小实验大道理 ——从热缩片小制品DIY看高分子材料的熵致形变

A little experiment concerning the pyrocondensation materials was introduced in this paper. The aim was to help the public understand the principles of entropy induced deformation of polymer materials.     

负泊松比蜂窝材料的动力学响应及能量吸收特性

针对传统正方形蜂窝，通过用更小的双向内凹结构胞元替代原蜂窝材料的结构节点，得到了一种具有负泊松比特性的节点层级蜂窝材料模型。利用显式动力有限元方法，研究了冲击荷载作用下该负泊松比蜂窝结构的动力学响应及能量吸收特性。研究结果表明，除了冲击速度和相对密度，负泊松比蜂窝材料的动力学性能亦取决于胞元微结构。与正方形蜂窝相比，该负泊松比层级蜂窝材料的动态承载能力和能量吸收能力明显增强。在中低速冲击下，试件表现为拉胀材料明显的"颈缩"现象，并展示出负泊松比材料独特的平台应力增强效应。基于能量吸收效率方法和一维冲击波理论，给出了负泊松比蜂窝材料的密实应变和动态平台应力的经验公式，以预测该蜂窝材料的动态承载能力。本文的研究将为负泊松比多胞材料冲击动力学性能的多目标优化设计提供新的设计思路。     

基于裂纹扩展脆性岩石动力压缩力学特性研究

动态压缩荷载作用下，脆性岩石内部动态细观裂纹扩展特性，对岩石宏观动态力学特性有着重要的影响。然而，对岩石内部动态细观裂纹扩展与宏观动态力学特性的关系研究较少。基于准静态裂纹扩展作用下的应力-应变本构模型、准静态与动态裂纹扩展断裂韧度关系、裂纹速率与应变率关系模型及应变率与动态断裂韧度关系，提出了一种基于细观力学的动态应力-应变本构模型。其中裂纹速率与应变率关系，是根据裂纹长度与应变关系的时间导数推出；应变率与动态断裂韧度关系，是根据推出的裂纹速率及应变率关系，与裂纹速率及断裂韧度关系相结合而得到。研究了应变率对应力-应变本构关系及动态压缩强度影响。并通过试验结果验证了模型的合理性。讨论了岩石初始损伤、围压、模型中参数m、ε₀和R对应力-应变关系、动态压缩强度和动态弹性模量的影响。研究结果可为动态压缩荷载作用下深部地下工程脆性围岩稳定性分析提供了一定的理论支持。     

熔盐环境下热障涂层新材料Mg2SiO4的高温腐蚀研究

采用高温固相反应法合成了Mg2 SiO4陶瓷粉末,冷压成型后烧结成陶瓷块材.盐涂法制备V2 O5涂覆的样品,利用马弗炉在950℃空气气氛下保温不同时间.对热腐蚀后的样品进行表面形貌、截面特征的表征,并对Mg2 SiO4的高温熔盐腐蚀机制进行分析研究.结果表明:熔融的V2 O5对Mg2 SiO4陶瓷试样产生两种形式的腐蚀降解作用,即溶解-沉淀机制形成腐蚀产物Mg2 V2 O7和SiO2以及沿晶界腐蚀为主的渗透腐蚀作用.     

First-principles study of the co-effect of carbon doping and oxygen vacancies in ZnO photocatalyst

Although tuning band structure of optoelectronic semiconductor-based materials by means of doping single defect is an important approach for potential photocatalysis application,C-doping or oxygen vacancy(Vo)as a single defect in ZnO still has limitations for photocatalytic activity.Meanwhile,the influence of co-existence of various defects in ZnO still lacks sufficient studies.Therefore,we investigate the photocatalytic properties of ZnOx C0.0625(x=0.9375,0.875,0.8125),confirming that the co-effect of various defects has a greater enhancement for photocatalytic activity driven by visible-light than the single defect in ZnO.To clarify the underlying mechanism of co-existence of various defects in ZnO,we perform systematically the electronic properties calculations using density functional theory.It is found that the coeffect of C-doping and Vo in ZnO can achieve a more controllable band gap than doping solely in ZnO.Moreover,the impact of the effective masses of ZnO_xC_0.0625(x=0.9375,0.875,0.8125)is also taken into account.In comparison with heavy Vo concentrations,the light Vo concentration(x=0.875)as the optimal component together with C-doping in ZnO,can significantly improve the visible-light absorption and benefit photocatalytic activity.     

太赫兹波段双频带手征性超表面的设计

提出一种具有巨旋光性和负折射特性的双频带手征性超表面结构,该手征性超表面由中间介质层和双层共轭卍字形周期排列而成;通过研究面电流密度分布,解释了巨旋光性和负折射率产生的原因;研究了手征性超表面单元结构的连续圆金属贴片半径和介质层厚度对该结构旋光性和负折射特性的影响。数值模拟结果表明:该结构在0.1～2 THz频率范围内有4个谐振频点,在谐振频点附近,平均折射率均为负值,实部幅值最大为-3.7;该结构在谐振频点附近显示了巨旋光性以及双频带的左旋圆偏振波和右旋圆偏振波负折射特性,最大偏振旋转角达到了122°,右旋圆偏振波折射率实部幅值可达-12.74。     

W/VO2周期性纳米盘阵列可调中红外宽频吸收器

为了实现对3～5μm中红外光的完美吸收,仿真设计了一种基于W/VO2周期性纳米盘阵列的可调中红外宽频吸收器,利用时域有限差分法模拟计算了结构参数对吸收器性能的影响.在最佳结构参数条件下,吸收器表现出偏振无关和广角吸收的特性,在3.1～3.6μm范围内吸收率达99%以上,峰值吸收率为99.99%.低温时入射光的磁场被束缚在各单元VO2介质层的中心并得到完美吸收;高温时VO2发生相变表现为金属相,抑制吸收,高低温的吸收率差值可达78.8%.该吸收器有效弥补了传统吸收器吸收频带窄、吸收率不可调的缺陷,对中红外光电器件的应用有参考价值.