三束材料改性国家重点实验室(大连理工大学)

概况简介

研究力量

科研支撑

研究领域(材料改性 薄膜合成 新技术研究)

建设管理

发展目标

主要成果(载能离子束与固体材料相互作用 全方位离子注入技术及等离子体辅助沉积技术 脉冲偏压电弧离子镀工艺基础研究 b型铁硅半导体金属硅化物的离子注入合成 激光表面处理工艺 电弧离子镀技术 微波ECR全方位离子注入 激光表面改性技术)

概况简介

三束材料改性国家重点实验室于1988年5月经国家计委批准正式开始筹建，1991年10月通过国家验收，作为原国家重点联合实验室的大连理工大学分部正式运行，2009年7月作为教育部重点实验室独立运行。历届学术委员会主任为杨福家院士（1991-2001）、闻立时院士（2001-2010）、周克崧院士（2010至今），历届实验室主任为马腾才教授（1991-1998）、董闯教授（1998至今）。

自1992以来，三束材料改性国家重点实验室承担国家级研究项目100余项；获省部级科技进步一等奖1项，省部级科技进步二等奖5项；发表SCI收录论文300余篇，获国家发明专利6项，出版学术专著3部。

研究力量

三束材料改性国家重点实验室拥有一支经验丰富、以激光束、离子束、电子束和低温等离子体材料改性和薄膜合成相关的基础和应用基础研究为主的科研队伍。其中国家杰出青年基金获得者3人、长江学者特聘教授4人、长江学者讲座教授1人。马腾才（博士生导师，实验室学术委员会副主任，基金委学科评议组专家成员）、杨大智（教授，博士生导师，实验室学术委员会委员，中国材料研究学会理事会理事，中国金属学会材料科学学会理事，中国有色金属学会材料科学与工程委员会形状记忆合金专业学术会委员副主任）、董闯（教授，博士生导师，实验室主任）、王晓钢（特聘教授，博士生导师，大连理工大学低温等离子体科学与工程中心主任，并兼任美国爱荷华大学教授级研究员）、王友年（长江学者特聘教授，博士生导师）。

科研支撑

在大连理工大学形成了以三束材料改性国家重点实验室为核心，以等离子体物理和材料科学与工程两个相关学科为主体，辐射到物理系、材料系、电气工程与应用电子技术系、信息学院、机械学院和化工学院等相关课题组的研究队伍。实验室所依托的等离子体物理和材料科学与工程分别是国家级重点学科和省级重点学科，并拥有材料科学与工程和物理学两个博士后流动站，拥有与激光束、离子束、电子束和低温等离子体材料改性和薄膜材料合成相关的硕士点4个。实验室重点设备有D8-Discover型高分辨X射线衍射仪、MTS纳米压痕仪、射频探针系统、LWS-500型激光焊接系统、超高真空多功能磁控溅射系统、微波ECR等离子体源离子注/渗系统、微摩擦磨损试验机、ECR-等离子体增强MOCVD系统 (ESPD-U)、射频感应耦合等离子体装置、强流脉冲电子束装置（低能电子炮）、Bulat-6 型多弧离子镀膜设备、MEEV IV 80-10 金属离子注入机等。

研究领域

实验室依托于材料学科和等离子体物理学科（国家重点学科），发挥学科交叉优势，致力于载能介质材料制备与改性技术及相关等离子体基础理论研究，包括等离子体技术与相关基本过程、等离子体及载能束表面工程、载能束及特种能场材料制备技术、材料改性中的材料科学基础问题，以满足国家在装备制造、光电信息、新能源和航空航天等产业领域的重大需求。

主要学术方向是从事激光束、电子束、离子束及低温等离子体的材料表面改性、薄膜材料合成以及材料改性新技术、新工艺的应用基础研究。承担了“973”、科技支撑、“863”、国家基金等国家级重大项目以及多个产业合作项目，开发了等离子体沉积与改性、强流脉冲束、激光等多种装置和工艺，具有材料设计与制备能力。

材料改性

以提高和改善材料的使用和服役性能为目的，侧重研究具有工业应用前景材料的表面改性技术与工艺；研究载能粒子与物质相互作用及材料改性机制，进而指导和优化材料改性技术和工艺；

薄膜合成

侧重研究光电和生物薄膜材料的制备工艺和薄膜材料特性；研究低温等离子体物理特性及低能粒子对薄膜生长行为的影响，揭示载能束和低温等离子体作用下的薄膜材料合成机制；

新技术研究

以脉冲技术为基础，发展强脉冲束流的材料表面深层改性技术和脉冲放电等离子体材料表面改性和薄膜制备技术；以多束混合思想为指导，发展具有多种复合功能的先进的材料改性和薄膜制备技术。

建设管理

实验室实行学术委员会领导下的实验室主任负责制，并设立了咨询委员会建立实验室与工业界、学术界和国外的联系，进而扩大实验室的合作与影响。实验室实行以岗定编、竞聘上岗，进而促进研究人员的流动，从而保证实验室的人才引进和研究队伍素质的不断提高。实验室以访问学者制度为对外开放的主体，吸引国内外高水平的学者来实验室内工作；同时以开放课题的形式资助具有一定创新思想的课题，从而扩大实验室对外开放的范围。实验室与俄罗斯、日本、法国、美国等建立了广泛项目合作和频繁人员往来，日益形成国际化的学术研究基地。

发展目标

实验室的进一步发展目标是：发挥实验室的多学科交叉优势，使实验室成为一个可以为多学科广泛利用的接口平台和信息汇集地；研制具有自己知识产权、国内领先、国际先进的基于等离子体技术的材料改性和薄膜制备技术及具有实际应用价值的薄膜材料；培养一批高水平的专业研究人才以解决国内在该领域内的急需，为国家在表面科学与工程领域的发展提供必要的人力资源。针对我国国民经济发展的需要, 瞄准载能束及低温等离子体材料改性和材料合成的发展前沿，在相关的基础和应用基础研究领域里，开展材料改性和材料合成的机理、技术和应用基础研究，将实验室建设成在材料改性领域里的国家一流、国际先进的科学研究中心、技术发展中心、信息服务中心和人才培养基地。

主要成果

载能离子束与固体材料相互作用

重点研究了载能离子与固体相互作用、强流脉冲电子束和激光束所导致的材料表面温度场、应力场的变化、低能粒子对表面原子扩散和薄膜生长的影响。在Phys. Rev. Lett.等国际权威性学术刊物上发表30余篇SCI收录论文，国际会议邀请报告1次，获得了国家自然科学基金重点和多项面上项目的支持。离子束与固体相互作用物理学的创始人之一、丹麦著名物理学家Sigmund教授于2000年对我们的研究工作进行了正面评述,他认为：是我们首次考虑了靶原子内壳层电子对分子离子能量损失的贡献。

全方位离子注入技术及等离子体辅助沉积技术

解决了高真空下磁控溅射的技术难题，实现了完全同步的全方位离子注入增强沉积，设计研制出我国第一台微波ECR放电等离子体源全方位离子注入增强沉积装置，目前已经进入第三代。在国际权威性学术刊物上发表论文18篇，其中在Phys. Rev. Lett.上发表论文1篇，获2001年辽宁省自然科学二等奖。

脉冲偏压电弧离子镀工艺基础研究

在具有多学科综合特点的技术基础问题实现重要突破，如低温机理、大颗粒减少机制、等离子体负载特性等，并掌握了其核心技术脉冲电源的参数及设计，所获得的硬质涂层具有组织均匀、高结合力、高耐磨性，且由于减少了大颗粒，使得制备纳米涂层成为可能。做国际会议邀请报告2次，国内会议邀请报告1次，并获得863项目的支持。

b型铁硅半导体金属硅化物的离子注入合成

b型铁硅相是重要窄带隙半导体金属硅化物，但难以制备高质量的单晶薄膜。该研究应用离子注入法合成掺杂的b型颗粒膜。研究结果被IUMRS-ICAM2003（国际材联先进材料2003会议）接收为邀请报告。课题还获得国家自然科学基金1项，在2000中国材料研讨会议薄膜分会上做邀请报告。非晶和准晶材料及其激光诱导自蔓延反应合成 获得国家杰出青年基金等项目支持。组织国际、国内相关会议各一次，国际会议邀请报告3次，国内会议邀请报告1次，申请专利3项，获2项基金支持。其中成份设计思想被接收在2003年重点基金指南。

激光表面处理工艺

完成了轧钢机用大滑板、大型冷冻机螺杆压缩机转子、船用冷冻机钢套、二氧化碳压缩机大型钢套等工件的激光表面处理工作，使处理后的表面硬度提高2-3倍，提高使用寿命3倍以上。

产业化技术

电弧离子镀技术

电弧离子镀是物理气相沉积离子镀的一种，是把弧光放电作为金属蒸发源的表面涂层技术。电弧离子镀具有镀膜速度高，膜层的致密度大，膜的附着力好等特点。在工具、模具的超硬镀膜、装饰镀膜等领域有广泛的应用。

微波ECR全方位离子注入

应用范围：各种刀具、模具经PSII或PSII-IBED 改性；各种薄膜（包括功能膜）的研制；印刷机易损部件表面改性；高分子材料改性；催化剂改性等。

ML系列朗缪尔探针系统

ML系列朗缪尔探针系统基于虚拟仪器原理设计，简化了硬件结构，抗干扰性强，工作可靠，能够灵活地用于不同特点的等离子体。

激光表面改性技术

激光相变硬化、激光熔凝强化、激光合金化，激光熔覆技术、激光加工系统。