具有超快电子传输能力的金/薄层氮化碳等离子光催化剂用于光催化产氢（英文）

光催化产氢可以直接将太阳能转化为化学能,是非常有前景的产氢技术之一.然而,光催化产氢的瓶颈在于如何提高光催化产氢效率和光催化剂的稳定性,以及降低产氢成本.因此,开发廉价、易于制备的产氢光催化剂引起人们广泛关注.作为一种非金属半导体光催化剂,石墨相氮化碳(g-C_3N_4)具有良好的物理化学性质,如良好的化学和热稳定性、极佳的光电性能、强的抗氧化能力等.更为重要的是,g-C_3N_4具有合适的能带结构,能够利用可见光.因此,g-C_3N_4已广泛应用于光催化降解、空气净化、光解水和光催化CO2还原等领域.然而,体相g-C_3N_4仍然暴露出一些缺点,例如比表面积小、光生电子-空穴对的复合率高和反应动力学差等.将体相g-C_3N_4剥离成g-C_3N_4纳米薄片是提高光催化效率的有效方法.薄层g-C_3N_4纳米片具有较高的比表面积,比体相的g-C_3N_4有更好的光生电子-空穴对分离效率.为了进一步提高g-C_3N_4的光催化性能,本文通过在薄层g-C_3N_4表面均匀分散Au纳米颗粒来控制电荷载流子的流动.并通过光催化产氢和污染物降解来评估金/薄层氮化碳(Au/monolayer g-C_3N_4)复合材料的光催化性能.所有的Au/薄层g-C_3N_4复合材料均显示出优于体相g-C_3N_4的光催化性能,其中1%Au/薄层g-C_3N_4复合光催化剂具有最高的产氢速率(565μmol g.1h.1),且具有最佳的污染物降解能力.这主要归结于热电子的注入,而不是肖特基结.Au纳米颗粒的成功引入带来了表面等离子共振(SPR)效应,SPR效应不仅能够提高光吸收效率,而且能够带来高效的热电子转移途径.热电子是从Au纳米颗粒表面注入到薄层g-C_3N_4纳米片的导带上.因此,Au/薄层g-C_3N_4复合光催化剂具有更高的光生电子-空穴对迁移和分离效率,以及更低的光生电子-空穴对复合几率.采用紫外可见光谱(UV-Vis)、光致发光光谱(PL)、光电流和阻抗等表征手段研究了Au/薄层g-C_3N_4复合光催化剂性能提升的原因.结果表明,相比于薄层g-C_3N_4纳米片,Au/薄层g-C_3N_4复合光催化剂具有更好的光电性能,因而光催化活性更高.此外,与薄层g-C_3N_4纳米片的光电流强度相比,Au/薄层g-C_3N_4复合光催化剂的光电流强度没有发生改变,这表明薄层g-C_3N_4纳米片导带上的光生电子不可能转移到Au纳米颗粒的表面.也就是说,肖特基结并没有参与到电子转移过程中,因此推测出整个光催化反应是热电子注入在起作用     

气液两相瞬变流数值计算及试验研究

在气液两相流计算中,人们通常给出气泡在液体中均匀分布的,与工程实际不符的假设,致使计算与试验结果之间相差较大。两相瞬变流计算也常看作均质的单相流来处理．本文由试验求得不同空间系数与波逐关系曲线,取消了均匀分布假设,改进了特性曲线法以适用于非均质的两相流计算,并将计算值与试验值进行比较,结果表明两者吻合得较好。     

Ultra-broadband asymmetric acoustic transmission with single transmitted beam

We report both experimentally and numerically that ultra-broadband asymmetric acoustic transmission is realized by a brass plate and a right triangle reflector immersed in water. This exotic phenomenon arises from the asymmetric excitation of the leaky asymmetric zero-order Lamb mode in the brass plate induced by the incident angle of external bulk waves. The results show that the bandwidth of the asymmetric acoustic transmission could reach 2000 k Hz, and the positive transmitted wave is only a single acoustic beam. The device has the advantages of ultra-broadband, single transmitted beam,and simpler structure, which has great potential applications in ultrasonic devices.     

Acoustic focusing through two layer annuluses in air

We report an acoustic focusing lens composed of two-layer annuluses made of metal cylinders in air. We find that the cylindrical waves can be focused into a perfect point without diffraction in the centre of the annuluses, which arises from the Mie-resonance modes in the annuluses. The focusing frequencies are related to the size of the inner annulus, and the focusing effect can be applied to the annuluses with different shapes and incident positions. Interesting applications of the focusing lens in the acoustic beam splitter and directional transmitter with energy enhancement are further discussed.     

Broadband acoustic focusing by symmetric Airy beams with phased arrays comprised of different numbers of cavity structures

We realize broadband acoustic focusing effect by employing two symmetric Airy beams generated from phased arrays,in which the units of the phased arrays consist of different numbers of cavity structures, each of which is composed of a square cavity and two inclined channels in air. The exotic phenomenon arises from the energy overlapping of the two symmetric Airy beams. Besides, we demonstrate the focusing performance with high self-healing property, and discuss the effects of structure parameters on focusing performance, and present the characteristics of the cavity structure with straight channels. Compared with other acoustic lenses, the proposed acoustic lens has advantages of broad bandwidth(about 1.4 kHz), high self-healing property of focusing performance, and free adjustment of focal length. Our finding should have great potential applications in ultrasound imaging and medical diagnosis.     

基于近零折射率材料的声非对称聚焦透镜

研究基于近零折射率声子晶体的声非对称聚焦透镜。声非对称聚焦透镜的两侧分别为竖直平面与圆弧面结构,由于近零折射率材料的声波方向选择性,当声波从竖直平面一侧入射时,可以通过透镜,实现高性能声聚焦效应;而当声波从圆弧面一侧任意方向入射时,声波无法通过透镜,从而实现同时具有聚焦与非对称传输特性的声学透镜。在此基础上,改变透镜圆弧面的曲率半径,可以调控非对称透镜的正向聚焦焦点位置,且声非对称传输性能保持不变.此外,透镜内部的刚性散射体对声非对称聚焦性能的影响较小。研究结果表明所设计的声非对称聚焦透镜具有多功能、单一结构及高鲁棒性等优点,为设计新型近零折射率声学器件提供相应的理论方案与实验参考.      

基于蜷曲空间结构的近零折射率声聚焦透镜

研究基于蜷曲空间结构的近零折射率声聚焦透镜.根据近零折射率材料的声波方向选择机理,采用蜷曲空间结构为基本单元进行排列,设计具有特定入射与出射界面的几何结构,对透射声波的出射方向进行调控,实现了平面声波与柱面声波的聚焦效应,并深入讨论了透镜内部刚性散射体对声聚焦性能的影响.在此基础上,改变近零折射率透镜的出射界面,可以精确调控声波阵面的形状与方向.该类型透镜具有单一的单元结构、高聚焦性能及高鲁棒性等优点.研究结果为设计新型近零折射率声聚焦透镜提供了理论指导与实验参考,同时也为研究声波阵面的调控提供了新思路.     

基于温度梯度分布的宽频带声聚焦效应

研究基于温度梯度分布的宽频带声聚焦效应. 利用两个恒温热源产生的温度梯度分布, 控制声波传播路径, 实现声波聚焦效应. 该机理源于温度场连续变化引起声折射率连续变化, 无反射能量损失, 具有宽频带及高聚焦性能等优点. 在此基础上, 分析入射声源频率、热源温度、分界面空间分布、热源位置、介质的衰减系数、热源温度不对称分布等因素对声聚焦性能的影响, 利用气凝胶材料验证单一介质中基于温度梯度分布的声聚焦系统的可行性.     

黏弹性胶粘涂层-基底结构中激光激发类瑞利波的传播特性

研究黏弹性胶粘涂层/基底结构中激光激发类瑞利波的传播特性。考虑涂层及基底的黏弹性,在频域中建立环氧树脂涂层/铝基底、环氧树脂涂层/铜基底、环氧树脂涂层/泡沫基底等结构中激光激发类瑞利波的有限元数值模型,研究类瑞利波的波形及传播特性,并分析环氧树脂涂层的透明性、厚度、黏性与基底的黏性对类瑞利波传播特性的影响,在此基础上,结合理论计算的色散与衰减曲线进行验证。研究结果表明,涂层的黏性引起类瑞利波高频成分的衰减,而对低频成分没有影响;基底的黏性对类瑞利波的高频与低频成分的衰减均有影响,其中对低频成分影响较大,此外,类瑞利波的模式及频散特性与基底材料密切相关。本研究为反演黏弹性胶粘涂层/基底结构的力学参数及评估结构的粘接质量提供理论指导。      

基于热声相控阵列的声聚焦效应

研究基于热声相控阵列的宽频带声聚焦效应.设计新型热声相位控制单元,通过改变单元的空气温度控制声波波速,实现声波透射与反射相位延迟覆盖2π区间.设计四种不同类型的热声相控阵列聚焦透镜,采用8种或2种热声相位控制单元分别实现了透射与反射声聚焦效应.与其他类型的声聚焦透镜相比,热声相控阵列聚焦透镜具有宽频带、高聚焦性能、设计方案简单等优点.