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。
LaB6阴极材料及其在电推进领域应用研究进展
王一凡;张忻;刘静静;周身林;康小录;杭观荣;六硼化镧(LaB6)以其低逸出功、高熔点、高电导率、低蒸发率、耐离子轰击能力及稳定的物理化学性质等特点，成为备受关注的电子发射材料，广泛应用于高分辨电子显微镜和电推进系统等领域。LaB6具有简立方晶格结构，La原子位于B6八面体框架中，每个La原子具有3个价电子，其中2个价电子与B原子形成化学键，另外1个价电子相对自由，可以在框架结构内自由穿梭，使得LaB6具有良好的稳定性和优异的电子发射能力。文章详细介绍了多晶和单晶LaB6的制备方法、电子发射性能及性能优化措施，在LaB6应用方面重点介绍了其在电推进领域的应用进展，尤其对近年来国内外电推力器用LaB6空心阴极的最新研究和应用进展进行了总结，并在此基础上分析和展望了LaB6电子发射材料发展存在的技术难点以及未来的研究和应用方向。
真空加速键合界面水逸散机制的研究
郭梓萱;张腾巍;胡志超;高才;王旭迪;氢氧催化键合强度受键合溶液参数、固化时间和温度等多种因素影响，在常温环境下固化需要等待4周才能完成键合，低温加热虽然可以加速固化、缩短时间，却无法适用于热敏感精密器件。为解决这一问题，文章创新性地提出了真空辅助氢氧催化键合的方法，通过真空环境加速键合界面水的逸散，以Hertz-Knudsen方程为基础，利用双腔室超高真空系统结合四极质谱仪实时监测水分压（表征水逸散通量），搭配微量天平测量样品失重（表征水逸散量），并通过键合强度测试来验证工艺有效性。结果表明，真空环境下，键合界面水逸散通量较常压显著提升；预键合后经24 h常压固化+4 h真空处理后，平均键合强度达11.31 MPa，固化周期从4周缩短至28 h，且满足热敏感精密器件需求。研究证实，真空是促进键合界面水逸散的高效方式，修正H-K方程可描述其加速机制。
基于相位校正的新型回旋管准光模式变换器设计
田德成;张瑞;赵国慧;王勇;田露;相位作为电磁场分布的重要信息，在回旋管准光模式变换器的设计中起着关键作用。文章围绕相位校正完成了170GHz,TE31,8模式回旋管准光模式变换器设计。基于标量衍射积分理论与快速傅里叶变换（FFT）方法，设计了混合型辐射器，该结构支持任意形式的内壁扰动，并在辐射口径处实现98.7%的矢量高斯含量。此外，结合高斯波束传播理论，利用相位差算法优化设计了三级镜面系统，有效提升了波束的横向输出效率与高斯模式纯度，并将结果与传统KatsenelenbaumSemenov(KS)算法进行对比分析。仿真结果表明，相位差算法校正效果更佳，最终波束在输出窗上的标量高斯含量可达99.6%，矢量高斯含量达98.2%。
大功率真空四极管放大器建模和优化设计
王志宇;李艳东;王旭东;李慧君;雷钰;翟港佳;杨家齐;付浩然;郭际;针对大型粒子加速器与核聚变装置中射频功率源系统的关键需求，文章系统研究了大功率真空四极管放大器的精确建模与多目标优化设计方法。通过建立包含空间电流分配、极间电容效应及热致跨导衰减的非线性等效模型，精确描述了四极管在高频、高功率条件下的电气特性。基于负载线分析与十三点法确定了静态工作点，并采用多目标遗传算法（NSGA-II）对阳极电压利用系数栅极电压负载阻抗行动态优化，以实现效率、线性度（IMD3）与功耗的Pareto最优权衡。实验验证表明，优化后的放大器在44.5 MHz频点实现150 kW输出，效率达71.35%,IMD3改善至-29.1 dB，较传统设计提升显著。文章为高功率射频系统提供了从精确建模、静态设计到动态优化的解决方案，显著提升了大科学装置中功率放大器的性能与可靠性。
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。
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，本文开展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70-110GHz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10250V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)。
弧形转子的叶片弧度对套轴式对转水力空化反应器空化性能影响的研究
庄鹏;管思桐;王彩霞;周子谦;葛艺;宋永兴;水力空化技术是一种新型高效氧化技术，广泛应用于工业废水处理、能量转化和环境保护，具有成本低、能效高、操作简便等优点。本文根据实验室已有的套轴式对转水力空化反应器，提出三种不同弧度的弧形转子，研究叶片弧度和转速对套轴式对转水力空化反应器性能的影响，利用Fluent软件进行了模拟计算和参数对比分析。结果显示，叶片弧度与转速共同影响空化表现。2400r/min时，60°叶片空化最强但区域集中，空化体积为331564.1mm3，90°叶片性能均衡，120°叶片最弱；3000r/min时，120°叶片空化体积达到最大，60°和90°叶片性能也提升；4200r/min时，60°和120°叶片因流场失稳性能下降，而90°叶片凭借流道设计优势性能持续增强，稳定性最好。本研究创新性地设计了双转子对转空化反应器，利用逆向旋转克服了单转子结构的空化不均问题，实现了全域强化。
基于PIC-MCC方法对溅射离子泵放电过程的研究
李冬;张浩;王丰;张颖志;叶琳琳;汪良;赵崇凌;袁方;溅射离子泵抽气性能依赖于复杂的放电过程，涉及粒子碰撞、气体电离等微观机制，直接影响其电离效率、抽速及低气压下的稳定性和寿命。传统实验方法成本高、条件苛刻，而数值模拟高效可控，其中粒子模拟方法因其较高精度和对非平衡态的适用性已成为研究放电过程的重要手段。现有研究多聚焦宏观参数，缺乏对带电粒子微观运动和电磁场动态影响的深入分析。本文采用粒子网格法（PIC）结合蒙特卡洛碰撞（MCC）方法，通过VSim软件三维数值模拟，揭示了高真空下电子和离子在不同压力、磁场及电压等条件下的分布与运动特性，明确了这些关键参数对粒子运输、密度分布、离子流的影响机制，为后续溅射产额的精确计算与抽速优化提供理论基础，并为泵性能提升与结构优化提供可靠的技术支撑。
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。
