全固态锂离子电池内部热输运研究前沿

本文简要阐述了全固态锂离子电池的特点及其内部热输运研究的意义.介绍并总结了国内外与正极材料、负极材料、固态电解质,以及电极与电解质界面热输运性质相关的实验和理论工作.针对脱嵌锂过程对电极材料热导率的影响机理尚不明确,非晶态转变对电极材料热输运研究的挑战,界面热输运模型与方法不足等问题,系统梳理了全固态锂离子电池内部热输运的重要前沿科学问题.     

左手材料平板对傍轴高斯光束聚焦特性分析

在傍轴近似下,推导出了左手材料平板聚焦系统的传输矩阵,并利用ABCD定律得到了高斯光束在左手材料中和经过平板透镜聚焦后的传输公式。高斯光束在左手材料内部和像空间的传输公式的研究表明:像高斯光束和物高斯光束束腰大小一致,即左手材料平板透镜实际上对高斯光束没有聚焦作用。研究同时表明左手材料平板对高斯光束的聚焦与几何光学成像规律完全一致,而不存在一般透镜聚焦时的焦移效应。     

用于中子衍射的原位应力加载装置

一种小型化的应力加载系统,配合中子衍射应力谱仪可实现对多晶材料的原位测量,为进一步获得材料内部相、织构与应力演化的原位中子衍射实验结果,建立基于微观机制的材料宏观本构模型提供可能。该系统利用伺服电机提供动力,机架使用7050铝合金材料制造,系统的拉伸强度可达10 kN,运动速度可调（1 m/s~1 mm/s）。试样拉伸（压缩）时,S型传感器内部应变片变形产生电压信号,再经PLC处理后得到试样应力与应变之间关系。通过与英斯特朗5967实验拉伸机针对同一钢质试样进行对比实验发现,应力-应变曲线一致性良好。     

应用光测技术对热载荷下金属表面裂纹扩展的研究

材料在加工中由于夹渣、孔洞、缝隙等原因会造成材料内部的非均匀性，在机械或热载荷下内部的缺陷将通过变形表现在外表面，即使这种变形量十分微小，数量级小于0．1μm，一般测量仪器无法测出，但对于精密微电子器件（MEMS）、精密机械等，这种缺陷是致命的。针对上述问题设计了一套专门检测材料在热载荷、机械载荷或两者耦合情况下变形的系统，并应用该系统对金属材料（LY12）表面裂纹在热载荷场下的变形进行了测量，得到了裂纹扩展的变形矢量图。该系统为一套集显微观测、数字图像处理、加载及照明等关键技术为一体的非接触、全场测量，结果可数字化输出的系统。     

球面折射系统和复合厚透镜的分数傅里叶变换

提出单球面折射系统可以作为光学分数傅里叶变换的最基本单元。在此基础上可以构造多种厚透镜或复合厚透镜分数傅里叶变换系统。推导了系统结构参数与分数傅里叶变换的级次的关系。指出单球面折射系统及其构造的透镜系统对输入物函数的分数傅里叶变换输出可以位于自由空间,也可在球面折射材料内部或折射材料端面。输出平面位置的灵活性及其构造复杂系统的多样性,对于分数傅里叶变换的应用和光学信息处理必定具有潜在的实用价值。     

交变电流调制下磁光材料介电常数对螺线管内部轴向磁场的影响

基于磁光调制的方位测量系统的关键技术是磁光调制技术,交变电流驱动的含磁光材料螺线管内轴向磁场的精确表达至关重要,但是目前关于磁光材料参数特性对磁场的影响研究甚少。以磁光材料TGG晶体为例,研究了TGG介电常数变化对螺线管内部轴向交变磁场的影响。首先,当螺线管内部磁光材料的介电常数不变时,利用麦克斯韦方程建立正弦波调制下螺线管内部轴向交变磁场模型;然后根据TGG的材料构成,通过分子模拟软件VASP获得TGG的介电常数随调制信号频率变化的函数;最后将此变化函数引入到已经建立的交变磁场模型中,获得TGG介电常数变化对正弦波调制下螺线管内部轴向交变磁场的影响。结果表明:随着调制信号频率的增加,TGG晶体的介电常数减小,造成螺线管内部轴向磁场幅值衰减变缓、磁场相移衰减中的急速衰减阶段提前,且衰减速率更快。该研究思路与方法为进一步研究磁光材料对螺线管内部磁场、方位失调角测量精度的影响提供了参考。     

单晶铁金属表面污染物的激光烧蚀机理

激光惯性约束核聚变装置中要求光学元件能够承受极高的激光通量,因此对装置内部洁净度有很高的要求.研究表明装置内部的颗粒污染物主要来源于装置内的机械结构件,杂散光作用下机械结构件表面的损伤将产生颗粒污染物.精密金属构件的激光诱导损伤问题是制约高功率激光装置超洁净制造的重要因素.由于机械结构件表面不可避免地存在污染物,因此本文基于传统的分子动力学能量耦合方式,模拟了激光与表面吸附污染物单晶铁的相互作用过程,探讨了铁材料在激光作用下的烧蚀行为,并分析了激光加载方式和激光能量密度对铁材料烧蚀的作用情况,对比研究了材料表面有无污染物对材料烧蚀的影响情况.研究表明：激光作用下铁材料表面原子在污染物原子的剧烈碰撞下呈现出不同的运动状态;激光能量瞬时加载时更容易烧蚀铁材料;当激光能量密度低于0.0064 J/cm²时,将去除铁材料表面的污染物并不会对铁材料产生烧蚀现象,进一步分析表明铁材料表面吸附污染物时更容易被激光烧蚀.研究结果可为提高高功率激光装置的内部洁净度、实现系统超洁净控制提供理论依据.     

列车外圆弹簧疲劳损伤的非线性超声测试

进行了列车外圆弹簧在疲劳载荷作用下所产生损伤的非线性超声测试。对列车外圆弹簧进行疲劳加载,利用专门的非线性超声测试系统激发和接收透过弹簧的超声纵波。在相应的信号处理后,建立了声学非线性系数与弹簧疲劳次数之间的关系。实验结果表明,当疲劳次数小于150万次时,由于弹簧材料内部位错、滑移带等微观缺陷还没有形成足以产生显著非线性的积累,该非线性系数增长不明显;当疲劳次数达到150万次至300万次之间的疲劳响应期时,非线性系数增加明显,表明弹簧材料的内部损伤快速增加;当疲劳次数超过300万次时,弹簧材料的内部损伤积累速度减缓,非线性系数增加放缓。该研究表明列车外圆弹簧的疲劳损伤程度与其声学非线性系数直接相关,利用该方法可以为材料和结构早期力学性能退化的检测和评价提供一种有效的途径。      

时间反演脉冲电磁波在双负材料中传播特性研究

利用全时域电磁仿真技术, 对比研究了时间反演脉冲电磁波和脉冲电磁波透过Smith结构双负材料后的时域波形、脉宽压缩以及材料内部空间电场峰值强度分布等时域传播特性. 结果表明：时间反演脉冲电磁波在透过双负材料后, 在初始源激励处表现出良好的时间和空间聚焦特性. 更重要的是, 在双负材料内部, 观测到了电场峰值强度减弱、截面电场峰值强度趋向均衡分布等新型的物理现象. 这些物理现象对发展能够承受大功率新型的双负材料电子器件及其应用系统很有参考研究价值.     

Bi（Pb）SrCaCuO烧结块材的正电子寿命谱研究

系统研究了 Bi(Pb)SrCaCuO 单相(2223)烧结块材的正电子寿命谱,对烧结表面和内部作了比较,利用三态捕获模型对实验结果作了初步分析,粗略估算了该类材料的本征寿命和缺陷分布,分别为243ps 和 C_(dI)∶C_(ds)=1∶4.3,讨论了湮没过程的物理机制以及和材料结构特征之间的关系.     

轻材料检验自动化评片技术

轻材料技术条件要求检验零件内部夹杂，检验手段采用X射线照相检验法，其中底片的评定是由检验人员在观片灯下人工评定，评定结果易受人为因素影响。为提高评片效率和可靠性，研发了—套轻材料自动评片软件系统。该系统基于Windows 2000平台，以VC为开发语言，结合图像处理技术对底片的多项评定指标进行评判。实践表明，该系统界面友好、易于操作，具有良好的评片效果。     

吸潮多孔材料单侧受热下湿分输运过程数值模拟

多孔材料常用于飞行器舱室表面结构,而其暴露在空气中时容易吸附湿分。对低含湿材料舱室,在外侧受热情况下,材料内部湿分会发生相变形成蒸汽向舱室内腔输运,从而影响舱室内部电子仪器的正常工作。本文通过开展基于多相混合物模型的数值模拟研究,研究了单侧受热情况下吸潮多孔材料内部的湿分输运过程,揭示了低含湿多孔材料内部的湿分输运机理及影响因素,并预测内侧非受热表面的进水量。计算结果表明,材料孔隙率及孔隙尺寸对进水量影响较小,而渗透率影响显著。较低的渗透率使得向非受热表面输运并冷凝的蒸汽量增加,最终致使进入舱内的蒸汽量增加。本文讨论了多孔材料特性对单侧受热过程湿分输运的影响机理,为减小吸潮影响的材料改进方向提供了依据。     

电磁波在有缺陷介质中的传播特性

本文以麦克斯韦方程组为基础研究了电磁波在具有缺陷的材料中的传播特性.采用时域有限差分法数值计算了电磁波在具有表面和亚表面缺陷的材料内部传递时电场强度的空间分布.计算结果表明,材料表面、亚表面缺陷扰乱了瞬态电场的均匀分布,导致材料内部某些位置的电场强度成倍增大,从而成为材料热学、力学性质变化的"诱点".文中利用光学知识讨论了缺陷对电磁波调制作用的物理本质.     

光热辐射测量技术应用于材料物性和缺陷的无损检测

描述了光热辐射测量术的特点、原理和测量装置，并扼要介绍了材料热扩散率、材料表面伤痕和内部缺陷的无损检测。     

虚拟超谱图技术的可行性验证

为验证虚拟超谱图在探测生物体内部成分和结构信息的可行性,搭建虚拟超谱图系统并以苹果为材料进行实验。通过三组实验:(1)对比检测正常苹果与掺有杂质苹果的虚拟超谱图;(2)对比检测苹果切片与切片中嵌有红色滤光片的虚拟超谱图;(3)检测苹果、掺杂质苹果、苹果切片和切片中嵌有滤光片四种情况下反射光谱。实验结果表明虚拟超谱图可以探测到苹果内部成分和结构的变化,且比反射光谱能得到更多的内部信息,并为今后应用于人体检测提供了有力的佐证。虚拟超谱图可以实现多信息及多信息交叉系统的、同步的检测,为生物信息检测提供新思路,有望为体内疾病临床快速检查提供更多依据。     

ITER超导导体不锈钢管不同温度下性能研究

ITER内部线圈超导导体采用一种特殊工艺的不锈钢矿物绝缘导体(SSMIC),即内部采用铜导体,中间绝缘层及外部铠甲的三明治复合结构。不锈钢铠甲作为内部线圈导体的重要组成部分,其优异的性能是内部线圈导体正常运行的保障。针对ITER内部线圈超导导体项目中对材料性能的要求,详细研究了其常温、高温状态下的力学性能,并就导体成型过程中不锈钢的变形量对材料力学性能的影响进行了讨论。     

一种工业CT测量精度评估方法

为了验证工业CT系统对检测件的测量精度,设计了一套评估方法,针对由国家X射线数字化成像仪器中心自主研发的9 MeV 高能工业CT系统和450 kV工业CT系统,设计制作了标准测量试块,以三坐标测量机为辅助测量手段,对CT图像的线性尺寸、球面尺寸、角度尺寸、孔径尺寸和定位尺寸等进行对比测量,得到不同尺寸类型的测量误差。在不考虑尺寸类型的影响下,分别对铝、不锈钢和尼龙三种材料做了CT测量误差对比,结果表明,对于这三种材料来说,材料密度越大测量精度越高。实验结果表明,可验证工业CT系统对不同类型尺寸测量的精度,工业CT系统可完成精度较高的尺寸测量工作,特别对复杂结构的内部尺寸测量有一定的优势。     

铁基材料的冲击相变与“反常”层裂研究

冲击相变是冲击波物理的重要组成部分之一,它探索和揭示物质在冲击压缩下结构和物态变化的临界现象和规律。层裂作为冲击载荷作用下材料的一种常见破坏模式,它是材料内部大量微损伤在极短时间内经历了成核、长大、连接演化过程的最终结果,与材料内部拉伸应力波的作用过程密切相关。材料的冲击相变特性强烈影响其层裂行为,如何将二者有机结合,揭示二者的关联机制是目前国内外研究关注的热点。     

电子束二极管脉冲磁场的涡流分析及抑制

针对强流脉冲电子束二极管金属表面涡流引起的器件内部磁场分布不均、电子束辐照材料表面处理效果不佳等现象,提出了多板钢联接式内壁与玻璃外壁相结合的双层结构设计。基于有限元仿真软件对电子束系统的磁场与涡流进行了数值计算,分析了涡流的影响因素和涡流对于电子束源磁场的影响。通过数值计算表明,设计的新型介质壁结构能有效降低涡流对于电子束的影响。该分析为消除感应涡流对真空二极管内部磁场的影响提供了理论依据,具有良好的参考价值。     

超导接收机静态真空保持设计及分析

超导接收机的真空寿命决定着整个系统的性能指标和可靠性,杜瓦的长寿命高真空保持至关重要,超导接收机的杜瓦相对于红外杜瓦及大型的低温接收机杜瓦有许多新的不同和难点。本文介绍了在小型超导接收机杜瓦真空设计以及工艺过程方面的一些经验做法,包括杜瓦内部材料选型、材料清洗及预排气处理、焊接及排气过程控制等方面的设计要求,通过实验数据分析估算了杜瓦真空寿命时间,能够满足工程使用要求。