液氦净化系统的过滤及反吹特性研究

作为一种优良的超导与冷却介质,超高纯液氦在工业以及航空航天等领域中的应用相当广泛。金属丝网过滤器具有理想均匀的孔径分布和优异的流体渗透性能,可适用于高洁净度、高安全性的低温液体净化系统。通过搭建液氦过滤与净化系统实验台,研究了过滤精度为0.5μm的不锈钢丝网过滤器对液氦中固体氮颗粒的过滤特性,探讨了压降及过滤效率的变化规律,以及反吹过程中的升温趋势。结果表明,该过滤器能有效实现液氦的净化。     

金属烧结丝网在内场消声中的应用

利用试验手段研究暂冲式风洞稳定段内安装不同规格烧结金属丝网对风洞上游控制阀后气流噪声和湍流度抑制作用。试验结果表明:多层金属烧结丝网可在全频段内大幅度降低上游气流的噪声,最大可达21 dB;消声量与金属烧结丝网无量纲的压力损失系数成正比,压力降与金属烧结丝网层数呈现出非线性叠加的结果。另外发现烧结金属烧结丝网对气流速度脉动亦具有突出的抑制效果。例如,试验段马赫数Ma=1:5时,120目26层+160目26层组合烧结金属丝网出口气流速压脉动幅值减小为入口来流的18%,湍流度由11.7%降至3%。因此金属烧结丝网适合于暂冲式风洞的内场降噪。     

基于丝网印刷技术的碳纳米管场发射冷阴极制作

制备了一种新型碳纳米管浆料,并总结了一套阴极制作工艺.实验表明,质量比约为10%的纯化碳纳米管、5%的纳米金属粉末和有机材料混合形成的印刷浆料,其阴极具有较好的发射均匀特性.在浆料制备过程中通过加入表面活性剂使碳纳米管分散更加均匀.用丝网印刷技术制作阴极,并用机械刀刻的办法制作阴、栅两极之间的沟槽,经烧结后分析阴极膜的电阻率和粘附性随阴极材料组分和制作工艺的变化关系,确定较为合适的升温曲线及丝网目数,阴极碳纳米管的均匀性、导电性的提高改善了发射均匀性.该阴极开启场为2.5 V/μm,在电场强度为3.3 V/μm下,阳极电流为5.6 μA,场发射电流稳定,波动小于5%.     

用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁膜料镀制0．4μm-1．1μm超宽带增透膜

对0．4μm-1．1μm超宽带增透膜的镀制工范进行了研究。根据长期从事该工作的经验和对膜料性能的研究，结合国产设备的实际情况，在膜料的选取上主要考虑其透明光谱区域、折射率、材料的蒸发方式、机械特性、化学稳定性及抗高能辐射等因素；最终选择用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁3种常用膜料镀制0．4μm-1．1μm超宽带增透膜。涉及该膜系的膜层共有8层，结构为：│玻璃│H│M│H│M│H│M│H│L│空气│。制作工艺方便简单、稳定，制做的膜层具有较好的光谱和机械性能，满足光电仪器实际使用要求。     

再生方式对液氮过滤净化系统的影响

不锈钢丝网过滤器具有均匀的孔径分布、优异的流体渗透性能和极高的低温韧性,且易于反吹再生,是低温过滤净化设备的首选。再生方式对维持滤芯正常工作和设备的连续运行起着重要作用。文中通过设计并搭建液氮过滤与再生实验台,其中掺杂二氧化碳作为杂质,探讨"外部反吹"和"内外同时反吹"两种再生方式对反吹效果的影响。结果表明,后一种方式能吹除更多拦截在过滤器表面的二氧化碳固体杂质,效果较好,同时反吹气体消耗量也更大;最后指出反吹气体的外部预热可进一步加强反吹效果。     

用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁膜料镀制0.4μm～1.1μm超宽带增透膜

对0.4μm~1.1μm超宽带增透膜的镀制工艺进行了研究。根据长期从事该工作的经验和对膜料性能的研究,结合国产设备的实际情况,在膜料的选取上主要考虑其透明光谱区域、折射率、材料的蒸发方式、机械特性、化学稳定性及抗高能辐射等因素;最终选择用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁3种常用膜料镀制0.4μm~1.1μm超宽带增透膜。涉及该膜系的膜层共有8层,结构为:玻璃■H■M■H■M■H■M■H■L■空气■。制作工艺方便简单、稳定,制做的膜层具有较好的光谱和机械性能,满足光电仪器实际使用要求。     

液氢温区高频脉冲管制冷机蓄冷器研究

液氢温区制冷机蓄冷器材料的选择对制冷机的性能具有重要的影响。本文开展了液氢温区低温蓄冷材料的实验研究,系统研究了Pb球、Er_3Ni、HoCu_2、高目数不锈钢丝网等多种蓄冷材料对高频脉冲管制冷机的影响。实验测试结果表明,不锈钢丝网的实验效果仍为最佳;而Er_3 Ni的实验效果接近不锈钢丝网;Pb球作为几种蓄冷材料中比热容最高的材料,实验结果却是最差的;本文对此实验现象进行了分析和解释,以便为高频制冷机中蓄冷器材料的选择提供有益的指导和帮助。     

激光高反射膜的研究

研究混合膜（TiO2 Ta2O3;Ta2O5 ZrO2)的色散规律，用Ta2O5 ZrO2和SiO2成功地镀制出两个波段（632．8nm,1.06μm)的激光反射膜，使激光破坏阈值提高5％－15％（1．06μm)，膜层吸收小，机械强度增加。     

六角密排多迭层碳纳米管阴极的大电子发射电流和高电子发射稳定性（英文）

研制了一种六角密排多迭层碳纳米管阴极.在这种结构中,衬底银电极由烧结的银浆制作在透明锡铟氧化物电极上,且具有六角形边缘,相邻衬底银电极交错排列于阴极面板上.用ZnO和SnO_2颗粒作为掺杂材料,在衬底银电极和单一碳纳米管层之间制作了底部混杂层;单一碳纳米管层中的碳纳米管主要被用于发射阴极电子.给出了六角密排多迭层碳纳米管阴极的制作工艺,并研究了六角密排多迭层碳纳米管阴极用于电子源的可行性.将氮气作为保护气体,采用烧结方法除掉制备浆料中的有机粘合剂及其它有机杂质.将六角密排多迭层碳纳米管阴极真空密封进三极场发射显示器中,能够形成稳定的电子发射电流.测试结果表明,与普通碳纳米管阴极相比,六角密排多迭层碳纳米管阴极具有更优的电子发射特性,其开启电场为1.83V/μm,最大电子发射电流为2 718.6μA;且其具有良好的电子发射曲线趋势,当电场强度从2.17V/μm增强到3.06V/μm时,电子发射电流的增幅约为1 410.3μA.对电子发射电流随时间的波动变化进行了测试,测试结果显示六角密排多迭层碳纳米管阴极具有可靠且稳定的电子发射电流.绿色发射图像表明六角密排多迭层碳纳米管阴极具有良好的电子发射均匀性及高的电子发射亮度.鉴于其简单的制作结构和制作工艺,六角密排多迭层碳纳米管阴极具有一定的实际应用性.     

增强碳纳米管场发射性能的沟槽形冷阴极制作(英文)

基于烧结工艺和丝网印刷技术,研发了一种新的沟槽形冷阴极.底部绝缘层由黑色绝缘浆料被烧结后制成,且在底部绝缘层中存在倾斜面.将银浆丝网印刷在条形电极上,依次经烘烤和烧结工艺后形成银电极.利用细砂纸,对银电极进行适当的抛光工艺,以便获得光滑的电极表面.由于特有的银电极形状,从而易于获得更大的场增强因子.将碳纳米管制备在银电极上,形成场发射极.致密的碳纳米管层完全覆盖银电极表面,特有的边缘场增强效应能够使得碳纳米管发射出更多的电子.顶部绝缘层则用于抑制碳纳米管的横向电子发射.结合沟槽形冷阴极,制作了三极结构的场致发射显示器,该显示器具有良好的场致发射特性及优良的发光图像均匀性.与普通冷阴极场致发射显示器相比,沟槽形冷阴极场致发射显示器能够将开启电场从1.86V/μm降低到1.78V/μm,将最大场致发射电流从1 537μA增加到2 863μA,且将最大发光图像亮度从1 386cd/m2提高到1 865cd/m2.该制作技术在场致发射显示器中具有较强的实际应用性.     

金属氧化物薄膜在中波红外光谱区内光学常数色散特性

基于金属氧化物薄膜材料在中波红外波段应用的需求,研究了含水状态的TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O34种金属氧化物薄膜在中波红外波段内(2.5~5μm)光学常数的色散特性。利用电子束蒸发沉积技术,在超光滑的硅表面制备了4种氧化物薄膜,基于洛仑兹振子介电常数色散模型,通过透射率光谱反演计算了4种氧化物薄膜的光学常数。研究结果表明:4种氧化物均有少量的水分子、羟基,水含量从少到多的薄膜依次为TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O3,在远离水吸收的位置,消光系数从小到大的薄膜分别为TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O3;在电子束蒸发沉积工艺条件下,为了降低水的影响,TiO2和HfO2是中红外波段较为理想的金属氧化物薄膜材料。     

多层结构双自旋过滤隧道结中的电子输运特性

在转移矩阵方法及Mireles和Kirczenow的量子相干输运理论的基础上,研究了正常金属层/磁性半导体层/非磁绝缘层/磁性半导体层/正常金属层型双自旋过滤隧道结中Rashba自旋轨道耦合效应和自旋过滤效应对自旋相关输运的影响.讨论了隧穿磁电阻（TMR）、隧穿电导与各材料层厚度、Rashba自旋轨道耦合强度以及两磁性半导体中磁矩的相对夹角θ之间的关系.研究表明：含磁性半导体层的双自旋过滤隧道结由于磁性半导体层的自旋过滤效应和Rashba自旋轨道耦合作用可获得极大的TMR值.另外TMR和隧穿电导随着Rashba自旋轨道耦合强度的变化而振荡,振荡周期随Rashba自旋轨道耦合强度的增大逐渐减小. 关键词： 双自旋过滤隧道结 Rashba自旋轨道耦合 隧穿磁电阻 隧穿电导     

基于异质结构的一维光子晶体红外3～5μm高反射镜设计

研究了具有异质结构且适用于3~5μm红外光区的一维光子晶体高反射镜,系统地分析了光波在一维周期性光子晶体中的反射特性,通过传输矩阵计算和仿真验证了λ/4介质膜系的反射率和最佳禁带宽度。在此基础上,选取Si和Y_2O_3两种材料,构造了24层一维光子晶体的双异质结构,仿真结果表明:在3~5μm红外波段,该结构的反射率为97.418%~99.999%。为了减少膜层数量,以金属银为衬底,设计了以Si和Y_2O_3为介质层结构的一维金属增强型光子晶体,其总层数为9层,仿真结果表明:在3~5μm红外波段,其反射率为98.943%~99.979%。     

低温恒速过滤器滤饼生成动态模拟与实验研究

基于滤饼压缩与分层理论,建立低温恒速过滤过程滤饼动态生成离散化模型。引入适用于Darcy公式的滤饼比阻连续性方程、适用于Carman-Kozeny公式、Happel Cell方程和Ergun方程的滤饼孔隙率连续性方程。为验证模型,利用褶皱型316L不锈钢烧结丝网过滤器实施低温恒速过滤实验,滤浆由液氮与干冰颗粒组成。使用Matlab软件编程并基于反抛物线插值法计算,结果表明,颗粒沉积因子λ=1时,由于未考虑颗粒沉积比例,模拟结果与实验结果吻合度较差,且λ值与滤浆流量成正比; Happel Cell方程在其适用范围内滤速相对较高时,模型准确度最高,可用于预测滤饼特性。     

近红外光上转换发光显示器中干涉过滤膜的设计

介绍了近红外光上转换发光显示器的结构及其原理，为了进一步提高该显示器的亮度等性能并避免近红外光从屏上泄露，根据多层干涉过滤膜设计原理设计了该显示器所需的两个多层干涉过滤膜：一个为在可见光420~800 nm短波段高反射，近红外光800~1000 nm长波段高透射特性的LP膜；另一个为特性与之对应相反的SP膜.采用对称膜的设计并用MATLAB语言进行了仿真优化，得到了总层数为21，厚度分别为1586.8 nm和2157.8 nm的LP膜和SP膜，该膜系在整个波段和较大角度范围内都具有很好的透反特性考虑多层薄膜制备中存在材料折射率和膜层厚度偏差，该设计膜系具有较大的制造容差.     

基于超材料的中波红外宽带偏振转换研究

基于硅纳米块阵列和亚波长金属光栅,硅纳米块长轴与金属光栅夹角为45°,本文设计了一种高效、宽带偏振转换结构.模拟计算表明该结构实现了线偏振光90°旋转,在3.4—4.5μm波段偏振转换率大于60%,在3—5μm光谱范围内的转换对比率大于10~4.由于该结构光学性能优异,制备难度低,可以应用于光传输控制.     

混合谐振模式宽带长波红外超表面吸收器研究

为了满足红外探测器件集成化和对红外宽光谱范围吸收的需求,设计了一种工作在长波红外波段(8~14μm)的超宽带、高吸收、极化不敏感的超材料吸收器。通过在金属-介质-金属三层异质的超材料吸收器结构的顶部金属周围镶嵌一层介质形成超表面,以增加谐振强度和吸收带宽。在8~13.6μm的带宽范围内,该结构有超过90%的平均吸收率,覆盖了大部分长波红外大气窗口波段,对红外探测领域有着重要意义。研究结果表明:镶嵌的金属-介质组成的介质波导模式和谐振腔模式的结合以及传播型表面等离激元模式的激发是形成宽带高吸收的主要原因,并且谐振模式的谐振波长可以通过相关参数来进行调控。本文的研究结果为可调谐宽带长波红外吸收材料的设计提供参考,该设计方法可推广到中波红外波段、甚至长波红外或其它波段。     

不同反吹条件下液氮净化系统再生性能研究

加热反吹是适用于低温过滤器再生的有效方法,可消除过滤残余压降,有利于提高过滤性能。基于固液分离与成饼过滤技术,设计316L不锈钢烧结丝网过滤器及液氮净化系统。利用液氮与干冰颗粒混合形成滤浆,在三种恒速工况下生成干冰滤饼。利用常温高压高纯氮气与干冰滤饼换热实现过滤器再生,建立再生总时间计算公式并定义反吹速度,研究内部反吹、外部反吹、内外部同时反吹方式对于再生性能的影响。结果表明,内外部同时反吹条件下,后期再生持续时间最短、实际再生速度最高,而且由于实验主箱体内部管道同时吸热复温,导致再生时间理论计算值与实际值差别较大。     

LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料的制备与电化学性能

LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂正极材料作为最有商业化前途的锂离子电池正极材料，近年来成为研究者关注的焦点。但目前针对该材料合成工艺的研究还较少。对LiNi_0.8Co_0.15Mn_0.05O₂开展了不同的烧结工艺研究，并对制备出的正极材料进行了表征和性能测试。研究发现在0.1C (电池容量额定值)倍率下充放电比容量为200 mA·h·g-1左右，在1C倍率循环100次下，480 ℃@3 h + 780 ℃@5 h和500 ℃@5 h + 780 ℃@10 h两种烧结工艺下容量保持率分别为94%和86%，说明用这两种工艺制备的正极材料的综合性能最优。     

结构稳定的高质量荧光材料CaAl4O7：Tb^3＋,Ce^3＋

在本文中制作了CaAl4O7:Tb^3 ,Ce^3 新荧光材料。烧结温度为1300℃,烧结环境为N2＋5％H2还原气。TEM实验结果表明样品的粒度小于1μm。X－射线和HRTEM实验证实,样品的晶格点阵十分规则,而且没有发现掺杂和助溶剂对基质结构的影响,表现出十分好的材料质量。光学实验观测到对应于Tb^3 离子的^5D4到^7FJ(J=6,5,4,3)的跃迁发射峰在485,545,590和630nm。CaAl4O7:Tb^3 ,Ce^3 降低了基质结构的不确定性,同时保持了Tb^3 发光中心的特性。