基于弛豫型铁电三元共聚物聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯代偏氟乙烯)热释电性能的能量采集研究（英文）

研究了利用弛豫型铁电三元聚合物薄膜P(VDF-TrF E-CFE)的热释电性质,以温度波动作为初始能量形式进行热电能量的采集。由于该聚合物薄膜在发生由温度变化诱导的纳米极性区极化机制转换时,介电常数表现出明显的非线性变化,所以可以结合Ericsson循环实现热电能量采集。实验结果显示,最佳能量采集温度区间为20~-20℃,利用不同温度下的单极性电滞回线进行Ericsson循环模拟,两种模拟方式分别实现能量采集最大值和最小值,并从微观角度给出了两种模式的解释。同时研究了温度波动和外加电场对能量采集的影响。在外加电场100 kV·mm-1、温度波动为40℃的情况下,能量采集值达到3 483 mJ·cm-3。与单晶材料相比,能量采集值提高了10倍。当工作温度降低至室温时,材料具有柔性,在能量采集方面具有应用潜力。     

聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)纳米薄膜极化反转与疲劳特性

采用旋涂法制备了厚度为140 nm的聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)[P(VDF-TrFE)]纳米薄膜, 研究了不同退火温度以及环境相对湿度对薄膜的极化反转和疲劳性能的影响. 运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪等测试技术对薄膜的微结构进行了表征. 实验结果表明, 通过不同温度的退火处理, P(VDF-TrFE)铁电薄膜的结晶度随着退火温度的升高而不断提高, 并且一定的温度范围内的退火处理可以提高薄膜的极化性能; 此外, P(VDF-TrFE) 铁电薄膜性能还表现出一定的环境湿度的敏感特性, 这与薄膜的物理性能和结构特点密切相关; P(VDF-TrFE)铁电薄膜在不同的环境湿度条件下 表现出较好的电学特性, 其漏电流均保持在10 ^-7A/cm² 的较低水平. 本工作揭示了再退火过程对薄膜的极化反转速度和疲劳恢复特性的影响, 并结合薄膜二次疲劳结果, 探讨了薄膜可逆的内部疲劳恢复特性机理.     

聚偏氟乙烯在不同衬底上的结晶行为研究

利用滴涂法制备聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜,分别以载玻片、铜片、聚四氟乙烯(PTEF)为衬底研究衬底、退火时间和退火温度对PVDF薄膜结晶行为的影响。实验表明PVDF在PTEF基体上更容易结晶,这是因为PTEF是非极性基体,PVDF分子链运动在界面不受限制,能够充分地重排,利于晶体的生长;延长退火时间,PVDF分子链能够充分进行重排,形成规整的结构,提高结晶性;同时提高退火温度也有利于PVDF薄膜的结晶。另外,基体作用、退火时间和退火温度不会改变PVDF晶体结构,但会不同程度地影响α和β相的含量。     

钛酸铅与偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物形成的铁电复合物相变过程的热释电研究

研究了偏氟乙烯－三氟乙烯共聚物与钛酸铅形成的铁电复合物ＰＴ／Ｐ「ＶＤＦ（７０）－ＴｒＦＥ（３０）」的热秋电流行为。Ｐ「ＶＤＦ（７０）－ＴｒＦＥ（３０」室温下存在两个铁电相,即较无序的铁电相和较有序的铁电相,升温经过各自的相转变点后转变成较有序的顺电相和较无序的顺电相,热释电流谱上出现在９５℃和１０８℃的两个电流峰,分别由两个铁电相的结构陷阱以及部分取向的偶极所贡献。采用Ｔｃ以上温度极化并冷却到不同     

聚偏氟乙烯分子链旋转时势能的变化

计算了聚偏氟乙烯分子链旋转时势能的变化.结果显示,当中心分子链旋转而其它链静止不动时,计算得到的势能曲线有4个很高的势垒,这些势垒来源于中心分子链和最近邻分子链中的氟原子对的“空间位阻”效应.这一结果与“六阱势”模型预言的势能变化存在准六度对称性相矛盾.计算结果表明,如果中心分子链和周围分子链同步旋转,势垒高度将极大地降低.另外,极化反转时晶格常数发生变化.最后得到的势垒高度约为7.5kJ/mol.与室温下的分子势运动的能量（约2.5kJ/mol）相比,这样的“浅”势阱不足以锁定分子偶极矩形成稳定的自发极 关键词：     

聚偏氟乙烯的等离子体处理和ESR研究

在外部电极电容耦合反应装置中对聚偏氟乙烯(PVF₂)表面进行等离子体放电处理,测量了等离子体处理后PVF₂凝胶量、剪切强度和表面接触角等参量值的变化,另外,用ESR技术对等离子体处理生成的自由基进行研究,指出等离子体作用后表面分子不饱和链的增加和自由基引发的交联反应与表面粘接性能的改善有关.     

聚偏氟乙烯β相全反式结构链的第一性原理计算

用紧束缚的Hartree-Fock自洽场方法对聚偏氟乙烯(PVDF)β相的全反式结构链进行了第一性原理计算.在结构方面,计算得出,相邻F原子对平均距离为0264nm 相邻H原子对平均距离为0255nm 和F原子相连的C原子的平均距离为0.260nm 和H原子相连的C原子的平均距离为0.257nm.电偶极矩方面,计算得出单体的平均电偶极矩为3.98×10-30C·m(三个单体的链) 4.40×10-30C·m(六个单体的链) 4.44×10-30C·m(十一个单体的链).结构和电偶极矩的计算值与实验值基本符合.最后预测了全反式链的振动模式 关键词： 聚偏氟乙烯β相全反式结构链 Hartree-Fock自洽场方法     

1-3型纳米多铁复合薄膜中电场诱导的磁化研究

运用Landau-Devonshire热力学唯像理论,考虑铁电相和铁磁相的电致伸缩、磁致伸缩效应以及产生于铁电/铁磁和薄膜/基底界面的弹性应力作用,两次重整介电和磁作用系数得到了这种多铁系统在Landau自由能函数下的本征二次方磁电耦合形式,从而研究了外延1-3型纳米多铁复合薄膜中极化、磁化随薄膜厚度、温度的变化以及该薄膜中外加电场诱导的磁化变化.结果表明薄膜平面内的应压力的弛豫使得磁化强度和极化强度随薄膜厚度的增加而减少,外加电场不仅能诱导铁电相极化场翻转,而且由于铁电和铁磁相界面竖直方向的弹性耦合导致 关键词： 多铁 磁电效应 磁致伸缩 薄膜     

铝诱导非晶硅薄膜的场致低温快速晶化及其结构表征

铝诱导非晶硅薄膜晶化可以降低退火温度、缩短退火时间，是制备多晶硅薄膜的一种重要方法.在此基础上，通过在退火过程中加入电场加速了界面处硅、铝原子间的互扩散，实现了非晶硅薄膜的快速低温晶化.实验结果表明，外加电场，退火温度为400℃，退火时间为60min时，薄膜的晶化率大于60％；退火温度为450℃退火时间为30min时，薄膜已经呈现明显的晶化现象；退火温度为500℃退火时间为15min时，薄膜的x射线多晶峰强度与非晶峰强度之比为未加电场的3—4倍. 关键词： 非晶硅薄膜 多晶硅薄膜 外加电场     

不同制备条件对聚偏氟乙烯纳米线生长的影响

为提高铁电聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)的压电性能,利用纳米限域效应,采用模板直接浸润法,将多孔氧化铝(AAO)模板在不同浓度的PVDF的DMF溶液中自然浸润,并添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面修饰剂,制备了一维材料PVDF纳米线。分别研究了浸润温度、溶液浓度及表面修饰剂等因素对PVDF纳米线生长过程的影响。通过FTIR、SEM、XRD等对样品的形貌结构及性能进行了表征,进一步讨论了AAO模板中PVDF纳米线的生长机制。结果表明:模板法生长的PVDF纳米线形貌主要受溶液浓度的影响,并且当浓度为0.10 g/m L时形貌较优,其平均长度为50μm,平均直径为180 nm,与AAO模板孔径尺寸相当;表面修饰剂PVP可在一定程度上防止纳米线团聚并且优化其尺寸均一性;AAO模板中生长的PVDF纳米线由于纳米限域效应优先向β晶相结晶,并且在生长过程中PVDF并未参与任何化学反应。     

高压下正戊醇的拉曼光谱原位研究

在室温(23℃)高压条件下,利用立方氧化锆压腔研究了正戊醇在波数800~3 000 cm-1范围内的拉曼光谱。拉曼谱峰随着压力的增大变得越来越尖锐,C—H伸缩振动峰在高压下不易被分离。在0.1 MPa~1.75 GPa,其C—H伸缩振动峰均随着压力的增大向高波数方向线性移动,拉曼频移与压力的线性拟合方程分别为:P(MPa)=69.652 65.(Δνp)single,T=23℃+105.806 93,0(Δpν)single(cm-1)≤23;P(MPa)=77.974 04.(Δpν)2 960,T=23℃+95.390 5,0(Δνp)2 960(cm-1)≤21;P(MPa)=126.956 39.(Δpν)2 863,T=23℃-110.648 09,0(Δpν)2 863(cm-1)≤13。正戊醇的C—H伸缩振动单峰拟合的波数随压力的变化关系为(sνingle/P)T=(14±1)cm-1,适合用来标定体系压力。在压力为1.75 GPa时,正戊醇的拉曼谱峰有明显跳跃,同时镜下观察到其液-固相转变。液-固相转变过程中的摩尔体积变化为ΔVm=1.84×10-6m3.mol-1。     

折射率不敏感的级联型单模-少模-单模光纤温度传感器

提出了一种折射率不敏感的级联型单模-少模-单模光纤温度传感器。在制作传感器的过程中,设置熔接电流为100mA,通过将少模光纤与单模光纤进行无错位熔接,以激发稳定的传输模式,形成光纤马赫-曾德尔干涉仪。由于外界环境的改变会引起少模光纤中不同模式之间相位差的改变,从而导致干涉条纹的漂移,因此通过检测干涉条纹的漂移量就可以实现待测参数的检测。少模光纤可以传输LP01,LP11,LP21,LP02共四种模式的光。实验中对长度为81.5mm的传感器光谱进行分析可知,发生干涉的两个模式主要是LP01模和LP11模。利用该长度的级联型单模-少模-单模光纤传感器进行折射率和温度传感实验,结果表明,随着传感器温度不断的增加,其传输光谱出现了明显的蓝移现象,在27.6~93.8℃的温度变化范围内,灵敏度高达-85.9pm·℃~(-1),且具有较好的线性度;在甘油折射率为1.347 1~1.443 9变化范围内,其传输光谱没有出现明显的漂移现象,灵敏度仅为3.697 34nm·RIU-1,具有折射率不敏感特性。因此,相对于传统的包层模干涉型与多模干涉型光纤传感器,所提出的基于FMF的传感器更易于实现对传输模式的控制与分析,且具有结构简单、易于制备、灵敏度高等优点,能够避免温度与折射率同测的交叉敏感问题,可用于电力系统、生物医学、航空航天等领域的温度检测。     

氮化铝薄膜的硅热扩散掺杂研究

采用热扩散方法,对AlN薄膜进行了Si掺杂。利用电子能量散射谱(EDS)以及高温变温电导对薄膜进行了分析。EDS测试结果表明:在1 250 ℃的温度下,氮化硅(SiN_x)作为Si的扩散源,可以实现对AlN薄膜的Si热扩散掺杂。高温电流-电压(I-V)测试表明:在460 ℃测试温度下,AlN薄膜在热扩散掺杂以后,其电导从1.9×10^-3 S·m^-1增加到2.1×10^-2 S·m^-1。高温变温电导测试表明:氮空位(V³⁺_N)和Si在AlN中的激活能为1.03 eV和0.45 eV。     

0.67 PbMg1/3Nb2/3O3-0.33 PbTiO3单晶中软模模式指认

应用显微拉曼技术对弛豫型铁电体0.67PbMg1/3Nb2/3O3-0.33PbTiO3(0.67PMN-0.33PT)的偏振拉曼光谱随温度变化的研究表明,在-196到600°C温度范围内0.67PMN-0.33PT存在两次相变:三方到四方(R-T)相变和四方到立方(T-C)相变。R-T相变的特征是106cm-1软模(-196°C时)随温度的升高而湮没到80cm-1"静态"模式中。依照群论分析,0.67PMN-0.33PT的80cm-1和106cm-1(-196℃时)两个模式分别为E(1TO)和A1(1TO)模。文章对三方相的对称结构(C3v点群)在背向散射配置下不同偏振方向的拉曼散射效率进行了计算。计算结果表明晶体中的A1(1TO)和E(1TO)模式能够通过使用不同的散射配置进行识别。理论计算和实验结果相比较得到了很好的吻合。     

高温高压下黑云斜长片麻岩的电性研究

 在压力1 GPa、温度250~1 100 ℃、频率0.1 Hz~1 MHz的条件下，采用阻抗谱方法，对来自阴山造山带的太古代黑云斜长片麻岩进行了电导率实验研究。实验发现：（1） 所有样品的阻抗谱都是由一个大的高频半圆弧Ⅰ和一个小的被压缩了的低频弧Ⅱ组成，阻抗弧Ⅰ主要代表矿物颗粒内部传导机制，阻抗弧Ⅱ更有可能代表的是样品和电极之间的传导机制；（2） 电导率随温度的变化遵循Arrhenian定律，但在700~750 ℃间有近一个量级的跳跃，通过对比实验前后样品的显微照片和探针分析数据，认为这一电导率的大幅跳跃可能是样品中黑云母发生大量脱水熔融的缘故；（3） 在高温段750~1 100 ℃，部分熔融样品的电导率主要由钠离子传导控制；（4） 在低温段250~700 ℃，样品的激活能为0.53 eV；在高温段750~1 100 ℃，样品的激活能为1.41 eV。激活能的改变可能与样品的结构变化有关，还与样品和熔体中钠的含量以及扩散有关。     

光纤布拉格光栅嵌入SMS光纤结构的湿度传感器

提出了一种基于光纤布拉格光栅嵌入单模-多模纤芯-单模(single-mode-multimode fiber core-single mode,SMS)光纤结构的湿度传感器。当环境湿度变化时,SMS光纤结构的干涉光谱会发生漂移,而光纤布拉格光栅对湿度不敏感,其纤芯基模保持不变。因此利用SMS光纤结构对环境湿度的敏感性去调制光纤布拉格光栅纤芯基模,通过检测光纤布拉格光栅纤芯基模的反射能量变化就可以实现湿度测量。数值模拟了SMS光纤结构的内部光场分布规律,理论计算了不同环境折射率时,多模纤芯的长度、直径对SMS光纤结构输出能量耦合系数的影响。理论模拟表明,随着环境折射率变化,SMS光纤结构中传输的纤芯基模的输出能量耦合系数会发生变化。同时制作了传感器样品并对其进行了传感实验研究,实验结果表明多模纤芯长35mm、纤芯直径为85μm的传感器在45%~95%RH湿度变化范围内,湿度灵敏度为0.06dBm·(%RH)~(-1)。在20~80℃温度范围内,传感器的温度灵敏度为0.008nm·℃~(-1),温度所带来的湿度测量误差为0.047%RH·℃~(-1)。传感器具有制作简单、灵敏度高、反射式能量检测等优点,在湿度测量领域有一定的应用价值。     

结合静电喷雾技术与浸渍法制备的固体氧化物燃料电池阴极

使用浸渍法制备具有纳米催化粒子的固体氧化物燃料电池电极可以提高电池性能。结合静电喷雾技术以及浸渍法制备的Sm0.2Ce0.8O2-δ（SDC）La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ（LSCF）浸渍阴极。对于静电喷雾技术中沉积温度对于薄膜形貌的影响做了讨论。阻抗谱研究表明,以300℃下沉积制得的薄膜为骨架的阴极具有最小的极化阻抗,在650、700、750、800℃分别为0.484、0.077、0.034、0.022Ω.cm2。以这种电极为阴极并以稳定的氧化锆为电解质的单电池在750℃时最大功率密度为254mW/cm。     

Vibrational energy transfer in a protein molecule

Mode coupling in a protein molecule was studied by a molecular dynamics simulation of the intramolecular vibrational energy transfer in myoglobin at near zero temperature. It was found that the vibrational energy is transferred from a given normal mode to a very few number of selective normal modes. These modes are selected by the relation between their frequencies, like Fermi resonance, governed by the third order mode coupling term. It was also confirmed that the coupling coefficients had high correlation with how much the coupled modes geometrically overlapped with each other.     

凝胶改性基底微藻细胞黏附特性及热力学分析

为强化微藻生物膜成膜过程中藻细胞与基底黏附,同时解决藻细胞残留造成的基底重复利用性差的问题,用聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)温缩型凝胶修饰基底。傅里叶红外光谱分析改性表面化学特性;结合微藻培养温度给出适宜藻细胞黏附的基底浸润特性;通过构建热力学模型,明晰温度对藻细胞与温缩型凝胶改性基底界面作用自由能的影响规律,结果表明,随温度从15℃升高到30℃,藻细胞与改性基底的界面作用自由能变从-39 mJ·m-2变化到-67 mJ·m-2,即黏附能力随温度升高而增强。黏附实验表明,随温度从15℃升高到30℃,温缩型凝胶改性基底的藻细胞黏附密度提高了50%,这与热力学模型预测结果吻合,说明该模型对分析温缩型凝胶改性基底藻细胞黏附有重要指导意义。     

样品温度对纳秒激光诱导Cu等离子体特征参数的影响

为了研究样品温度对激光诱导击穿Cu等离子体特征参数的影响，以黄铜为研究对象，在优化的实验条件下采用波长为532 nm的Nd∶YAG纳秒脉冲激光诱导激发不同温度下的块状黄铜，测量了Cu等离子体的特征谱线强度和信噪比；同时在局部热平衡条件下利用Boltzmann斜线法和Stark展宽法分析计算了不同的样品温度条件下等离子体电子温度和电子密度。实验结果表明，在激光功率为60 mW时，随着样品温度的升高，Cu的特征谱线强度和信噪比逐渐增加，样品温度为130 ℃时达到最大值，然后趋于饱和。计算表明，黄铜样品中Cu元素Cu Ⅰ 329.05 nm，Cu Ⅰ 427.51 nm，Cu Ⅰ 458.71 nm，Cu Ⅰ 510.55 nm，Cu Ⅰ 515.32 nm，Cu Ⅰ 521.82 nm, Cu Ⅰ 529.25 nm，Cu Ⅰ 578.21 nm八条谱线在130℃的相对强度相较于室温（18 ℃）下分别提高了11.55倍、4.53倍、4.72倍，3.31倍、4.47倍、4.60倍、4.25倍、4.55倍，光谱信噪比分别增大了1.35倍，2.29倍、1.76倍、2.50倍、2.45倍、2.28倍、2.50倍，2.53倍。分析认为，升高样品温度会增大样品的烧蚀质量，相对于温度较低状态增加了等离子体中样品粒子浓度，进而提高等离子体发射光谱强度。所以，适当升高样品温度能够提高谱线强度和信噪比，从而增强LIBS技术检测分析光谱微弱信号的测量精度，改善痕量元素的检测灵敏度。同时研究了改变样品温度时等离子体电子温度和电子密度的变化趋势。计算表明，当样品温度从室温上升到130 ℃的过程中，等离子体的电子温度由4 723 K上升到7 121 K时基本不再变化。这种变化规律与发射谱线强度和信噪比变化趋势一致。分析认为，这主要是由于在升高样品温度的初始阶段，激光烧蚀量增大，等离子体内能增大，从而导致等离子体电子温度升高。当激光烧蚀样品的量达到一定值后不再变化，激光能量被激发溅射出来的样品蒸发物以及尘粒的吸收、散射和反射，导致激光能量密度降低，电子温度趋于饱和，达到某种动态平衡。选用一条Cu原子谱线（324.75 nm）的Stark展宽系数计算激光等离子体的电子密度，同时研究改变样品温度时等离子电子密度的变化趋势，计算表明在样品温度为130 ℃时，Cu Ⅰ 324.75 nm对应的等离子电子密度相较于室温（18 ℃）条件下增大了1.74×1017 cm-3。该变化趋势与电子温度的变化趋势一致。适当升高样品温度使得电子密度增大，从而提高电子和原子的碰撞几率，激发更多的原子，这是增强光谱谱线强度的原因之一。由此可见，升高样品温度是一种便捷的提高LIBS检测灵敏度的有效手段。