Using density functional theory coupled with Boltzmann transport equation with relaxation time approximation, we investigate the electronic structure and predict the charge mobility for a new carbon allotrope, the graphdiyne for both the sheet and nanoribbons. It is shown that the graphdiyne sheet is a semiconductor with a band gap of 0.46 eV. The calculated in-plane intrinsic electron mobility can reach the order of 10(5) cm(2)/(V s) at room temperature, while the hole mobility is about an order of magnitude lower.

We summarize our recent progresses in developing first-principles methods for predicting the intrinsic charge mobility in carbon and organic nanomaterials, within the framework of Boltzmann transport theory and relaxation time approximation. The electron–phonon couplings are described by Bardeen and Shockley's deformation potential theory, namely delocalized electrons scattered by longitudinal acoustic phonons as modeled by uniform lattice dilation. We have applied such methodology to calculating the charge carrier mobilities of graphene and graphdiyne, both sheets and nanoribbons, as well as closely packed organic crystals. The intrinsic charge carrier mobilities for graphene sheet and naphthalene are calculated to be 3 × 105 and ∼60 cm2 V−1 s−1 respectively at room temperature, in reasonable agreement with previous studies. We also present some new theoretical results for the recently discovered organic electronic materials, diacene-fused thienothiophenes, for which the charge carrier mobilities are predicted to be around 100 cm2 V−1 s−1.

The combination of austenitic stainless steel and carbon steel can combine the advantages of both materials, offering superior corrosion resistance and environmental stability, while also providing high strength and good machinability. In this study, casting 45 steel and additive manufactured 316 L stainless steel were diffusion bonded at 900 °C under a pressure of 15 MPa in a vacuum environment for bonding time of 5, 20, 40, and 60 min. The interface behaviors, including void closure, interface grain boundary (IGB) migration, element diffusion and the development of interfacial layers were obtained and analyzed in detail. The interface transition zone from the 316 L stainless steel to the 45 steel consists of the metallic elements diffusion layer and the carbide layer. During the bonding process, the original bonding interface transformed into interface grain boundary (IGB) and IGB migrations occurred at the triple junction structures only from the 316 L stainless steel to the 45 steel under the effect of element concentration gradient. The interfacial voids would not move with the interface migrations but form a void residual layer and some small diffusion voids caused by the Kirkendall effect appear on the 316 L stainless steel. As the bonding time increases, interfacial voids transform from large irregular shapes to small rounded shapes due to plastic deformation and surface diffusion. The shear strength of the joints initially increases due to void closure and IGB migrations, reaching a maximum of 487 MPa at 40 min, but then decreases due to the large amount of carbides generated at 60 min leading to brittle fracture.

Abstract As an emerging ion acceleration plasma source, the bipolar-pulse high power impulse magnetron sputtering (BP-HiPIMS) discharge has been widely concerned by academia and industry due to its ability to adjust the ion kinetic energy. Formation of the double layer (DL) potential structure during the BP-HiPIMS positive pulse is very vital for accelerating ions, but its structure characteristics are still unclear now. In this work, to understand the DL characteristics affected by various discharge parameters, evolutions of plasma potential Vp and ion energy in BP-HiPIMS discharge with copper target has been investigated systematically via the emissive probe and mass spectrometer together. Spatial plasma potential measurements show that the DL is established in front of the target during the positive pulse, whose boundary potential drop UDL to accelerate ions can be increased to ~60 V at a lower operating gas pressure (p＝0.6 Pa) and a higher applied positive pulse voltage (U+＝200 V). The ignition onset time of DL after applying the positive pulse can be shortened to ~25 μs by decreasing the gas pressure and increasing the positive pulse voltage or negative pulse duration. After the DL ignition, a group of high-energy copper ions with energy higher than the surrounding plasma potential can be recognized in the ion energy distribution function (IEDF) curves at the downstream plasma. This result illustrates that the copper ions can be ionized at the high-potential plasma region and be accelerated by the DL boundary potential drop. In addition, a global current balance model of the DL in BP-HiPIMS is developed, which suggests that the UDL can be well adjusted by increasing the positive pulse voltage U+ especially for the U+＞200 V as verified by the experimental potential measurements.