2026年 07期
基于光腔衰荡吸收光谱技术的极小真空分压力校准设备研究进展
张树雨;成永军;贾文杰;董猛;孙雯君;为进一步降低真空分压力的测量下限并解决传统真空计量仪器周期性校准等问题，开始采用光量子技术进行真空分压力的测量与校准。该方法基于光腔衰荡吸收光谱（CRDS）技术实现气体吸收系数的高精度测量，并依据相关公式反演气体分子数密度，进而获得对应气体的真空分压力量值。文章基于CRDS技术发展，系统梳理了光腔衰荡吸收光谱技术的出现与发展过程，展示了其在真空分压力领域的非侵入、高灵敏度、免校准等独特优势，并通过兰州空间技术物理研究所典型极小真空分压力校准装置的研制过程结合相关仿真结果从理论层面验证了CRDS技术在极小真空分压力测量领域的可行性。最终分析表明，CRDS技术在未来有望实现更低压力量值测量，推动真空计量向便携化与绝对标准化方向发展。
地外星球中甲烷来源检测方法
周德蓉;王斐;郭美如;寻找地外生命迹象是当前深空探测的核心目标。甲烷(CH4)作为结构最简单的有机物，不仅是行星中复杂有机物合成的前体，也是示踪生命活动与地质演化过程的核心标志物，因此对其来源的检测分析具有重大意义。不同成因机制赋予了甲烷独特的同位素特征，使得同位素组成成为判别其来源的关键。文章首先介绍地球上甲烷的来源与分析依据，重点对比了适用于深空探测任务的原位光谱与质谱探测技术，以及基于采样返回的实验室高精度分析方法，探讨了相关技术的原理与典型应用，研究表明，凭借现有技术可以在深空探测中对地外星球表面的甲烷进行存在性验证与浓度检测，但对于生命迹象的探测存在显著的不确定性。最后对当前探测技术的局限性与未来发展趋势进行了总结与展望。
基于质谱法的水蒸气透过率测试系统设计及实验研究
王国栋;张世恒;李建文;刘强;陈景明;何志斌;余锡友;水蒸气透过率是评估薄膜阻隔性能的关键技术指标，目前常用的检测方法精度较低，测量量程有限。基于气体分子渗透理论，开展了不同温湿度真空环境下的水蒸气透过薄膜的吸附、溶解、渗透、扩散及脱附的物理过程的研究，分析了阻隔性能的测试方法及其测试系统的基本特征，提出以质谱法分析技术为核心的高精度水蒸气透过率测试系统设计方案。开发了测试系统装置，实现了系统经针阀微量取样、四极质谱仪精确测量透过薄膜的水蒸气分压，通过理论公式换算得到水蒸气透过率，解决了传统方法测试精度低的技术难题。同时，实验研究了不同温湿度条件下PET薄膜水蒸气透过率的性能特征及影响因素，得到了影响薄膜阻隔性能的特征曲线。结果表明：温湿度升高会增大气体室水蒸气浓度，增大吸附速率和扩散系数，加剧分子热运动，导致水蒸气透过率增大，阐释了温湿度调控PET薄膜阻隔性能的物理机制，为优化高精度水蒸气透过率测试系统的设计提供了理论依据与工程设计参考。
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，文章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。
Ti/Al摩尔比对CrTiAlN硬质膜硬度及耐磨性的影响研究
高健;李秀荘;李佳遥;张钧;本研究在固定Cr含量约63 at%、N含量44–46 at%及沉积工艺一致的条件下，通过系统调控Ti/Al摩尔比，采用磁控溅射制备了一系列CrTiAlN硬质膜，探究了Ti/Al摩尔比对膜层相结构、力学性能及摩擦学行为的影响。结果表明，随Ti/Al摩尔比降低，膜层相结构经历“Fcc-(Cr,Ti,Al)N单相固溶体、Fcc-(Cr,Ti,Al)N饱和固溶体到Fcc与w-AlN两相共存”的演变，微观形貌相应由致密柱状晶转变为球状团簇。硬度、结合力与摩擦系数均呈非单调变化。当Ti/Al摩尔比约1.12时，膜层性能达到优化，硬度～2100 HV，结合力>33 N，稳态摩擦系数～0.15且曲线平滑。该性能源于Fcc过饱和固溶强化与致密膜层组织的协同效应。Ti/Al比过高（>2.08）则固溶强化不足；Ti/Al比过低（<0.64）则w-AlN析出致Fcc结构受损，结晶度下降，同时引起硬度下降、摩擦系数上升至0.45。对力学性能的综合分析，确定了优化Ti/Al摩尔比区间为0.6-1.2，此区间内膜层硬度≥1800 HV、结合力≥30 N，保持稳定耐磨性能。
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，文章采用基于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，文章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。
JCPY-4.2D真空镀膜机器人设计仿真与性能试验
袁虎成;朱文丽;刘强;张世国;针对大型复杂曲面工件真空镀膜的高精度、多层膜系制备需求，研发JCPY-4.2D真空镀膜机器人系统。该机器人采用5自由度直角坐标+回转结构设计，适配工作温度15℃～120℃、工作压力2×10-3 Pa环境下的磁控溅射镀膜，可实现30 kg负载下±1 mm重复定位精度和±3 mm靶基距控制精度。通过SolidWorks完成本体结构建模与干涉校验，基于ANSYS开展关键部件静力学仿真，利用Unity3D开发数字孪生实时仿真系统，结合EtherCAT总线实现多轴协同控制。预验收与终验收实验结果表明：机器人真空环境下最大运动速度达2.87 m/min（满足3 m/min设计要求的95.7%），重复定位精度实测0.78 mm，所镀制3300 mm×1300 mm×800 mm异形工件ITO薄膜方阻均匀性为±4.37%，优于±5%的技术指标。该机器人系统解决了复杂曲面跟踪镀膜难题，为航空航天、军工等领域大型精密构件的镀膜加工提供了可靠技术方案。
W波段修正矩形环对角双杆行波管研究
何锐;汤鹏;廖永森;高嘉欣;魏望和;当代真空电子技术的发展，对行波管的工作频段、工作带宽以及电子效率提出了更高的要求。为了迎接下一代卫星通信领域里新的挑战，文章开展W波段修正矩形环对角双杆慢波结构行波管研究。在详细分析行波管慢波结构的高频特性基础上，获得了平坦色散、高互作用阻抗的矩形环对角双杆慢波结构参数，而采用相对较细的连接杆可以获得更大的互作用阻抗。采用侧面共面输入输出耦合器，在70-110 GHz频带范围内获得了S11<-22.1 dB的良好传输。PIC计算结果表明，在10250 V电子注电压和0.096 A工作电流的条件下，矩形环对角双杆行波管在99 GHz频点处可以提供77.15 W的最大输出功率，对应微分增益和电子效率分别为1.47 dB/mm和7.84%，其3 dB带宽达到14 GHz(87～101 GHz)。
负压隔膜泵结构优化及性能验证
雷月霞;吴兵;曹俊峰;巩创军;负压隔膜泵通过隔膜往复运动实现流体输送，具备深度真空抽取与高压流体压缩的功能，在精密流量及真空控制等领域得到广泛应用。负压隔膜泵所能达到的负压值及负压稳定性是影响流量、噪声和负载振动的关键，文章基于减小隔膜形变占用体积以提高隔膜泵负压性能的原理，提出了增大隔膜刚性支撑横梁尺寸、降低偏心轮偏心量的高负压隔膜结构设计优化方法；并对其改进优化效果进行了实验验证。实验结果表明，改进优化后的负压隔膜泵相比改进前，稳态负压值提升4.8%，输出流量增加7.0%，运行噪声声压级降低11.1%，关键测点振动加速度降低34.9%；加速老化后的各项性能指标衰减程度也有显著降低。所提出的结构优化设计方法能有效实现负压隔膜泵在高负压、低扰动方向上的性能定向提升，同时也增强了产品的耐久性与可靠性。
HfO2栅介质调控IGZTO薄膜晶体管电学性能及稳定性
邹米捷;吴敏芳;郑定山;在显示与柔性电子领域，铟镓锌锡氧薄膜晶体管(IGZTO TFTs)凭借高迁移率、低漏电流及优异的光学透过性，成为推动下一代高分辨率显示、透明电路及柔性传感技术发展的核心器件。高k栅介质材料具备优异的电荷调控能力，可有效降低器件工作电压与亚阈值摆幅，对提升TFTs性能至关重要。本研究采用射频磁控溅射技术，分别以二氧化硅(SiO2)和高k介电材料二氧化铪(HfO2)为栅介质层制备了IGZTO TFTs。研究表明，通过HfO2栅介质与IGZTO有源层的界面调控及栅压调制，显著优化了器件载流子传输特性，实现了低电压驱动与低亚阈值摆幅，有效提升了器件的电学性能与稳定性。相比于SiO2/IGZTO TFTs，所制备的HfO2/IGZTO TFTs展现出更优异性能，阈值电压由-7.34调控至0.35 V，亚阈值摆幅由0.827降低至0.096 V/decade，迁移率由30.3提升至45.8 cm~2V(-1)s-1。器件稳定性进一步得到提升，在负偏压应力(NBS)和正偏压应力(PBS)下的阈值电压偏移ΔVth分别为-0.21 V和-0.11 V。结果表明，室温下制备的兼具高迁移率与高稳定性的HfO2/IGZTO TFTs在未来高分辨率显示及先进柔性电子等领域有着广阔的应用前景。