HMX晶体热致相变对损伤的影响

HMX基PBX炸药混合体系中炸药晶体在发生高温熔化和分解反应之前，会率先发生非均匀热膨胀和固相晶型转变，使材料的力学性能和安全性能发生突变。为探究HMX晶体的热致相变对材料内部损伤演化的影响机制，发展了考虑HMX晶体热膨胀和相变等变形机制的热力耦合晶体本构模型，从力学角度揭示了黏结剂包覆HMX晶体相变对体积变形、应力状态以及裂纹成核演化过程的影响机理，量化分析了升温速率对材料相变和裂纹损伤状态的影响规律。结果表明：随着加载温度升高，HMX晶体的热膨胀和β→δ相变导致体积增大，晶体内部形成拉伸应力状态，同时晶体与黏结剂相互挤压形成的局部压剪作用使晶体内部出现裂纹成核和扩展现象。相变温度附近HMX晶体内部裂纹成核和扩展数量显著增加，晶体内部发生不可逆损伤。外界升温速率对晶体内部裂纹形核扩展与损伤造成显著影响，较高的升温速率会加大晶体损伤程度，增加炸药内潜在热点源及意外点火风险。     

小角x射线散射确定TiNi薄膜中晶化粒子的长大激活能

用小角x射线散射技术研究以直流磁控溅射方法制备TiNi合金薄膜其退火生成的晶化粒子的长大行为.发现在室温下溅射的TiNi合金薄膜存在小于1nm尺寸的微空洞,将退火后薄膜的小角x射线散射强度扣除退火前微空洞产生的小角x射线散射强度,用这种方法得到的散射强度遵从Porod定律;而用通常方法扣除背底得到的散射强度结果不满足Porod定律.TiNi合金薄膜在733—793K之间退火晶化粒子的长大激活能Eg=301kJmol. 关键词： TiNi薄膜 晶化粒子 长大激活能     

弯管缺陷形状与位置对超声导波传播特性影响*

基于超声数值模拟,研究椭圆形冲蚀缺陷的几何尺寸和位置与接收端超声波能量之间的关系。通过控制椭圆形冲蚀缺陷几何尺寸,研究缺陷在弯管θ= 0°且ψ= 20°位置处,不同几何尺寸的缺陷对接收端压电传感器(PZT)时域信号能量的影响。此外,为研究相同几何尺寸的椭圆形冲蚀缺陷位于弯管不同位置时,对接收端时域信号能量的影响,椭圆形冲蚀缺陷位于弯管以下位置：ψ= 20°且θ取值范围为0°~ 30°,每间隔2.5°取一个值;θ= 0°且ψ取值范围为15°~ 45°,每间隔2.5°取一个值。数值模拟结果表明：缺陷位于弯管θ= 0°且ψ= 20°位置处,随着缺陷面积增加,接收端上侧PZT时域信号能量减少;随着缺陷深度和缺陷深度与面积都增加的两种情况下,上侧PZT时域信号能量均出现先减小,当缺陷深度达到弯管厚度的75%(6 mm)时,上侧PZT时域信号能量再增加;相同几何尺寸的缺陷位于弯管θ= 0°,随着ψ增加,上侧PZT时域信号能量先减小后增加;相同几何尺寸的缺陷位于弯管ψ= 20°,随着θ增加,θ与 呈现出单调递增的关系。通过上述结果可知,椭圆形冲蚀缺陷的几何尺寸和位置与接收端时域信号能量之间存在相关性,基于此可通过能量变化实现对缺陷几何尺寸大小和位置的评估。     

硅纳米薄膜中声子弹道扩散导热的蒙特卡罗模拟

通过建立声子散射概率函数描述声子在输运过程中的散射,提出了一种模拟声子弹道扩散导热的蒙特卡罗方法,并将其应用于硅纳米薄膜中的稳态和瞬态弹道扩散导热过程的研究. 提出的蒙特卡罗方法对边界发射的声子束进行跟踪,根据散射概率函数模拟声子束在传播区域内经历的散射过程,并通过统计声子束的分布得到温度分布. 稳态导热过程的模拟发现,尺寸效应会引起边界温度跳跃,其值随着Knudsen数的增大而增大;计算的硅纳米薄膜的热导率随着厚度的增大而增大,与文献中的实验数据和理论模型相符. 通过瞬态导热过程的模拟得到了纳米薄膜内的温度分布随时间的变化,发现瞬态导热过程中的热波现象与空间尺度相关,材料尺寸越小,弹道输运越强,薄膜中的热波现象也越显著. 关键词： 纳米薄膜 弹道扩散导热 蒙特卡罗模拟 尺寸效应     

赫兹型微裂纹光场调制增强作用的系统研究

通过改变裂纹的倾角、宽度和深度参数,模拟了赫兹型裂纹在不同参数下对光场调制能力的不同. 模拟发现,倾斜角度为20.9°到45°之间的裂纹危害最大,倾角大于45°小于48.2°的裂纹危害也十分大,而倾斜角度为45°时的裂纹危害最小. 对于30°倾角的赫兹型裂纹,一定范围内,赫兹型裂纹深度的增加会导致其光场调制增强能力呈二次方关系增加,但宽度的增加不会使其光场调制增强作用增加. 裂纹深度和宽度的增加可以用来近似裂纹的演化过程,所以裂纹的扩展导致了其光场调制能力的增加,进而导致损伤增长速率的加快,这和e指数损伤增长规律相符. 关键词： 损伤增长 亚表面缺陷 赫兹型裂纹 光场增强     

宽带隙半导体TiO2纳米溶胶原位变温的X射线小角散射研究

对宽带隙半导体TiO₂纳米粒子水溶液,开展了原位变温SAXS研究.采用Shull-Roess方法,我们确定了TiO₂纳米粒子在水溶液中的回转半径的尺寸分布,M(R_g).结果表明,在常温25°C下,M(R_g)的极大峰位于2.3nm,对应于2.9nm的球形粒子直径,在80°C时增加到3.2nm,对应于8.2nm的球形粒子直径.这些结果有利于理解染料敏化TiO₂纳米太阳能电池的光-电子特性及其转换效率随温度的变化规律.     

沉积温度对热舟蒸发MgF2薄膜性能的影响

 采用热舟蒸发方法沉积了氟化镁(MgF₂)材料的单层膜,沉积温度从200 ℃上升到350 ℃,间隔为50 ℃。测量了样品的透射率和反射率光谱曲线,进行了表面粗糙度的标定,并在此基础上进行了光学损耗及散射损耗的计算。同时对355 nm波长处的激光诱导损伤阈值进行了测量。结果表明:随着沉积温度的升高,光学损耗增加;在短波长范围散射损耗在光学损耗中所占比例很小,光学损耗的增加主要由吸收损耗引起;在355 nm波长处的损伤阈值变化与吸收损耗的变化趋势相关,损伤机制主要是吸收起主导作用。样品的微缺陷密度也是影响损伤阈值的一个重要因素,损伤阈值随缺陷密度的增加而降低。     

杂质诱导熔石英激光的损伤机理

发展了355 nm纳秒激光下亚波长杂质粒子引起熔石英损伤的基本模型。通过Mie散射理论和热传导方程,计算了粒子与熔石英边界处的温度随粒子尺寸的变化关系,并分析了达到临界温度时,不同粒子诱导损伤所需的关键能量密度,讨论了各粒子最易引起熔石英损伤的尺寸。实验采用355 nm纳秒激光脉冲作用熔石英及其HF刻蚀样品,测得两者的损伤概率。研究表明:粒子吸收激光能量,随着粒子半径的增加,其边缘温度先增大后减小,一定尺寸范围内的粒子才会引起熔石英的损伤;关键能量密度所对应的粒子半径为最易引起熔石英损伤的关键粒子半径;经刻蚀后,熔石英样品表面杂质数密度降低,损伤概率降低,损伤阈值提高。     

三角形弯晶单色器的分光及聚焦特性研究

北京同步辐射装置(BSRF)的4W1C光束线用斜切角为12.16°的三角形Si(111)、Si(220)和Si(422)晶体在衍射角为23.65°时选择0.252nm、0.154nm和0.089nm波长的单色X光.三角形晶体压弯成柱面,可实现单色光水平方向的聚焦,为漫散射实验站提供聚焦的单色X光.解析计算和SHADOW软件包进行追踪的结果与实验测试结果符合得很好.     

CVD法制备碳纳米管的TG-DTA研究--温度对CVD法制备碳纳米管的影响

基于碳纳米管粗产品中无定形碳和不同直径碳纳米管对氧的反应活性的差异 ,通过差热 -热重 (TG DTA)方法 ,结合透射电镜 (TEM)和X射线衍射 (XRD)的测试结果 ,研究了合成温度对以乙炔气体为碳源 ,用CVD法制备碳纳米管的石墨化程度、碳纳米管直径以及直径分布的影响 .结果表明 :反应中 ,由于催化剂Co/SiO2中活性组分 (Co)微晶随合成温度的升高而增大 ,导致所制备的碳纳米管的直径增大 ,从 2 0～ 30nm (6 5 0℃ )增加到 30～ 5 0nm (75 0℃ ) .碳纳米管的石墨化程度随着反应温度的升高而增加 .XRD实验结果还表明 ,当合成温度从 6 5 0℃增加到 85 0℃时 ,2θ值从 2 5 .8°增加到 2 6 .8°,(0 0 2 )晶面的层间距从 3.45 减小到 3.32 ,即随着合成温度的升高 ,碳纳米管 (0 0 2 )晶面的层间距减小 .通过DTA放热峰的峰温和半峰宽的分析得出 ,无定形碳的放热峰峰温Tp<380℃ ,其含量随着温度的升高而减小 .碳纳米管的DTA放热峰的峰温Tp 随着碳纳米管的直径和石墨化的程度的增加而升高 ,半峰宽随着碳纳米管的直径的分布范围增大而增宽 .低温 (6 5 0℃ )有利于生成直径小且均匀的多层碳纳米管 (2 0～ 30nm) ,而高温 (大于 75 0℃ )则有利于生成直径大的多层碳纳米管 (大于 30～5 0nm) .     

Sol-gel synthesis of nanocomposite crystalline HMX/AP coated by resorcinol-formaldehyde

This work aims to improve the performance of composite explosive by using the sol-gel method to mix high explosive and oxidizer in nanoscale. Nanocomposite materials of HMX and AP were prepared by using resorcinol-formaldehyde (RF) as binder. Its structure was characterized by scanning electron microscopy (SEM), BET method, X-ray powder diffraction (XRD), and DSC. SEM images indicate that HMX/AP/RF aerogel has a laminate-like structure with uniform pores. The XRD results show that the mean crystal size of HMX is less than 100 nm; HMX and AP are mixed uniformly in nanoscale. The specific surface area of HMX/AP/RF is 27 m²/g and much less than that of RF aerogel. The mesopores and micropores of HMX/AP/RF aerogel mainly focus in the range of 2-20 and 0.6-1.6 nm, respectively. DSC analysis indicates that the thermal decomposition temperature of HMX/AP/RF is reduced compared to that of original HMX.     

二氧化钛微晶结构相变与光致发光

以钛酸四丁脂为前驱体制备了二氧化钛(TiO₂)胶体,将其粉末在不同温度下作热处理,采用差热分析、X射线衍射、荧光光谱等手段对样品进行测试。结果表明,随着热处理温度升高,TiO₂由板钛矿相经锐钛矿相向金红石相转变,在808℃左右出现一级相变。原始粉末样品以及在600℃以下热处理的样品,在400nm处可观察到TiO₂纳米晶的带边发光,在470nm处可观察到表面态发光;当热处理温度达到850℃时,主晶相转变为金红石相,400nm处的带边发光峰消失,位于470nm处发光峰成为最强峰,但强度减弱,并且样品发光的波长范围明显变窄。其原因是,随着热处理温度升高,晶粒不断长大,量子限域效应减弱乃至消失,晶粒的表面状况发生变化,导致样品的荧光发射行为发生变化。     

用正电子湮没研究纳米碲化铋的缺陷及其对热导率的影响

利用水热法合成了Bi₂Te₃纳米粉末, 并在300–500 ℃的温度范围内对其进行等离子烧结. X射线衍射测试表明制得的Bi₂Te₃粉末是单相的. 对于300–500 ℃范围内烧结的样品, 扫描电子显微镜观察发现随着烧结温度的升高样品颗粒明显增大, 但是根据X射线衍射峰的宽度计算得到的样品晶粒大小并没有明显的变化. 正电子湮没寿命测试结果表明, 所有的样品中均存在空位型缺陷, 而这些缺陷很可能存在于晶界处. 正电子平均寿命随着烧结温度的升高而单调下降, 说明较高的烧结温度导致了空位型缺陷浓度的降低. 另外, 随着烧结温度从300 ℃升高到500 ℃, 样品的热导率从0.3 W·m^-1·K^-1升高到了2.4 W·m^-1·K^-1, 这表明在纳米Bi₂Te₃中, 空位型缺陷和热导率之间存在着密切的联系.     

铌酸钡钠晶体中铁弹相变的实时观察

用锥光干涉图实时观察铌酸钡钠(BNN)晶体中的铁弹相变,实验表明从室温至300℃范围内相变是连续变化的,且呈弥散型转变,较快的区域在250±20℃范围内,升、降温曲线存在热滞约20—40℃,在相变过程中实时观察到孪晶(铁弹畴)的消失和再现均与相变同步,还发现孪晶的存在对相变转折点T_s有很大影响,它使T_s降低,热滞变大,缺陷和局域的组份不均匀是造成相变弥散型的主要原因。 关键词：     

Co掺杂纳米ZnO微结构的正电子湮没研究

利用正电子湮没技术研究了10 at.% Co掺杂的Co₃O₄/ZnO纳米复合物中退火对缺陷的影响. 利用X射线衍射(XRD)测量了Co₃O₄/ZnO纳米复合物的结构和晶粒尺寸. 随着退火温度升高,Co₃O₄相逐步消失,ZnO晶粒尺寸也有显著增加. 经过1000 ℃以上退火后,Co₃O₄相完全消失,并出现了CoO的岩盐结构. 正电子湮没寿命测量显示出Co₃O₄ /ZnO纳米复合物中存在大量的Zn空位和空位团. 这些空位缺陷可能存在于纳米复合物的界面区域. 当退火温度达到700 ℃后Zn空位开始恢复,空位团也开始收缩. 900 ℃以上退火后,所有空位缺陷基本消失,正电子寿命接近ZnO完整晶格中的体态寿命值. 符合多普勒展宽谱测量也显示Co₃O₄ /ZnO纳米复合物经过900 ℃以上退火后电子动量分布与单晶ZnO基本一致,表明界面缺陷经过退火后得到消除. 关键词： ZnO 界面缺陷 正电子湮没     

泵油饱和砂岩黏弹行为的实验研究

通过Metravib热机械分析仪, 用固定静载为100 N、 正弦波动载荷为60 N的应力-应变实验方法, 在温度为-50---175 ℃, 升温速率为1 ℃/min, 频率为1---1000 Hz的条件下, 对泵油饱和长石砂岩、 彭山砂岩样品进行单轴循环加载实验, 研究了饱和多孔岩石在弹性范围内的衰减、 耗散角、 杨氏模量和弹性波波速随温度和频率的变化规律. 取得了随频率增高饱和多孔岩石的衰减峰和耗散角峰的峰位向高温方向移动的热激活弛豫规律, 并求得弛豫峰的激活能和跃迁频率, 以饱和砂岩的特点对此作出了解释. 发现岩石中矿物离子置换时的相变内耗峰, 并用动态观点解释了该相变峰. 还获得杨氏模量和弹性波波速随温度升高而下降、 随频率增高而增大的频散效应, 随温度升高频散效应有减弱的趋势. 该研究结果对理论模型研究具有指导意义, 对地震资料的解释具有实用价值.     

The Effect of Hydrolysis Temperature on Synthesis of Bimodally Nanostructured Porous Titania

Bimodally porous (2–4 and 20–100 nm) titania powders were prepared by hydrolysis of titanium tetraisopropoxide (TTIP), and the effect of hydrolysis temperature on the phase transformation and pore structure was investigated. The phase transformation was slightly retarded with increasing hydrolysis temperature, when the initial water concentration was small. The evolution of particle phase composition from amorphous to crystalline anatase and rutile was largely proportional to the calcination temperature and the initial water concentration. The pore size distribution was bimodal with fine intra-particle pores (2–4 nm in diameter) and larger inter-particle pores (20–100 nm). The intra-particle pores decreased in diameter at the hydrolysis temperature of 20°C. The specific surface area (SSA) of the dried powders ranged from 253 to 587 m²/g and the highest SSA was obtained at the hydrolysis temperature of 20°C.     

Dielectric and NMR Studies of the superionic conductor AgI embedded in mesoporous silicate matrices

This paper reports on the results of studies of small particles of the superionic conductor AgI embedded in MCM-41 and SBA-15 molecular sieves with different sizes of pores (channels). The studies are performed by the dielectric and nuclear magnetic resonance techniques. The temperature of the superionic phase transition is shown to increase monotonically with decreasing pore size. The enthalpy of activation of the ion motion in β-AgI in restricted geometry is determined. It is shown that introduction of AgI into pores does not noticeably affect its structure.     

Phase transitions in KNO3 embedded in MCM-41 films with regular nanopores

This paper reports on a comparative study of phase transitions in nanocomposites made up of KNO₃ embedded in 10-μm-thick MCM-41 films with unidirectional pores 4.0 nm in size on an aluminum substrate and of nanocomposites prepared in the form of potassium-nitrate-filled pressed MCM-41 powders with 3.7-nm pores. The temperature dependences of linear permittivity and the amplitude of third harmonic generation have been measured under heating and cooling. The structural transition from phase II to phase I shifts under heating relative to that occurring in bulk KNO₃ toward lower temperatures for potassium nitrate in the film and toward higher temperatures for the pressed MCM-41-based nanocomposite. A significant difference has been observed also within the region of existence of ferroelectric phase III. The data obtained suggest that the shifts of phase transition temperatures observed in the conditions of nanoconfinement are influenced markedly not only by pore size and geometry but also by other factors.     

铝纳米颗粒的热物性及相变行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了纳米金属铝在粒径为0.8-3.2 nm 时的熔点、密度和声子热导率的变化, 研究了粒径为1.6 nm的铝纳米颗粒的密度、比热和声子热导率随温度的变化. 采用原子嵌入势较好地模拟了纳米金属铝的热物性及相变行为, 根据能量-温度曲线和比热容-温度曲线对铝纳米颗粒的相变温度进行了研究, 并利用表面能理论、尺寸效应理论对铝纳米颗粒熔点的变化进行了分析. 随着纳米粒径的不断增大, 铝纳米颗粒的熔点呈递增状态, 当粒径在2.2-3.2 nm时, 熔点的增幅减缓, 但仍处于递增趋势. 随着纳米粒径的增大, 铝纳米颗粒的密度呈单调递减, 热导率则呈线性单调递增, 且热导率的变化情况符合声子理论. 随着温度的升高, 粒径为1.6 nm的铝纳米颗粒的密度、热导率均减小. 该模拟从微观原子角度对纳米材料的热物性进行了研究, 对设计基于铝纳米颗粒的相变材料具有指导意义.