电磁编码超材料的理论与应用

本文系统地对编码超材料、数字超材料及现场可编程超材料的新进展进行了综述,讨论其对电磁波的实时调控和构造多功能器件的能力。首先,引入1-bit编码超材料,由"0"和"1"两种编码单元构成,分别对应于相位相反的电磁响应。通过控制不同的"0"和"1"编码序列,可以调控电磁波,并实现不同功能。这种1-bit编码超材料可以扩展到2-bit,甚至更高比特。其次,介绍了一种由开关二极管来控制的数字编码超材料,每个编码单元可通过二极管的开和关来获得不同的相位响应,进而获得不同的数字态。结合现场可编程门阵列(FPGA)控制系统,实现了对数字超材料的实时可编程设计,构造出现场可编程超材料。最后,研究了编码超材料对太赫兹波的调控,包括太赫兹波宽带漫散射及其对目标雷达散射截面(RCS)的缩减、各向异性编码超材料对太赫兹波的极化调控和波束调控等。数值仿真和实验测试结果吻合很好,验证了编码超材料的出色性能,展示了编码超材料调控电磁波的多功能性。编码超材料对微波及太赫兹波的实时控制可用于制作波束分离、波束偏折、极化转换等功能器件,也可在宽带范围内有效缩减目标RCS。     

Numerical analysis of photonic crystal fiber with chalcogenide core tellurite cladding composite microstructure

Kinds of photonic crystal fibers with chalcogenide core tellurite cladding composite microstructure are proposed. The multi-core photonic crystal fiber can reach the higher nonlinearity coefficient and the larger effective mode area. The small single-core photonic crystal fiber has a very high nonlinearity coefficient. At the wavelength λ=0.8μm, the nonlinearity coefficient can reach 31.37053 W-1·m-1, at the wavelength λ=1.55μm, the nonlinearity coefficient is 11.19686W-1·m-1.     

自生纳米纤维增强SiO2气凝胶的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法和乙醇超临界干燥工艺制备ZrO_X/SiO₂复合气凝胶,再经1200℃高温热处理得到自生纳米纤维增强SiO₂复合气凝胶。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、热重和氮气吸附等手段对气凝胶的结构和性能进行了分析,并且测试了样品的压缩强度及真密度。实验结果表明：自生纳米纤维增强SiO₂复合气凝胶具有均匀的多孔网络结构,锆氧纳米纤维是以化学键连接复合的方式无序穿插在气凝胶中,对复合气凝胶的机械强度和隔热性能有明显的改善。经1200℃热处理后的ZrO_X/SiO₂复合气凝胶比表面积为827.22m₂·g^-1,压缩强度为9.68MPa,真密度为0.23g·cm^-3。     

Se改良的远红外Te基硫系玻璃

将成玻性良好的Se逐步掺入到远红外Ge-As-Te玻璃中,观察其物理、光学特性的渐变过程.采用传统熔融淬冷法制备Ge_(10)As_(40)Te_(50-x)Se_x(x=0,10,20,30,40,50)系列玻璃,用X射线衍射仪、Raman光谱仪、热膨胀仪测试玻璃的内部微观结构和物化性质;用傅里叶红外光谱仪、分光光度计测试玻璃的可见/近红外与红外透射光谱等频谱性质;利用经典Tauc方程估算玻璃样品的直接和间接带隙.测试结果表明:Se含量的增加能有效提高玻璃的热稳定性,最高玻璃转化温度可达到233℃;可见/近红外短波截止边发生蓝移,光学带隙增大,透过范围广且透过性良好,红外透过率最高可达到56%,红外截止边仍然保持在20μm,当Se含量配比在低于2 mol的情况下,其热稳定性改善明显但光谱变化最小.最后,讨论了一种加还原剂Mg对该类玻璃进行提纯的方案,实验表明提纯后玻璃的透过谱线均匀平滑且无明显杂质峰.     

二维多层PtRu/PtNd纳米薄膜的结构效应及电催化氧化活性

采用离子束多靶溅射技术控制膜层结构制备出二维多层PtRu/PtNd纳米合金薄膜作为微型直接甲醇燃料电池(DMFCs)阳极催化电极材料. 应用X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、掠入射X射线衍射(GIXD)研究了薄膜表面的化学状态、形貌以及薄膜表层、次表层和体相的结构,并用CO-stripping伏安法、循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)、计时电流法(CA)等电化学方法测试薄膜催化剂的电化学活性比表面积及其对甲醇的电催化氧化. 结果表明, 多次交替沉积制备的PtRu/PtNd薄膜, 由于溅射产生的Pt+、Ru+和Pt+、Nd+之间的相互作用, 使薄膜表面的化学状态和膜层结构发生变化, 其衍射谱峰呈现异常宽化, Pt与Nd之间产生电子转移, 证实了PtRu/PtNd纳米合金薄膜是一种具有特殊膜层结构和电子结构的二维多层PtRu/PtNd纳米合金薄膜, 电化学活性比表面积高达115.00m2 ·g-1, 在酸性溶液中电催化氧化甲醇的活性显著提高.     

Generation of a mid-infrared broadband polarized supercontinuum in As2Se3 photonic crystal fibers

A simplified structure of birefringent chalcogenide As 2 Se 3 photonic crystal fiber（PCF） is designed.Properties of birefringence,polarization extinction ratio,chromatic dispersion,nonlinear coefficient,and transmission are studied by using the multipole method,the finite-difference beam propagation method,and the adaptive split-step Fourier method.Considering that the zero dispersion wavelength of our proposed fiber is about 4 μm,we have analysed the mechanism of spectral broadening in PCFs with different pitches in detail,with femtosecond pulses at a wavelength of 4 μm as the pump pulses.Especially,mid-infrared broadband polarized supercontinuums are obtained in a 3-cm PCF with an optimal pitch of 2 μm.Their spectral width at 20 dB reaches up to 12 μm.In the birefringent PCF,we find that the supercontinuum generation changes with the pump alignment angle.Research results show that no coupling between eigenpolarization modes are observed at the maximum average power（i.e.,37 mW）,which indicates that the polarization state is well maintained.     

（k，n）真彩色扩展可视分存技术

针对目前彩色扩展可视分存方案(EVSS)的像素膨胀问题,本文在灰度(k,n)-EVSS方案基础上,给出一种通过修改黑白(k,n)可视分存方案(VSS)来构造真彩色的(k,n)方案的方法.用该方法构造出的可视分存方案,n个分存图具有不同意义的彩色图像,并且像素膨胀与黑白(k,n)-VSS方案相同.     

基于LS-DYNA的橡皮碰击弹非致命效应仿真研究

为解决橡皮碰击弹对人体的非致命效应不确定的问题,依据防暴动能弹的致伤判据来确定橡皮碰击弹的基本尺寸,从理论和仿真实验的角度分析橡皮碰击弹的安全性及可靠性。采用八节点六面体单元SOLID164来模拟橡皮碰击弹和皮肤模型,橡皮碰击弹和皮肤的材料选用*MAT—PLASTIC—KINEMATIC,利用有限元软件LS-DYNA对人体的打击效果进行仿真。结果表明,橡皮碰击弹打击皮肤后由圆柱状体变为均匀的圆饼状并在相互接触的表面形成最大的应力分布;橡皮碰击弹以80m/s的初速作用于皮肤时,弹体在1ms内形变作用明显而且比动能未超过12.0J/cm2,皮肤表层未发生破裂和穿透现象且作用效果好。由此可知,橡皮碰击弹在对人体打击时安全性高、打击准确、作用效果明显,是一种安全有效的弹种。     

低损耗Ge-As-Se-Te硫系玻璃远红外光纤的性能分析

中、远红外光学领域的发展,离不开低损耗光波导材料的发展,因此近年来远红外低损耗光纤一直是光学领域的热点之一.本论文在国内首次报道了一种基于挤压法的低损耗远红外光纤制备技术,获得了具有完整结构的远红外光纤,其损耗为:0.46 d B/m@8.7μm,1.31 d B/m@10.6μm,整体低于1 dB/m@7.2—10.3μm.在实验过程中,首先采用传统的熔融淬冷法和蒸馏纯化工艺制备了Ge-As-Se-Te玻璃样品.利用X射线衍射仪和热膨胀仪等测试了玻璃的结构和物理性质,分析了Ge对玻璃热学性质的影响;利用分光光度计、红外光谱仪等研究了玻璃的光谱性质;综合比较了还原剂铝、镁的除氧效果.最后采用挤压法制备了芯包结构光纤.实验结果表明:镁的除氧效果佳,新型挤压制备工艺和有效提纯技术共同推进了硫系光纤损耗的降低,所获得的Ge-As-Se-Te光纤具有远红外广谱应用的潜能(其透光波长接近12μm).     

不同方法预处理的玉米秸秆结构与酶解分析

在利用秸秆进行工业转化时,因为秸秆结构复杂,导致转化效率低,所以需对秸秆进行预处理,破坏秸秆复杂结构,提高转化效率。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线衍射技术分析不同预处理方式对玉米秸秆微观结构的影响,并利用纤维素酶对不同预处理秸秆进行酶解,评价预处理效果。扫描电镜结果表明,不同预处理方式对秸秆表面形态和秸秆整体结构造成不同程度的破坏,其中NaOH预处理后的秸秆表面结构坍塌明显,表明木质纤维素结构被有效打破。利用傅里叶变换红外光谱对不同预处理方式的秸秆进行分析,其中1600和1510cm~(-1)为木质素的特征峰,NaOH预处理后的秸秆在此处的特征峰基本消失,表明NaOH预处理对秸秆木质素的去除效率比较明显。1744~1734 cm~(-1)为C=O伸缩振动特征峰,此峰的强度与木质素和半纤维素的含量有关,采用不同方法预处理后,此峰的吸收强度不同程度地减少,表明各种预处理方法不同程度地去除了秸秆的木质素和半纤维素。X-射线衍射分析表明,不同预处理后秸秆的结晶度均发生不同程度的改变,其中H_2SO_4预处理后秸秆的结晶度提高最大,达到43.4%。其中NaOH预处理秸秆后,用纤维素酶酶解60h,使其酶解产糖量达到33.32g/L。本研究分析了不同秸秆预处理方法的效果,为利用玉米秸秆生产生物化工产品提供了理论依据。