有极高亮度和极低发射度的国际先进的第四代光源，其对真空系统的密封性和洁净度提出了严苛要求。真空检漏与残余气体分析是保障真空系统性能达标的关键环节。文章系统论述了HEPS储存环真空系统在安装、调试与运行阶段的真空检漏策略与实践。重点阐述了利用氦质谱检漏仪的真空模式法的检漏方案，详述了定位各类漏点（如焊缝缺陷、密封圈安装不当等）的流程与解决方案，并分析了检漏过程中仪器界面的典型响应特征。同时，文章深入探讨了四极质谱仪（QMS）在真空系统调试中的双重作用：一方面作为高灵敏度的检漏工具，辅助定位了氦质谱检漏仪在难以检漏情形下的疑难漏点；另一方面，作为残余气体成分分析的关键设备，系统测量并对比了储存环有束流加载前后真空腔内的残余气体谱图。研究证实了所采用的检漏方法与分析策略的有效性与可靠性，为HEPS储存环真空系统的达标与稳定运行提供了坚实保障，其经验对同类大科学装置的真空质控与分析具有重要的参考价值。
基于高性能IDTBT纳米线薄膜的光电突触晶体管
洪嘉杰;杨尊先;郭太良;研究聚焦于IDTBT纳米线/CsPbBr3钙钛矿复合薄膜晶体管的研发制备，基于IDTBT有机聚合物链的微纳限域调控策略，采用纳米线模板印刷工艺，成功实现了聚合物链在成膜过程中的聚集优化，并将纳米线薄膜精准转移至目标衬底。大幅提高了IDTBT有机薄膜的晶体管性能。基于此方法构建的异质结突触器件，其电学性能亦得到了显著优化，并在光电协同作用的机制下，成功模拟了人类大脑的学习遗忘过程及图像感知功能，对未来实现人工视觉系统具有重要意义。
温度对石墨烯基复合材料吸氢性能的影响
曾海玲;陈叔平;史超帆;姚淑婷;以氧化石墨烯（GO）为基底，负载氧化钯（PdO）、炔基化聚乙烯醇（Alkyne-PVA）的新型纳米复合吸氢材料（AlkynePVA-(GO-PdO)），在低温储运领域有良好的应用前景。为研究温度对Alkyne-PVA-(GO-PdO)吸氢性能的影响，通过自组装法制备了Alkyne-PVA-(GO-PdO)样品，利用拉曼光谱、X射线衍射、扫描电镜、傅里叶红外对样品进行了表征分析。采用静态膨胀法对材料在不同温度下的吸氢性能进行了测试，绘制吸附等温线。结果表明，Alkyne-PVA-(GO-PdO)在20℃、50℃、80℃的饱和吸氢量分别为1412.58 Pa·L/g、1604.82 Pa·L/g、2133.76 Pa·L/g，其吸氢性能随温度的升高而提高。这归因于AlkynePVA-(GO-PdO)复杂的反应机理和特殊的化学结构。Alkyne-PVA-(GO-PdO)的吸氢过程不仅涉及PdO、Alkyne-PVA与氢气的反应和中间产物钯的催化反应，还有氢气的扩散过程。温度升高促进了PdO与氢气反应产生的水分子的脱附、提高了钯的催化性能、加快氢气的扩散，有效提高Alkyne-PVA-(GO-PdO)的吸氢性能。文章系统探究了Alkyne-PVA-(GO-PdO)复合材料的吸氢反应机理，为复合材料的实际应用提供了理论依据与实验参考。
涡轮分子泵跨流态模拟及结构灵敏度分析
蒲小琴;匡永麟;杜志华;王晓冬;针对超高真空获得中以氢气为代表的轻气体难以有效抽除，以及涡轮涡轮分子泵在跨流态(由分子流向过渡流转变)区域抽气效率显著衰减及结构设计缺乏理论指导的问题，本文采用基于 OpenFOAM 的直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法，建立了涡轮级二维叶列的数值计算模型。在验证了模型网格无关性并与Kruger理论值及Sawada实验数据进行对比验证的基础上，系统研究了不同流态下入口压力、转速比及结构参数(节弦比、叶列倾角)对抽气性能的敏感性规律，并利用等值线图揭示了工作压力与主要几何参数间的耦合影响规律。结果表明：随着流态从分子流进入过渡流，分子间碰撞频率增加导致抽气性能呈对数级下降，且高压下转速提升带来的性能增益逐渐饱和；Hmax在节弦比约为 1.2 时达到峰值，而Kmax随节弦比增大单调递减；最优叶列倾角存在随压力升高向小角度漂移的现象。此外，针对氢气压缩比极低的特性，本文从微观分子运输与碰撞机理层面解释了分段节弦比和变角度叶型等变参数涡轮叶列的物理合理性，为高性能涡轮分子泵的结构提供了理论依据。
脉冲电压大小对2024铝合金表面沉积DLC薄膜性能调控机制研究
刘晗程;孙舒雅;陈东旭;邓洪运;采用等离子体增强化学气相沉积技术，在2024铝合金表面沉积类金刚石（DLC）薄膜，研究了脉冲电压对薄膜微观键合结构、表面形貌以及整体服役性能的影响。结果表明，随脉冲电压升高，薄膜厚度不断增大，氢含量及C–H键逐渐减少，sp杂化键含量升高，表面粗糙度呈先降低后升高的趋势，在1800V时薄膜最为平整且致密。薄膜与基体的结合强度随电压增加而降低，高电压下内应力显著增大。薄膜硬度和弹性模量随电压先升高后降低，在1800V时分别达到16.75GPa和139.4GPa，同时摩擦系数最低、H/(Ef)值最高，表现出优异的耐磨性能。在3.5 wt%的NaCl介质中，DLC 薄膜作为有效的物理屏障，显著抑制了基体的电化学腐蚀过程。其中1800 V 电压下制备的薄膜展现出最大的阻抗与极低的孔隙率，具备最优异的综合耐蚀性能。脉冲电压作为关键工艺参数，调节了等离子体密度与轰击能量，从而主导了薄膜力学特性与化学稳定性的演化规律，进而影响DLC薄膜的力学性能及腐蚀行为。相应机理为铝合金表面高性能DLC防护涂层制备奠定了坚实的理论基础。
锆掺杂氧化镁-金薄膜二次电子发射性能研究
陈慕尧;杨济世;彭友炜;吴胜利;李洁;胡文波;随着真空电子技术的发展，一系列仪器设备需利用高增益、快响应、长寿命的电子倍增器来提升综合性能。为满足真空电子领域对高性能电子倍增器的需求，本文研究了一种基于锆掺杂的氧化镁-金薄膜。利用Materials Studio软件的CASTEP模块对MgO掺杂Zr的情况进行第一性原理计算，分析几何优化后超晶胞的电子结构得出，进行Zr掺杂后晶体禁带宽度变窄、特定晶面的功函数降低，为后续实验提供支撑。利用磁控溅射法进行薄膜制备，测定其二次电子发射性能并与MgO-Au薄膜进行对比，通过多种表征手段深入分析薄膜性状，结果显示，与MgO-Au薄膜相比，0.06%～0.18%的Zr掺杂含量能够有效改善薄膜二次电子发射性能，逐步提升Zr掺杂含量会使薄膜二次电子发射性能优化程度先升高后降低，Zr掺杂含量为0.12%时效果最优，为该薄膜的工程应用提供了重要的工艺窗口参考。
低真空节流元件内颗粒团聚与沉积仿真研究
王泽涛;张克杰;华伟健;阮仁晖;刘鹤欣;闫昊;车军;武中地;谭厚章;本研究通过数值模拟的方法研究了低真空条件下(4000 Pa)UF6气流中的亚微米UO2F2颗粒(0.2 μm和1 μm)在管道内的团聚和沉积特性。在欧拉-拉格朗日框架下构建了用于描述气固两相流中颗粒团聚和沉积的动力学模型，其中团聚模型考虑了湍流团聚和布朗团聚，沉积模型是基于能量守恒的临界速度模型。在此基础上研究了节流件结构、气体流量和粒径对颗粒沉积和团聚特性的影响规律。结果表明：低真空条件下，带孔板的管道和带阀门的弯管内，惯性分离是颗粒沉积的主要机制，大粒径颗粒的沉积比例高于小粒径颗粒。在带孔板的管道内，颗粒主要受回流气体夹带而沉积在孔板下游管道壁面，沉积位置的形状呈环状和柱面形状；增加气体流量会增加孔板上下游的压比，使孔板下游局部位置的气体达到超声速，增大回流区强度，卷吸更多颗粒，进一步增加颗粒的沉积比例。在带阀门的管道内，颗粒主要沉积在附近存在回流区的管道壁面，沉积位置的形状呈特有的3个环状(低流量下)或柱面形状(高流量下)。由于孔板的节流效应大于阀门，孔板管道内颗粒的惯性分离作用更显著，因此孔板内颗粒的沉积比例更高。湍流耗散率和碰撞核函数的分析表明，带孔板的管道内，气体流量为90 g/s时，湍流碰撞和布朗碰撞在颗粒长大过程中贡献相似；其他工况下，布朗碰撞在颗粒长大过程中贡献大于湍流碰撞。
溅射沉积技术的发展及其现状
杨文茂,刘艳文,徐禄祥,冷永祥,黄楠论述了溅射沉积薄膜技术的发展历程及其目前的研究应用状况。二极溅射应用于薄膜制备,揭开了溅射沉积技术的序幕,磁控溅射促使溅射沉积技术进入实质的工业化应用,并通过控制磁控靶磁场的分布方式和增加磁控靶数量,进一步发展为非平衡磁控溅射、多靶闭合式非平衡磁控溅射等,拓宽了应用范围。射频、脉冲电源尤其是脉冲电源在溅射技术中的使用极大地延伸了溅射沉积技术的应用范围。
划痕法综合评定膜基结合力
瞿全炎;邱万奇;曾德长;刘正义;用划痕实验探索了综合表征膜基结合力的方法。在瑞士CSM仪器的微划痕测试仪(Micro-Scratch Tester,MST划痕仪)对真空多弧离子镀设备制备的WC-Co/TiN膜基结合力进行划痕实验,系统地介绍了如何利用MST划痕仪所测的声发射数据、摩擦力数据及光学、电子扫描划痕形貌来综合评定膜基结合力,并用WS-92划痕仪对评定结果进行验证。评定结果表明,单一的声发射图谱或摩擦力曲线不能准确判定膜基结合力的表征值临界载荷,声发射图谱、摩擦力曲线与划痕形貌综合评定临界载荷结果才可信。WS-92划痕仪测量的结果验证了MST划痕仪评定结果的准确性。
非平衡磁控溅射及其应用
董骐,范毓殿磁控溅射镀膜技术由于其显著的特点已经得到广泛的应用。但是常规磁控溅射靶表面横向磁场紧紧地束缚带电粒子，使得在镀膜区域的离子密度很低，一定程度上削弱了等离子体镀膜的优势。通过有意识地增强或削弱其中一个磁极的磁通量，使得磁控溅射靶的磁场不平衡，可以大大提高镀膜区域的等离子体密度，从而改善镀膜质量。此外还讨论该项技术目前的发展状况。
直流反应磁控溅射制备二氧化钛薄膜的光催化性研究
董昊,张永熙,杨锡良,沈杰陈,华仙,蒋益明,顾元壮,章壮健在磁控溅射器中用钛板作阴极 ,采用直流反应磁控溅射在玻璃基板上制备二氧化钛薄膜 ,溅射气体为氧、氩混合气体 ,O2 与Ar比例为 1∶2 ,溅射总气压范围为 0 5～ 6 65Pa ,溅射时基板温度范围为 1 0 0～ 40 0℃ ,薄膜厚度范围为 1 4 0～ 1 1 0 0nm。XRD结果显示薄膜具有纯锐钛矿结构或锐钛矿和金红石的混合结构。在高的基板温度和适宜的溅射总气压下制备的薄膜以及厚度较厚的薄膜在紫外光照射后 ,有较好的光催化性
电磁超材料研究进展及应用现状
郭阳;杜硕;胡莎;李策;杨盛炎;顾长志;利用电磁波传递能量和信息一直是备受人们关注和重视的研究课题，因为它在通讯、能源、环境、医药等多应用领域中都扮演重要的角色。近年来，随着微纳米制造技术的进步，超材料的出现为解决传统电磁技术的瓶颈问题（如光路体积大、结构复杂、功能单一等问题）提供了新思路和新机会。得益于超强的电磁场调控能力，这些材料不仅能够实现传统光学元件的诸多功能，而且还能实现很多自然界不存在的、奇异的电磁响应和特性。本文将结合作者近年来的研究工作，对超材料的研究进展和发展趋势进行综述，主要思路是根据调控的电磁波自由度对超材料进行分类和阐述。最后作者还将介绍基于相变材料的主动调控超材料。
原子层沉积技术的发展现状及应用前景
魏呵呵;何刚;邓彬;李文东;李太申;随着微电子行业的发展,集成度不断提高、器件尺寸持续减小,使得许多传统微电子材料和科技面临巨大挑战,然而原子层沉积(ALD)技术作为一种优异的镀膜技术,因其沉淀的薄膜纯度高、均匀性及保行性好,还能十分精确地控制薄膜的厚度与成分,仍然备受关注并被广泛应用于半导体、光学、光电子、太阳能等诸多领域。本文简要介绍了ALD技术的原理、沉积周期、特征、优势、化学吸附自限制ALD技术和顺次反应自限制ALD技术及ALD本身作为一种技术的发展状况(T-ALD,PEALD和EC-ALD等);重点叙述了ALD技术在半导体领域(高k材料、IC互连技术等)、光学薄膜方面、纳米材料方面、催化剂的应用和新成果。最后,对ALD未来的发展应用前景进行了展望。
刀具涂层的研究进展及最新制备技术
王铁钢;张姣姣;阎兵;刀具涂层是机械加工行业实现高效率、高精度、高柔性和绿色制造的有效途径,其优异的综合性能不仅可延长刀具的使用寿命,而且能大幅度提升机械加工效率和零件的表面加工质量,尤其针对钛合金、高温合金等难加工材料的切削,极大降低了加工成本。文章概述了刀具涂层的特点、类别及刀具涂层材料的应用,总结了化学气相沉积技术、物理气相沉积技术、物理化学气相沉积技术的原理及优缺点。阐述了刀具涂层的发展历程,即从常用涂层到纳米复合涂层、功能梯度涂层等新型涂层,并对新型刀具涂层和最新制备技术的发展做了简单的分析与介绍。
溅射沉积技术的发展及其现状
杨文茂,刘艳文,徐禄祥,冷永祥,黄楠论述了溅射沉积薄膜技术的发展历程及其目前的研究应用状况。二极溅射应用于薄膜制备,揭开了溅射沉积技术的序幕,磁控溅射促使溅射沉积技术进入实质的工业化应用,并通过控制磁控靶磁场的分布方式和增加磁控靶数量,进一步发展为非平衡磁控溅射、多靶闭合式非平衡磁控溅射等,拓宽了应用范围。射频、脉冲电源尤其是脉冲电源在溅射技术中的使用极大地延伸了溅射沉积技术的应用范围。
