核科学百年讲座第七讲核科学技术在材料科学中的应用

核科学技术和材料科学的结合产生了一门新兴的交叉学科——核材料(也称核固体)，主要指核技术在材料分析、物质改性和新材料研制合成中的应用．文章介绍核技术在材料科学中的应用历史、现状及其前景，包括基本物理原理．     

采用非均匀防热材料进行高速飞行器防热设计的防热效果研究

本文提出采用非均匀防热材料进行高超声速飞行器防热设计的设想,设计出外层部分为抗烧蚀、抗剪切的紧密结构材料,内层为密度轻、隔热效率高的稀松材料,中间为逐渐过渡层的非均匀防热材料,数值模拟了非均匀防热材料的烧蚀防热情况,探讨了非均匀防热材料在飞行器防热设计中应用的可行性和防热效果,通过本文研究发现采用非均匀防热材料可以降低原始材料质量消耗,大大减轻防热结构重量,减少向内部结构传导的热量,降低内部结构的温升,这些优点显示了非均匀防热材料具有很高的防热效率和广阔的应用前景.     

光电子信息材料的发展浅述

本文介绍了正在研究和发展中的各种光电子信息材料，包括激光材料、光电子传感材料、光电子信息存储材料、光电子信息传输材料、光电子信息运算和处理材料，并展示了未来的光纤通信和光学计算机用材料的发展前景。     

一种测量微量有机材料磁化率各向异性的光学方法

提出了一种测量有机材料的磁化率各向异性的方法。原理是利用掺杂对丝状液晶磁场扭曲费雷德里克兹转变影响的现象,将待测有机材料作为掺杂物,采用光学相位延迟法测量掺杂丝状液晶磁场扭曲费雷德里克兹转变阈值和过程,从而获得待测有机材料的磁化率各向异性。通过实验测量,从原理和方法上验证了测量方法的可行性。测得有机材料磁化率各向异性的同时也为有机材料的表征提供了一种方法。测量方法适用于无固有磁矩的有机材料。     

负折射材料的非寻常折射

负折射材料是近年来研究人员关注的新型材料,与常规材料相比,它有许多非寻常的表现,特别是光的折射,用惠更斯原理解释了负折射材料的折射规律,并分析了负折射材料制作的一些常用光学元件与传统材料制作的相应光学元件的不同作用。     

高能X射线基材料分解法基材料选择方法

选择基材料是高能双能X射线基材料分解法的重要环节。为了解基材料对材料识别精度的影响,确定选择基材料的方法和原则,利用美国国家标准与技术研究院(NIST)给出的材料的线性衰减系数,选择不同基材料,分析计算了各种待检测材料的原子序数和电子密度及相对误差。归纳总结出选取基材料的"临近原则",即基材料与待检测材料的原子序数接近,能提高待检测材料原子序数和电子密度的分解计算精度。在此基础上,提出了四能基材料分解法。理论计算表明四能基材料分解法比双能基材料分解法对多种材料的整体识别精度更高,更适合用于多种材料同时存在情况下的识别与检测。运用蒙特卡罗方法模拟验证了四能基材料分解法用于实际的可行性。     

Self-organized amorphous material in silicon (0 0 1) by focused ion beam (FIB) system

A method using a focused ion beam (FIB) to prepare a silicon amorphous material is presented. The method involves the redeposition of sputtered material generated during the interaction of the Ga⁺ ion beam with a silicon substrate material. The shape and dimensions of this amorphous material are self-organized and reproducible. The stability of this amorphous material under electron irradiation was investigated in the transmission electron microscopy (TEM). Electron irradiation can induce recrystallization of the amorphous material, resulting in the lateral and vertical growth, starting at an amorphous-crystalline interface, of polysilicon containing defects.     

激光激发黏弹表面波有限元数值模拟

研究黏弹性材料中激光激发的Rayleigh波的传播特征. 考虑到黏弹性材料的黏性特征,在频域内建立黏弹性材料中激光激发Rayleigh波的有限元数值模型. 在验证有限元频域数值模型正确性的基础上,模拟脉冲激光作用在黏弹性材料上激发出Rayleigh波,进而讨论激光激发的黏弹Rayleigh波的传播特征,并比较黏弹性材料与弹性材料中激光激发的Rayleigh波差异,同时分析了材料的黏性劲度参量变化对Rayleigh波特征的影响. 关键词： 表面波 激光超声 有限元方法 黏弹性     

仿生伪装与生物驻极体

本文介绍了人类受到自然界的物质结构的启示,仿照生物的伪装方法、理念来改变人类的设计思路;以及直接利用生物材料或仿制出人工材料使之具有与生物材料有相同的功能．介绍了“仿生伪装”和生物驻极体（具有驻极态特性的生物材料）用于伪装材料方面的实践和发展．     

仿生伪装与生物驻极体（续）

本文介绍了人类受到自然界的物质结构的启示,仿照生物的伪装方法、理念来改变人类的设计思路 以及直接利用生物材料或仿制出人工材料使之具有与生物材料有相同的功能.介绍了＂仿生伪装＂和生物驻极体（具有驻极态特性的生物材料）用于伪装材料方面的实践和发展.     

石墨泡沫新材料导热的分形模型

新型导热材料石墨泡沫具有很好的热物理性质。本文在实验获取这种新型多孔材料的基础上,建立了基于分形理论的材料结构和导热模型,采用热阻法给出了石墨泡沫材料的等效导热系数的关系式,计算了石墨泡沫的剖面孔隙面积分形维数和等效导热系数.     

快速热响应复合材料的储/放热性能分析

以膨胀石墨为无机支撑材料、石蜡为有机相变材料,制备出高导热系数和储热密度的快速热响应复合材料,并构建传热性能测试系统对该复合材料的储/放热性能进行研究分析。研究结果表明,复合材料不仅能在熔融状态下保持形状稳定,而且显著提高了在储/放热过程的传热性能,从而有效地解决了传统相变材料高储热密度和低导热系数之间的矛盾。     

激光防护材料注塑加工工艺的研究

采用聚碳酸酯为基材,掺杂激光吸收剂制备了防530nm和1060nm波长激光的防护材料,通过对加工温度和混合料在料筒中停留时间的研究,确定了材料的加工温度为280℃,混合料在料筒中的时间为3min,确定了防护材料的加工工艺条件,并对其光学密度、激光防护能量、可见光透过率和抗冲击强度进行了测试。结果表明防护材料在530nm和1060nm波长的光密度大于4,其防激光能量达150mJ,可见光透过率为17%,抗冲击强度高,完全可以满足一般激光防护材料的要求。     

铍青铜柱壳膨胀断裂研究

 利用高速摄影和金相分析研究了不同热处理状态的铍青铜（QBe2）柱壳在爆轰加载下的膨胀断裂特性。研究表明：材料的细观组织决定材料的静态力学性能与动态断裂性能。当同种材料的组织结构有较大差异时，材料的静态力学性能及动态断裂性能均会有较大改变；当材料的基体组织没有明显变化、只是基体中强化相的多少发生改变时，材料的静态力学性能会有较大差异，而材料的动态断裂性能将没有明显变化，原因在于造成静态力学性能差异的强化相在爆轰加载下的性能趋于一致。     

激发单色仪波长校准的标准物质的探索

找到了一种用于荧光光谱仪的激发单色仪波长校准用的标准物质。用光激发氧化钬滤光片标准物质GBW(E)130112时,能发射547.7 nm的荧光谱线。测量547.7 nm荧光的激发谱,发现激发谱峰的波长测量值为333.56, 360.43,418.39 nm,与上述标准物质证明材料所给出的真值333.8, 360.9,418.5 nm吻合得较好,说明用氧化钬滤光片标准物质GBW(E)130112可以用来作为荧光光谱仪的激发单色仪校准用的标准物质。如果选用发光效率高的材料作为稀土离子掺杂的基质和有效地提高样品的纯度、减小交叉弛豫,那么,氧化钬滤光片作为荧光光谱仪的激发谱波长校准用的标准物质的性能还会有大幅度的提高。     

Percolation modeling of conductance of self-healing composites

We explore the conductance of self-healing materials as a measure of the material integrity in the regime of the onset of the initial fatigue. Continuum effective-field modeling and lattice numerical simulations are reported. Our results illustrate the general features of the self-healing process; the onset of the material fatigue is delayed, by developing a plateau-like time-dependence of the material quality. We demonstrate that in this low-damage regime, the changes in the conductance and similar transport/response properties of the material can be used as measures of the material quality degradation.     

Material point method enhanced by modified gradient of shape function

A numerical scheme of computing quantities involving gradients of shape functions is introduced for the material point method (MPM), so that the quantities are continuous as material points move across cell boundaries. The noise and instability caused by cell crossing of the material points are then eliminated. In this scheme, the formulas used to compute these quantities can be expressed in the same forms as in the original material point method, but with the gradient of the shape function modified. For one-dimensional cases, the gradient of the shape function used in the generalized interpolation material point (GIMP) method is a special case of the modified gradient if the characteristic function of a material point is introduced.     

航天用热致变色材料低太阳吸收率研究

La_0.7Ca_0.2Sr_0.1MnO₃热致变色材料是一种发射率随温度变化的热控功能材料,不足的是这种材料的太阳吸收率过大。针对此问题,本文从多层薄膜理论和最优化理论出发,获得了基于多层薄膜的低太阳吸收率热致变色材料。根据计算得到的膜系结构参数,采用电子束蒸发法在热致变色材料表面沉积了多层薄膜,并对设计计算与实验测试结果进行研究和分析。研究表明:多层薄膜结构的设计能将热致变色材料的太阳吸收率从0.78降低至0.27,提高了热致变色材料的实用性。     

左手材料光纤的标量解近似

从Maxwell方程组出发,讨论纤芯为左手材料,包层为右手材料的阶跃型光纤.在弱导的情况下,假定横向场的极化方向保持不变,推导了横向电场满足的Helmholtz方程,利用边界条件,经过数学计算,建立了左手材料光纤标量解的特征方程,画出了左手材料光纤LP01模和LP11模的色散曲线.比较左、右手材料光纤的特征方程及其相关曲线,得到了左手材料光纤的某些奇异特性.     

浅析检测实验室标准物质理解及使用管理方面的探讨

介绍了标准物质的概念、分类、用途,阐述标准物质应用方面涉及的标准物质适应性、最小称样量、溯源性、不确定度、有效期,以及管理工作中包含的标准物质的验收、期间核查、标识和记录,监督等管理要点.