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。
合肥光源光束线站新型真空安全联锁系统设计
刘群;陈留国;李芳;贾文红;汪啸;贺博;光束线站真空安全联锁是保障同步辐射光源储存环的运行安全与线站关键设备安全的重要系统。文章阐述了合肥光源新建成的金华光束线站真空安全联锁系统的最新设计方法。基于新型的高性能可编程控制器PLC(Programmable Logic Controller)和开放的软件平台EPICS 7(Experimental Physics and Industrial Control System)分布式控制系统架构，同时采用虚拟化技术，开发了全新的光束线站真空安全联锁系统。在系统远控的OPI界面开发上，采用Python脚本一键自动生成，提高了系统开发效率。此次设计在确保系统安全性和可靠性的同时，系统的性能以及用户人机交互的体验都得以提升。这些设计方法为正在建设的合肥先进光源的光束线站控制提供了技术储备和实践经验。
高加速寿命试验在裂解源装置可靠性测试中的应用
陈冬冬;郭维;张朱锋;谢斌平;高汉超;裂解源是超高真空分子束外延（MBE）设备的核心部件，可用于生长诸如GaAs、InP、GaSb等多种III-V族化合物半导体外延材料。由于MBE使用过程中超高真空不易获取的特点，对裂解源的可靠性有很高的要求。文章探讨了分子束外延设备用砷裂解源装置高应力加速试验的原理和方法，针对裂解源的特点设计了加速老化试验方案。根据高温度应力加速模型，确定了裂解源的温度组合加速因子，设计出相应的试验任务剖面，并且根据试验方案得出裂解源的平均失效间隔时间（MTBF）大于5000 h。该方案为可靠性指标较高、受试样机数量紧缩的真空装置、科学仪器等设备的可靠性验证问题提供了工程应用参考。
热氧老化效应对航天器橡胶密封性能的影响研究
史纪军;王莉娜;孙立臣;张进;郭飞;綦磊;刘恩均;郭崇武;密封性能是航天器橡胶密封系统的关键指标，橡胶材料密封性能的劣化规律直接决定航天器橡胶密封系统的使用寿命。目前，针对橡胶密封性能变化规律的研究多集中于材料宏观接触性能或橡胶材料特定力学性能变化的定性研究，少有基于橡胶密封泄漏通道的泄漏率计算方面的定量研究。文章针对航天器用三元乙丙橡胶材料，基于接触面泄漏通道和分子流气体流动特征构建了微观泄漏模型，泄漏率的理论计算结果得到了测试结果的验证。基于时温等效理论，测试橡胶材料压缩永久变形，并构建热氧老化数学模型以预测橡胶材料的寿命。获得橡胶材料在经过不同条件的热氧老化后的应力-应变本构关系，并将测得的本构关系应用于橡胶密封性能分析的有限元模型中。根据测得的热氧老化前后橡胶材料表面微观形貌，以及计算的接触压力和接触宽度变化情况，建立考虑热氧老化效应的橡胶密封微观泄漏模型。计算不同热氧老化效应影响下橡胶密封的泄漏率，用泄漏率测试结果验证理论计算结果。
基于NS-DSMC方法的质谱光电离源仿真研究
高世俊;黄俊;何子阳;毕海林;王旭迪;刘成园;杨玖重;许鸣皋;潘洋;研究质谱的离子传输气体动力学特征对理解和提升质谱仪器灵敏度具有重要意义。基于纳维-斯托克斯（NavierStokes）方程和直接蒙特卡洛（Direct Simulation Monte Carlo）方法联用，可以计算获得气体从大气压连续流到真空稀薄流的流场特征，进一步与电场仿真耦合，可以获得离子的传输与空间分布信息，评价离子光学器件性能。工作基于光电离质谱，构建了毛细管进样、光电离源和取样锥的组合结构模型，建立了离子传输跨流态多物理场仿真方法，得到了两种结构光电离源电极对离子传输效率的影响，并利用自制光电离飞行时间质谱装置验证了仿真方法的可靠性。工作为复杂流场和电场环境下质谱光电离源及离子传输装置设计提供了理论指导依据。
八面体模型理论应用：泡沫陶瓷的比表面积
刘培生;程伟;杨春艳;基于多孔材料八面体结构模型，通过适当的数学处理方法，作者获得了此类材料的比表面积计算公式。本文通过若干泡沫陶瓷产品比表面积的实践研究，对该计算公式进行了系列的实践应用和验证。既涉及不同材质的泡沫陶瓷产品，也涉及不同结构的泡沫陶瓷产品。研究结果显示，本表征公式既可较好地计算不同材质的泡沫陶瓷的比表面积，也可较好地计算不同结构的泡沫陶瓷的比表面积。这说明本表征公式对泡沫陶瓷比表面积的计算具有良好的实践能力。考虑到前期对泡沫金属良好的验证结果，可认为本表征公式对所有多孔材料的比表面积均具有良好的计算实践能力。
超导加速模组水平测试平台真空泵站结构分析与优化
赵凡;李菡;尉伟;岳泰;李靖国;孙兴中;本文以超导加速模组水平测试平台的束流真空泵站为研究对象，开展结构仿真分析和多目标优化设计，以满足其安全性和轻量化要求。首先，基于静力学仿真和子模型技术，分析真空泵站的强度和刚度并提出优化方案。随后，通过中心复合设计（CCD）方法和参数化仿真获得试验样本空间，建立克里金（Kriging）代理模型并进行响应面分析。最后，采用多目标遗传算法（MOGA）求得帕累托（Pareto）最优解，并对优选方案进行仿真验证。结果表明：优化后的真空泵站其最大等效应力为76.116 MPa，最大变形量为0.47151 mm，而泵站质量相比优化前仅增加了0.25%，优化结果满足多目标优化的设计要求，证明了所述多目标优化方法的可行性。本文研究内容可为加速器领域真空腔体的设计优化提供参考。
基于PIC/MCC模型与溅射模型的直流磁控溅射工艺仿真
江璐萍;温慧;张权治;磁控溅射作为一种高效、可控的物理气相沉积技术，广泛应用于大面积镀膜。本研究采用粒子/蒙特卡洛模型模拟直流平面磁控放电过程，并结合基于蒙特卡洛方法的溅射模型模拟靶材溅射及溅射原子的输运。在5 mTorr工作气压和-300 V的外电压条件下，系统研究磁场分布（改变磁控靶中内磁钢的尺寸）、离子诱导二次电子发射系数以及电阻值分别对磁控放电中等离子体特性和表面溅射的影响。结果表明，正交电磁场对电子的约束作用导致等离子体主要分布在磁场与靶面平行的区域。相较于改变内磁钢宽度，调整其高度对磁场分布的影响更为明显。降低内磁钢高度可以导致平行于靶面的磁场位置发生明显变化，从而使等离子体密度由倾斜分布形貌转变为垂直靶面分布，离子更加垂直入射到靶面。并发现溅射原子呈现近各向同性运动特征，随着基片与靶面间距增大，到达基片的原子通量逐渐降低但均匀性显著提升。
大型低温测试平台绝热支撑腿的结构设计与性能分析
吴清浩;杨庆喜;史根木;环向场（Toroidal Field，TF）和极向场（Poloidal Field，PF）磁体是国际热核聚变实验反应堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）的关键部件。在超导磁体低温测试平台（Magnet Cryogenic Test Bench，MCTB）中进行TF和PF磁体性能验证时，需要支撑腿为磁体提供结构支撑。为了避免支撑腿对磁体施加过大的热负荷，影响实验结果，支撑腿的绝热结构设计显得尤为重要。基于TF和PF磁体的结构特点，本文采用了两种不同形式的支撑腿结构，并使用独立冷却板并辅以G10绝缘板作为支撑腿的绝热结构。为验证支撑腿绝热结构的性能，本文利用Fluent软件对液氦出口温度进行了数值模拟，并将模拟获得的液氦平均温度施加于流道壁面，结合Workbench稳态热模型计算磁体所承受的热负荷。仿真结果表明，支撑腿绝热结构的设计满足其绝热性能要求，为大型低温装置支撑系统的绝热结构设计与性能验证提供了参考依据。
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。
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。
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。
