一种可用于轻气炮加载实验中的光散射测试技术

本文报道了一种用于气炮动态加载实验中的在线光散射测试技术。该实验技术具有技术简单、激发光源工作电压低、光源响应时间短、光源输出功率稳定的优点。利用该实验技术研究了水在多次冲击压缩过程中的相变行为,发现当水被冲击压缩到约2GPa以上时,其透明性开始下降。经分析认为水的透明性下降是由水的液-固相变引起的。     

动态荷载下石英玻璃的透光性及损伤演化研究

在一级轻气炮上,利用光透射测量技术观测了石英玻璃在冲击（低于它的Hunoniot弹性极限）以及冲击后再卸载过程中的透射率随时间变化特征.发现石英玻璃在18 GPa附近的冲击条件下,15 μs内保持了良好的透明性.但处于压缩透明状态的石英玻璃在卸载波的作用下其透明状态仅维持约07 μs,透射率在随后的08 μs内下降了约30%.这一现象是由石英玻璃在卸载波的作用下发生损伤所致.透光性的时间效应与玻璃中局部损伤及演化特性密切相关,球状粒子的生长和散射模型对这一现象给出了合理解释.对Dolan等人［关键词： 石英玻璃 冲击 卸载 散射     

冲击加载条件下融石英对水的凝固相变的诱导效应

利用轻气炮冲击加载手段和透光性在线测试技术研究了融石英对水的再冲击结冰相变过程的影响.实验结果表明,当再冲击压力为1.28 GPa时,与融石英直接接触的水会发生凝固相变,而与融石英不接触的水在约2 μs观测期间仍然保持液相,证实融石英对水的冲击凝固相变过程产生了明显的诱导作用.同时还给出了相变动力学的解释. 关键词： 冲击 水 相变     

飞机结冰过程的传热研究

基于液/固相变的基本理论,对飞机结冰过程中冰层和液膜的传热特性进行了研究,建立了考虑固/液相区传热特性及固/液、气/液界面同时移动条件下的传热模型,并采用该模型对飞机结冰过程中的冰层和水膜生长特征进行了分析.研究表明,所建模型考虑了固、液相区的传热过程及液/固相变的非线性特征,对冰层生长速率及冰型特征有着较好的预测作用.     

纳米多晶铁的冲击相变研究

利用分子动力学方法研究了不同晶粒度的纳米多晶铁在冲击压缩下的结构相变过程,模拟结果表明:纳米多晶铁的冲击结构相变(由体心立方(bcc)结构 α 相到六角密排(hcp)结构 ε 相)发生的临界冲击应力在15 GPa左右.纳米多晶铁在经过弹性压缩变形后,晶界导致的塑性变形开始发生,然后大多数相变从晶界成核并最终发展为大规模相变.不同变形过程在应力和粒子速度剖面上能得到清晰的体现,并通过微观原子结构分析分辨.冲击压缩后的微观结构以晶界原子和以fcc结构原子充当孪晶界的hcp原子为主.晶粒度明显影响晶界变形及相变 关键词： 冲击相变 纳米多晶铁 冲击波 分子动力学     

多元醇固—固相变机理的研究

多元醇在一定温度下发生固—固相变,大量文献都报道了它们的固—固相变焓、相变温度以及相图,并认为相变焓与氢键有关.本文以IR 光谱测试结果以及量热实验结果为基础,定量探讨了NPG(neopentylglycol),PG(pentaglycerino),PE(pentaerythritol)的固—固相变焓与氢键的关系,进一步解释了相变的机理:NPG,PG,PE分子在发生固—固相变前,—OH形成分子间氢键,分子具有层状结构.相变后,NPG,PG,PE分子沿着层面移动,移动过程中部分氢键断裂,分子发生相变时所吸收 关键词： 固—固相变 相变焓 氢键 红外光谱     

考虑非傅立叶效应的固液相变分子动力学模拟

采用耦合双温度模型的分子动力学方法对飞秒激光照射金箔的固液相变过程进行了模拟研究,利用序参数法对固液原子进行判定从而确定了金箔发生相变时的固液界面位置和温度,对基于傅立叶定律的抛物线模型和考虑非傅立叶效应的双曲线模型模拟得到的结果进行对比分析,在此基础上采用耦合双曲线模型的分子动力学方法研究了激光能量密度和脉冲宽度对金箔相变过程的影响.结果表明,当激光作用于金箔时,金箔上表面首先熔化,固液界面随时间不断向金箔底部移动,并且在相同条件下,双曲线模型下的金箔熔化深度和固液界面温度均大于抛物线模型的结果.当考虑非傅里叶效应时,激光能量密度越大,固液界面温度越高,金箔熔化时间越短;激光脉冲宽度越小,固液界面温度越大,金箔熔化速度越快.     

脉冲激光-铜靶等离子体产生及其演化过程的瞬态光谱研究

应用时间分辨光谱技术, 研究了高能量纳秒脉冲激光作用下铜靶表面等离子体产生及演化的物理过程. 实验中相互作用区固-气-液三相对激光能量的吸收明显地反映于激光反射强度随时间的演化中, 使得靶表面物质形态的改变导致激光反射强度随时间呈双峰分布.同时, 随着激光峰值功率密度的增加, 靶面等离子体(气)-固-液相变发生的时间相应提前.因此, 这些瞬态性质是诊断激光-固体靶相互作用中靶面物质相变时间的有效方法.     

镁铝合金的冲击熔化行为实验研究

采用反向碰撞实验技术,结合具有高时空分辨率的全光纤激光干涉测速技术,对镁铝合金开展了极端动态压缩条件下的动力学行为实验研究,获得了镁铝合金在30～73 GPa压力范围内的Hugoniot和声速实验数据。深入的数据分析表明,所获得的Hugoniot数据与早期的Hugoniot数据一致,但是纵波声速却呈现出明显的向体波声速转变的趋势,对应冲击加载下镁铝合金的固-液熔化相变,相变压力区间为40～57 GPa。     

Bi在固液混合相区的冲击参数测量及声速软化特性

冲击相变与熔化作为材料特性的一项重要研究内容,对于多相物态方程构建具有重要意义.本文利用追赶稀疏原理和阻滞法,基于火炮加载技术获得了17.3—28.3 GPa范围内纯铋(Bi)的高精度声速数据和Hugoniot参数,分析了声速软化规律,得到固-液混合相区Bi材料声速随压力的近似线性递减关系C=3.682-0.015p,并进一步确定Bi的冲击熔化压力区间为18—27.4 GPa.同时,Bi/Li F界面速度剖面的预期平台段在固液混合相区表现出渐进爬升的异常特征,分析认为,该现象与Bi材料的非均匀熔化动力学行为及冲击熔化完成时间尺度较长有关.     

Phase transition of shocked water up to 6 GPa:Transmittance investigation

The phase transition behaviors of the shocked water are investigated by employing an optical transmittance in-situ detection system. Based on the light scattering theory and phase transformation kinetics, the phase transition mechanism of the water under multiple shocks is discussed. The experimental data indicate that the evolution of the transmittance of the shocked water can be broadly divided into three stages: relaxation stage, decline stage, and recovery stage. In the early stage of the phase transition, the new phase particles began to form around the quartz/window interface. It should be mentioned that the water/ice phase boundary seems to move toward the liquid region in one experiment of this work. Due to the new phase core being much smaller than the wavelength of the incident light, the transmittance of the sample within the relaxation stage remains steady. The decline stage can be divided into the rapid descent stage and the slow descent stage in this work, which is considered as the different growth rates of the new phase particle under different shock loadings. The recovery stage is attributed to the emergence of the new phase particles which are bigger than the critical value. However,the influence of the size growth and the population growth of the new phase particles on the transmittance restrict each other, which may be responsible for the phenomenon that the transmittance curve does not return to the initial level.     

Kinetic study of phase transformation of n-octane using hydrothermal diamond anvil cell

A kinetic study of phase transformation of n-octane has been performed using a hydrothermal diamond anvil cell. The results show that pressure has a negative effect on the solid–liquid reaction rate. The increase of pressure can accelerate the liquid–solid transformation rate. Upon the liquid–solid transformation, the light transmittance showed a decreased trend with time in the early stage, which was caused by the formation of a large quantity of crystal nuclei. In the later stage, the light transmittance almost remained the same, thus indicating a growth stage of crystal nuclei. The activation volume yields a value of 2.16×10^?5 and –1.35×10^?5 m³/mol for the solid–liquid and liquid–solid transformations. Based on the obtained activation energy, the solid–liquid transformation is dominated by the interfacial reaction and diffusion, and the liquid–solid transformation is controlled by diffusion. This technique is an effective and powerful tool for the transformation kinetics study of n-octane.     

气炮加载实验中光学窗口透射率测量技术及其应用

报道一种用于气炮加载条件的窗口透射率测量技术。该技术将一种激发电压低(4.5 V)、响应时间快(约500 ns)、输出功率稳定的半导体脉冲光源设置在弹丸内部,在碰靶前激发出光,作为照明光源,用于观测透明样品/窗口在加载过程中的透射率变化。将该技术用于石英玻璃冲击透明性研究,发现石英玻璃在经冲击压缩再卸载到水的过程中,其透射率下降了近30%,该结果不支持文献中所给出的液态水压致固化的解释。     

基于几何遮蔽效应和法拉第旋光效应耦合的磁流体偏振光透过率

根据几何遮蔽效应和法拉第旋光效应耦合原理给出的解析表达式,通过数值模拟计算,研究了磁流体的纵场诱导偏振光透过率及磁流体的浓度、液态介电常量、磁性颗粒磁偶极矩热能比和单位磁性颗粒团聚体所含磁性颗粒数量四个参量的变化对其偏振光透过率的影响.结果表明,磁流体的浓度、液态介电常量和磁性颗粒磁偶极矩热能比对其偏振光透过率有显著影响,低浓度样品的偏振光透过率随着纵向磁场强度的增大而线性增加,而高浓度样品则随着纵向磁场强度的增大呈现振荡变化的特性.在一定范围内,磁流体偏振光透过率随其液态介电常量ε_liquid和磁性颗粒磁偶极矩热能比μ_d/(kT)的变大而增加.而单位磁性颗粒团聚体所含磁性颗粒数量对其偏振光透过率没有影响,磁流体参量依赖的偏振光透过率在低磁场区域和高磁场区域有明显区别.提出了磁流体纵场诱导偏振光透过率在几类光子器件中的可能应用.     

基于几何遮蔽效应和法拉第旋光效应耦合的磁流体偏振光透过率

根据几何遮蔽效应和法拉第旋光效应耦合原理给出的解析表达式,通过数值模拟计算,研究了磁流体的纵场诱导偏振光透过率及磁流体的浓度、液态介电常量、磁性颗粒磁偶极矩热能比和单位磁性颗粒团聚体所含磁性颗粒数量四个参量的变化对其偏振光透过率的影响.结果表明,磁流体的浓度、液态介电常量和磁性颗粒磁偶极矩热能比对其偏振光透过率有显著影响,低浓度样品的偏振光透过率随着纵向磁场强度的增大而线性增加,而高浓度样品则随着纵向磁场强度的增大呈现振荡变化的特性.在一定范围内,磁流体偏振光透过率随其液态介电常量εliquid和磁性颗粒磁偶极矩热能比μd/(kT)的变大而增加.而单位磁性颗粒团聚体所含磁性颗粒数量对其偏振光透过率没有影响,磁流体参量依赖的偏振光透过率在低磁场区域和高磁场区域有明显区别.提出了磁流体纵场诱导偏振光透过率在几类光子器件中的可能应用.     

应变液晶散射偏光片的试制

介绍了聚合物分散液晶(PDLC)和应变液晶(SLC)以及散射偏光片的概念,实验制备了应变液晶散射偏光片样品,样品由两张胶片夹层聚合物分散液晶膜在紫外光固化过程中施加剪切应力所形成。给出了样品偏光显微镜照片和可见光分光光度计偏光特性光谱分析。实验结果表明,应变液晶散射偏光片样品外观半透明,在正交偏光场中转动样品有颜色变化,通过样品观察液晶显示器屏幕,在不同角度下有透射和散射作用,在偏光显微镜中观察样品有衬垫料被拉动的痕迹,光谱分析显示样品在绿光550nm波长处最大透光率T∥≈50%,最小透光率T⊥≈5%,偏振度P≈82%。实验结果对于研制实用的拉伸液晶散射偏光片具有参考意义。     

Optical model of transient light scattering in ferroelectric liquid crystals

A static optical model is developed for the effect of field-induced transient scattering on coherent light transmission through ferroelectric liquid crystals. Scattering processes are described by introducing an optically anisotropic medium containing scatterers (transient domains). The results presented in the paper are obtained for a plane parallel layer of ferroelectric liquid crystals with a planar helicoidal structure under normal illumination with a linearly polarized plane wave. An analysis is presented of the coherent transmittance of the layer in static applied electric fields.     

Coherent transmittance of a polymer dispersed liquid crystal film in a strong field: Effect of correlation and polydispersity of droplets

A method for computing the coherent transmittance of a film of polymer dispersed nematic liquid crystals aligned by an external field in the case of an oblique incidence of light is developed, and a theoretical analysis of this quantity is performed. The effects of close packing are considered in terms of the interference approximation of the theory of multiple wave scattering. The correlation arising in the spatial distribution of polydisperse droplets is taken into account by introducing partial distribution functions. It is shown that an increase in the concentration of liquid crystal droplets is accompanied by an increase in the coherent transmittance of the film.     

基于液晶和DSP的强光局部选通智能网络摄像系统研究

基于透射式液晶的电光特性, 设计和开发了一套基于液晶和数字处理器 (digital signal processor, DSP)的强光局部选通智能网络摄像机系统. 系统基于透射式液晶和DSP开发板(核心芯片TMS320DM642)技术, 利用DSP控制液晶驱动, 实现液晶单个像素透过率的控制, 将强光的透过率下降2个数量级; 该系统利用另一块DSP 开发板(核心芯片TMS320DM6437)实现将处理后的强光视频信号进行网络传输与实时存储到PC机中, 实现选通智能网络摄像. 该系统24 h所需存储硬盘容量8.648 Gbit, 所用液晶的延迟时间25.5 ms, 电路延迟时间17 μs. 在光强大于2.2×10⁵ lx的强光照射下, 得到系统的选通视频实验结果. 结果表明该系统能解决强光下普通CCD高动态范围摄像机出现局部曝光过度而不能分辨细节的成像问题, 实现了CCD的高动态范围成像. 关键词： 液晶 DSP 光强透过率 高动态范围