纳米金刚石薄膜的扫描探针及微观场发射性能研究

纳米金刚石薄膜作为真空电子场发射器件的一种重要材料,由于其优异的物理化学性能和良好的场发射能力而日益得到广泛的研究和应用[1-2].电子场发射性能与金刚石薄膜的表面形貌、电导和电子表面态等密切相关,对其纳微结构与场发射性能之间的内在联系的研究业已引起广泛重视,一些研究表明金刚石薄膜表面存在促进场发射的导电通道或二次晶粒之间的晶界[3-4]. 本文从扫描探针技术(包括AFM、KFM、STM、STS等)入手,对纳米金刚石薄膜表面进行深入细致的分析和表征,力图阐明纳米金刚石表面导电层与其场发射性质的内在相关性.     

面向压电智能结构精确变形的协同优化设计方法

智能结构集智能材料与传统材料于一体,能够实现结构的主动控制,在航空航天等领域具有巨大的应用潜力.由于其系统复杂且具有多场耦合效应,智能结构的整体式优化设计方法成为结构控制技术研究的关键之一.为了提高压电智能结构的整体性能和变形精度,提出了同时考虑压电驱动器布局(分布位置及角度)和基体结构拓扑构型的协同优化设计新方法.采用多点约束方法 (multi-point constraints,MPC)建立压电驱动器和基体结构的连接,定义一种与测量点目标位移相关的权重函数,以实现结构的精确变形控制.通过协同优化设计,压电驱动器可以获得最优的分布位置及角度,同时基体结构获得最优的拓扑构型,从而提升了压电智能结构系统的整体驱动性能和变形精度.通过进一步分析,研究了精确变形、体分比约束与结构优化构型和整体刚度的关系,以及优化结果中可能存在的传力路径畸变现象.数值算例的设计结果表明,采用协同优化设计方法,能够扩大结构的寻优空间,有效减小变形误差,实现压电智能结构的精确变形控制.     

基于芯片实验室技术的表面增强光谱学在分析科学中的应用

集成具有一序列微流控操作单元的芯片实验室技术,在微流控通道内铺陈金属纳米粒子(尤其是金、银以及铜纳米粒子)作为衬底,泵入多通道微纳升分析物,用于联用表面增强光谱在痕量、实时、原位、过程反应等检测中具有重要的意义。这种联用检测技术集成了芯片实验室和表面光谱两种技术的优点：芯片实验室技术集成流程式分步操作,实现筛选取样,分段、实时反应检测,减小样品量,稳定测试环境等优势以及表面增强光谱的光谱响应快,灵敏性和选择性强、原位检测等优点。借助于Drude模型以及适当的边界条件,外电场引发金属颗粒价电子的局域等离子振荡,并推导了产生共振的局域表面等离子增强以及受激感应偶极子振荡产生表面拉曼增强的物理电磁增强机制。综述了芯片实验室表面局域等离子检测在生物、医药、食品安全等方面的应用,检测通道的增加促使检测效率有较大的提高,同时检测限能力获得较大的突破。综述了芯片实验室技术结合表面增强拉曼光谱公共安全、生物医学、电化学和生物传感器等领域的应用, 表面增强拉曼光谱的高度灵敏性以及指纹性应用于痕量检测。根据芯片实验室技术在研究开发和应用已经获得不断的进展,结合3D打印技术,精准控制多通道结构尺寸,更好地满足设计的需求。表面等离子增强光谱以及表面增强拉曼光谱等表面光谱检测技术在应用上日趋成熟,获得突破传统显微镜的光学极限的分辨能力。这种联用技术在实际定性或者半定量痕量分析检测应用中具有光明的前景。     

热弹性结构的拓扑优化设计

针对热弹性连续体拓扑优化存在的中间密度问题,以骨架式结构为研究出发点,分析了热、力耦合场作用下的结构拓扑构型设计,对比了SIMP和RAMP两种材料惩罚模型对消除中间密度值的应用效果,阐述了在相同惩罚模型下,拓扑优化解对热、力两类载荷相对大小的依赖性. 在此基础上,提出以不同惩罚模型应对两类载荷的处理方法,通过骨架式结构和连续体结构数值算例,验证了该方法的可行性和有效性.      

氩离子刻蚀还原氧化铜的XPS研究

利用X射线光电子能谱(XPS)及氩离子刻蚀技术,通过改变氩离子枪的刻蚀模式,原位研究氩离子刻蚀对氧化铜的还原情况。结果发现在极其微弱的氩离子束流轰击下,CuO即被还原,刻蚀初期变化较大,之后达到稳恒状态。对Cu2p峰拟合,同时结合俄歇CuLMM峰变化,判定纯CuO经氩离子刻蚀后最终转变为氧化铜、氧化亚铜及少量单质铜的共存状态。研究结果将对氧化铜深度剖析中化学状态的判断具有重要参考价值。     

基于多点自由度约束的方向性保形拓扑优化设计方法

保持飞行器气动面、功能面等型面的精确外形是飞行器刚度设计的重要内容.为控制飞行器结构局部区域的翘曲变形模式,抑制特定方向上有害的翘曲变形,提出考虑结构方向性保形约束的拓扑优化设计新方法.一方面,引入由保形区域内有限控制点生成的人工附加弱单元(artificial weak elements,AWEs),使控制点各自由度位移通过多点自由度约束(multi-point constraints,MPCs)传递到AWEs上,约束AWEs的变形能可以实现对保形区域翘曲变形的抑制;另一方面,合理配置多点自由度约束,将需要抑制的特定方向上自由度耦合到AWEs上,从而实现方向性保形优化设计.数值算例证明所提出的优化设计方法能在结构刚度拓扑优化设计的基础上实现对局部保形区域在特定方向上翘曲变形的有效控制,与已有约束所有自由度翘曲变形的保形拓扑优化设计相比,方向性保形优化设计在变形控制效果上更加具有灵活性.     

循环对称结构的多尺度拓扑优化方法

研究了循环对称结构多尺度拓扑优化问题,阐明了均匀化等效性能的基本性质,提出了循环对称单胞的特征参数概念,建立了均匀化映射计算方法,构造了等效性能的三元参数插值模型,有效简化了不同特征参数、微结构构型与体分比下的单胞均匀化等效过程.通过微结构的特征驱动建模与B样条参数化,克服了微结构拓扑优化变量多和变量离散难以保证其光滑连接的问题.给出了典型数值算例,比较了等比例排列单胞与等间距排列单胞对结构优化结果的影响,验证了多尺度优化方法的有效性.     

非糖类化合物合成碳环糖*

碳环糖是一类呋喃或吡喃糖环中的氧原子被亚甲基取代后形成的糖类似物。碳环糖作为糖类化合物的类似物,和糖类化合物有着不同的活性和稳定性,已经引起了人们的广泛关注。本文综述了从非糖类化合物合成五元及六元碳环糖研究的最新进展。重点介绍了以环二烯基硅烷、奎宁酸、降冰片烯等碳环化合物为原料合成碳环糖的进展。     

纳米级金刚石超微细粉的性能参数分析

本文对用爆炸法合成的两批纳米级金刚石超细粉进行了初步研究,ＸＲＤ表明样品Ⅰ和样品Ⅱ是立方相金刚石晶体结构,粒径平均为～４０;ＦＴＩＲ光谱显示样品Ⅰ中含有较多的石英杂质;测量了纳米级金刚石超细粉的拉曼光谱,对其不同于大块金刚石拉曼峰的现象,用量子限制效应模型作出解释。     

双分子络合维生素B12模型化合物的合成

B₁₂是人体中不可缺少的维生素^[1,2],近20年来对这类化合物的研究引起人们广泛的兴趣^[3-5]。为研究维生素B₁₂结构与性能的关系,我们以维生素VB₁₂为原料合成了VB₁₂模型分子4f^[6,7],以研究Co-N键的强弱。揭示在人体中的生物催化作用。在我们合成工作中意外地发现了VB₁₂模型分子具有双分子络合现象,在一定条件下合成了VB₁₂分子络合物5b-5f。为研究B₁₂化学提供了一类新型模型分子。