锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4金属掺杂的第一性原理研究

近来尖晶石相LiNi0.5Mn1.5O4被认为是一种有前景的二次锂离子电池正极材料.但是其相对较差的循环性能和倍率性能限制了LiNi0.5Mn1.5O4的大规模应用.金属掺杂被认为是一种提高其电化学性能的有效方法.然而,还急需深层次地理解掺杂对材料结构和电化学性质的影响.采用第一性原理方法,系统地研究了金属掺杂的LiM0.125Ni0.375Mn1.5O4(M为Cr,Fe和Co)电极体系的结构与电子性质.计算结果显示,少量的过渡金属M取代LiNi0.5Mn1.5O4晶格中的Ni,能够有效抑制材料在电化学脱嵌锂过程中的体积变化(从锂化相到脱锂相,体积变化率约为4%,而未掺杂的情况为4.7%),提高材料循环性能.体系态密度表明金属掺杂能够减小体系的带隙,进而提高材料的电子传导.另外,通过Li离子的扩散计算,我们发现与未掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4相比,Co掺杂使得Li在材料中两条不同扩散路径的扩散能垒分别降低了约90 meV和140 meV,表明Co掺杂有利于Li在材料中的快速扩散.     

金属-有机框架材料孔结构的初步理论评估

金属-有机框架材料在气体吸附/分离方面具有广泛的应用, 因而引起国内外学者的广泛关注。本文以6种代表性的MOFs为例简单介绍了利用理论工具研究MOFs孔结构的方法。     

基于labview与容栅传感器的液位测控系统

根据容栅传感器的检测原理,设计了一套基于LabVIEW和容栅传感器的液位精密测控系统,精度达0.05ml。利用容栅传感器输出的电容信号经信号调理模块输入msp430单片机处理并精密控制液位,采用LabVIEW设计系统监控界面程序,实现系统数据的显示、存储、绘图以及人机控制测定仪工作等功能。可配装为数显测定仪和物体密度测量仪,人机界面良好,成本低,易推广。     

Ni(OH)2修饰的三聚氰胺泡沫用于可压缩超级电容器电极

通过化学镀和电化学镀的方法制备了一种Ni(OH)₂电化学活性材料修饰三聚氰胺泡沫(MF)可压缩骨架的超级电容器电极材料MF/Ni(OH)₂。MF/Ni(OH)₂可压缩电极材料表现出最佳的电容性能,例如循环稳定性(即使在40 mA/cm^-3的电流密度下经过2000次充放电循环后,可压缩电极仍能保持90.63%的初始电容)和可压缩稳定性(即使在压缩率为50%时,仍具有97.88%的电容保持率)。层状可压缩超级电容器由MF/Ni(OH)₂弹性材料作为阳极,镍/碳(Ni/C)为阴极以及实验室中常用的滤纸作隔膜材料组成。这种超级电容器装置在不同的压缩下表现出良好的电化学性能和优异的压缩稳定性。最后,使用可压缩的超级电容器来点亮LED灯,以展示其在柔性电子设备中的应用。这些优化的电化学和机械性能表明MF/Ni(OH)₂可作为可压缩超级电容器的应用中的候选电极。     

双分散颗粒体系在临界堵塞态的结构特征

堵塞行为是颗粒体系中一种常见的现象,其力学性质与堆积结构的关联非常复杂.本文采用离散元法研究了由两种不同半径颗粒组成的二维双分散无摩擦球形颗粒体系在临界堵塞态所呈现的结构特征,讨论了大小颗粒粒径比与大颗粒百分比对临界堵塞态的影响.数值模拟结果表明,当粒径比小于1.4时,临界平均接触数与大颗粒百分比关系不大,当粒径比大于1.4时随着大颗粒百分比的增大临界平均接触数先减小再增大.而临界体积分数在粒径比小于1.8时随着大颗粒百分比的增加先减小后增大,大于1.8时又基本不随大颗粒百分比而变化.大颗粒百分比在接近0或1时,系统近似为单分散体系,临界平均接触数与体积分数基本不随半径比的增大而变化;在接近0.5时,临界平均接触数随着半径比的增大逐渐减小,而临界体积分数则是先减小后增大.文中对大-小颗粒这一接触类型的百分比也进行了探讨,其值随着大颗粒百分比的增大呈二次函数的变化趋势,粒径比对这一变化趋势只有较小的影响.     

基于LPV的航空发动机鲁棒变增益控制

随着我国现代化进程的不断加快,航天航空技术标准越来越高,对于航空发动机运转工况的鲁棒性和适应性提出了更高的要求。传统的航空发动机变增益设计步骤繁琐,不能将发动机置于整个航空器的运转去考虑设计,使发动机变增益缺乏相应的稳定性和适应性,易出现系统问题。为此,提出一般基于LPV的航空发动机鲁棒变增益控制系统,依据航空发动机结构参数,考虑到航空器在空中负载特性,计算出新的约束极点 模糊变增益,在航空器发动机工作范围连续增益,避免了传统增益切换情况,在转速控制上确定误差等因素,将非线性控制设计分解为多个线性子问题,使航空器控制系统能够沿着LPV参数轨迹保持良好的运转,保持稳定性能。仿真实验证明,提出的基于LPV的航空发动机鲁棒变增益控制系统控制效果优于传统方法,在航空器发动机转速改变时,控制精度能够满足要求 ,改变航空器负载时,有效对目标进行变增益控制。提出的控制方法对航空发动机鲁棒变增益控制问题提供了新的解决办法,具有较大应用价值。     

等离子体激励翼型分离流动控制数值模拟

文章利用CFD软件FLUENT中的自定义函数接口, 将等离子体对中性气体的激励作用模型化为体积力引入Navier-Stokes方程, 研究了等离子体气动激励诱导的平板射流, 以及介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)等离子体激励对NACA0015翼型大迎角分离流的控制作用.计算分析表明, 多对电极等离子体激励器可以有效控制NACA0015翼型大迎角分离流动.      

各向同性光纤中拉曼增益对光脉冲自陡峭的影响

运用数学解析法导出了关于拉曼增益与自陡峭综合效应的光脉冲传输方程,在此基础上引入洛伦兹模型将拉曼增益整合到非线性系数中来研究光脉冲中拉曼增益对自陡峭效应的作用,重点分析了高斯脉冲在各向同性光纤中传播时,拉曼增益对其自陡峭效应具体影响方式,结果表明拉曼增益会减弱自陡峭中后沿偏移程度,减小脉冲展宽,但不会影响其峰值大小.     

利用多项式拟合测量飞机油箱油量

飞机飞行中,测量剩余油量是关乎飞行安全的重要工作。以往采用的查表法存在存储数据量过大的问题,而插值法的计算又过于复杂,为此,提出了一种基于多项式数据拟合的油箱剩余油量测量方法,该方法通过存储多项式系数减少数据存储量,通过将多元插值计算改为多项式计算降低运算量。实验中,首先通过地面实验数据拟合获取多项式参数,再利用飞机飞行中获取的测量数据进行计算,所得结果与油箱内剩余油量的实际测量结果相比较,测量误差满足使用要求。通过理论和实验分析,在多项式拟合的阶数选择上明确了使用三阶多项式的合理性。该方法有较好的实用性,已在实践中应用。     

便携式无线人体脂肪率测量仪的设计

生物电阻抗法(BIA)是一种安全非侵入式的、结果可靠有效的人体组成成分(脂肪含量)测量方法。以此为原理,设计了一款便携式无线人体脂肪率测量仪。硬件上,系统以高集成化、低功耗的阻抗测量芯片AD5933为核心,通过蓝牙实现与上位机的无线通信,大大降低了设备的复杂度。软件部分提出一种单频点小阻抗范围的增益系数校准方式,计算量小且容易实现。将新测量仪和欧姆龙体脂仪HBF-358进行对比实验,并作Bland-Altman一致性分析。结果表明,二者的相关系数为0.997。此外,该测量仪还具有易操作、小型化的特点。