定制电解液或隔膜实现锂离子各向异性输运从而抑制枝晶生长：相场模拟研究

电池内部不可控的枝晶生长问题严重地影响着电池的循环性能和安全性能,这对于锂金属电池的实际应用是一个严峻的挑战。尽管已有较多的实验和理论研究工作聚焦于电极间锂离子各向异性输运特性对枝晶形貌的影响,但仍有一些开放性的问题有待进一步研究,例如,如何将枝晶生长的动态演变与电解液性质、电势分布或隔膜多孔结构诱导的锂离子各向异性输运关联起来。我们通过将锂离子在电解液中的扩散系数(DL)表示为二阶张量的形式并进行相场模拟,发现D_yy:D_xx比值的增加,以及电势诱导的电极/电解液界面锂离子快速扩散层均可以降低界面处锂离子浓度梯度和电势梯度,从而减弱枝晶生长的驱动力。我们还发现隔膜基体与y方向之间夹角的增大也会显著促进电解质中的锂离子各向异性输运特性,以利于抑制枝晶生长。籍此本文提出设计D_yy:D_xx=10:1的电解液和基体倾斜角为arctan (0.5)的隔膜用于锂金属电池。该相场研究有望为设计具有抑制枝晶能力的电解质或隔膜提供指导。     

长试验时间激波风洞测力技术研究

中国科学院力学研究所复现飞行条件高超声速激波风洞JF12的落成突破了毫秒级试验时间的瓶颈,有效试验时间超过100ms.因此,对于JF12长试验时间激波风洞的测力试验,基于应变天平技术较为成熟、结构简单等优点,我们考虑采用传统的应变计天平.但是,激波风洞来流冲击所带来的惯性力干扰导致天平测力系统产生低频振动,传统内置应变天平的结构刚度很难保证信号有足够的处理周期,这大大限制了激波风洞测力模型的尺寸和重量.针对这个难题,基于JF12激波风洞的运行特点及对测力天平刚度特性的特殊要求,优化设计了应变天平的测力单元结构以适用于这种脉冲动态测力试验,相应加工制造了大刚度、低干扰、高灵敏度的系列脉冲型应变天平,结构形式包含了杆式和盒式,最大载荷(法向力)从1kN到30kN,以满足不同尺度飞行器的测力试验需求.同时,我们应用不同尺度的测力模型对研制的脉冲型天平在JF12激波风洞进行了一系列动态气动力测量试验,以进一步评估JF12系列脉冲型应变天平的结构特性和测力性能.      

An efficient continuous-wave YVO_4/Nd:YVO_4/YVO_4 self-Raman laser pumped by a wavelength-locked 878.9 nm laser diode

We report an efficient continuous-wave self-Raman laser at 1176 nm based on a 20-mm-long composite YVO_4/Nd:YVO_4/YVO_4 crystal and pumped by a wavelength-locked 878.9 nm diode laser.A maximum output power of 5.3 W is achieved at a pump power of 26 W,corresponding to an optical conversion efficiency of 20%and a slope efficiency of 21%.The Raman threshold for the diode pump power was only 0.92 W.The results reveal that in-band pumping by a wavelength-locked diode laser significantly enhances output power and efficiency of self-Raman lasers by virtue of improved pump absorption and relieved thermal loading.     

热分析-傅里叶红外光谱-气相色谱-质谱联用技术分析果胶的热分解产物

将热分析-傅里叶红外光谱-气相色谱-质谱组成同步联用检测系统,对果胶在N2气和N2/O2氛围中,243、270和335 ℃ 3个温度点的热解产物经傅里叶红外光谱和GC-MS进行同步分析,在2种氛围下共检测鉴别了26种热分解产物。     

双亲聚合物分子印迹自组装胶束电化学传感器研究

结合大分子自组装和分子印迹技术制备了分子印迹聚合物胶束, 并通过电沉积将其固载到电极表面得到分子印迹电化学传感器. 首先以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、丙烯酸二异辛酯(EHA)和苯乙烯(St)合成了共聚物poly(DMA-co-HEA-co-EHA-co-St), 在其侧链接枝上双键得到可光交联的双亲共聚物. 以水为沉淀剂诱发该双亲共聚物在含有对乙酰氨基苯酚的溶液中自组装, 得到印迹有对乙酰氨基苯酚的聚合物胶束, 利用动态激光光散射(DLS)和透射电镜(TEM)表征其尺寸和形貌. 最后通过电沉积技术诱导印迹胶束在金电极表面组装, 经紫外光辐照交联后, 洗脱模板分子形成分子印迹膜, 制备了对乙酰氨基苯酚分子印迹传感器, 通过循环伏安法、差分脉冲溶出伏安法研究此印迹传感器的性能. 实验结果表明, 该传感器对对乙酰氨基苯酚具有良好的选择性和灵敏度, 浓度响应线性范围为1×10^{-6 到4×10-3 mol/L, 检测限为3.3×10-7 mol/L.}     

α-环糊精主客体识别超分子水凝胶的制备及其宏观流变性能构建过程研究

采用7 wt%的α-环糊精(α-CD)溶液和5 wt%的甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯均聚物(PMPEGA-2000)溶液制备了α-CD/PMPEGA-2000超分子水凝胶,并对其形貌、结构、形成条件和宏观流变学性能构建过程进行了表征和研究。结果表明,体积比不低于1.5:1是两种溶液混合后形成凝胶的必要条件;当体积比为2:1时,形成的凝胶黏度最大。热重分析、X射线粉末衍射分析和扫描电镜结果表明,该凝胶是基于α-CD与PMPEGA-2000之间的主客体识别所形成,具有三维网络结构。光学微流变分析结果显示,该凝胶宏观流变性能的构建过程实则是凝胶内部主客体识别交联点不断增多,网络结构强度不断增强的过程。该过程始于α-CD溶液与PMPEGA-2000溶液混合后的8′36′′,在64′00′′后基本完成,耗时约55′24′′。     

斜爆轰波面上复杂结构的数值研究

利用欧拉方程和单步化学反应模型, 对斜爆轰波进行了数值模拟, 重点研究了斜爆轰波面上多维复杂结构的形成机理. 数值结果显示在斜爆轰波面上, 存在两种小尺度的激波和火焰耦合结构: 第1种结构由一道横波和三角形火焰组成, 是斜爆轰波中特有的结构; 第2种结构由两道横波和凸起的火焰面组成, 类似于正爆轰波面上的胞格结构. 数值结果表明这两种结构具有相同的形成机理, 而且能够相互转化, 它们的形成和发展过程受到来流马赫数和化学反应放热速度等参数的影响.      

基于权值矩阵的模糊自适应卡尔曼滤波在组合导航中的应用

针对自主驾驶车辆长时间导航精度要求难以满足的问题,建立了GPS与微惯性导航系统的组合导航滤波模型,在位置观测的同时引入姿态信息,提高了导航精度。在此基础上提出了基于权值矩阵的模糊自适应卡尔曼滤波算法,该算法通过模糊控制器自适应地改变每个观测量的权值,得到权值矩阵引入卡尔曼滤波器实现自适应滤波。仿真和实验结果表明,所提出的权值矩阵模糊卡尔曼滤波性能优于衰减因子自适应卡尔曼滤波,特别是在GPS信号失真及噪声先验统计特性不可知的情况下,其定位精度能够保证在1m之内。     

从简单模型入手探究陀螺仪在磁场中的减速问题

2019年中国大学生物理学术竞赛中,非铁磁性导体材料制的陀螺仪在磁场中减速问题的研究没有限定任何具体参数,不易根据麦克斯韦方程得到全面统一的答案.本文从无限长导体圆柱模型入手,通过合理的近似,推导得到了陀螺仪转轴与磁场方向垂直和平行两种条件下,电磁阻力矩与磁感应强度、角速度、电导率等参数依赖关系的表达式,进而给出了磁场方向相对陀螺仪转轴任意取向时陀螺仪减速阻尼系数满足的一般关系,并通过量纲分析验证了公式的合理性.实验部分设计引入直流电动机提供驱动转矩,分析测量数据可以证明,基于基本模型得到的电磁阻力矩公式可以较为准确的描述实际的陀螺仪减速过程.     

聚焦电子束对透射式微焦点X射线源的影响

微焦点X射线源是微计算机断层扫描技术设备的核心部件。研究了电子束在靶材中的横向扩散引起的透射式微焦点射线源的焦点尺寸和强度的变化规律。结果表明:当打靶电子束的束流密度遵循高斯分布时,其产生的X射线强度也遵循高斯分布,该分布的标准差可以用来精确表示X射线的焦点尺寸;当靶材厚度可以使沉积电子束的能量达到60%时,对应的靶材产生的X射线强度最高;随着靶材厚度增加,X射线的焦点尺寸逐渐变大;增大电子束的加速电压可以适当减小X射线的焦点。本研究为透射式微焦斑X射线源的靶材选择和设计提供了理论依据。