非晶态固体的结构可以决定性能吗?

晶态固体的力学性能与塑性变形主要由结构缺陷,比如位错的运动决定.而在非晶态固体中结构如何决定性能,仍然是固体力学、材料学和凝聚态物理学共同关心但尚未解决的核心问题之一.传统材料学研究的经典范式为"结构决定性能".遵循这一信条,已经有大量的实验表征与理论、模拟研究,尝试将非晶态固体的某种结构特征与性能建立一一对应关系.但是,科学界对于非晶固体结构-性能关系成立与否,以及背后隐藏的规律知之甚少.本文针对非晶态固体的变形机制以及其微结构特征,基于分子动力学模拟,定量评估短程简单结构与中长程复杂结构在决定非晶态固体动力学性能方面的效用.通过海量抽样每种具体玻璃结构的激活能(标识激发难易程度),尝试将结构参数与激活能建立定量关系,从而揭示出非晶态固体结构-性能关系的隐藏主控因素为结构的空间关联,受限比几何结构本身更关键.只有某种结构在空间上呈现亚纳米级的空间关联长度,这种完备结构才有可能有效地决定非晶态固体的力学性能,而短程简单结构则无效.进一步,给出了评价非晶态固体结构预测性能有效性的普适定量方法,为建立广义无序物质的结构-性能关系提供了筛选准则.     

非晶态固体的结构可以决定性能吗?

晶态固体的力学性能与塑性变形主要由结构缺陷, 比如位错的运动决定. 而在非晶态固体中结构如何决定性能, 仍然是固体力学、材料学和凝聚态物理学共同关心但尚未解决的核心问题之一.传统材料学研究的经典范式为"结构决定性能". 遵循这一信条, 已经有大量的实验表征与理论、模拟研究, 尝试将非晶态固体的某种结构特征与性能建立一一对应关系. 但是, 科学界对于非晶固体结构-性能关系成立与否, 以及背后隐藏的规律知之甚少. 本文针对非晶态固体的变形机制以及其微结构特征, 基于分子动力学模拟, 定量评估短程简单结构与中长程复杂结构在决定非晶态固体动力学性能方面的效用. 通过海量抽样每种具体玻璃结构的激活能(标识激发难易程度), 尝试将结构参数与激活能建立定量关系, 从而揭示出非晶态固体结构-性能关系的隐藏主控因素为结构的空间关联, 受限比几何结构本身更关键. 只有某种结构在空间上呈现亚纳米级的空间关联长度, 这种完备结构才有可能有效地决定非晶态固体的力学性能, 而短程简单结构则无效. 进一步, 给出了评价非晶态固体结构预测性能有效性的普适定量方法, 为建立广义无序物质的结构-性能关系提供了筛选准则.      

热、力及其复合外场原位辅助熔融沉积成型技术研究进展

熔融沉积成型(fused filament fabrication, FFF)是典型的聚合物增材制造技术之一,因其原料利用率高,成型原理简单且成本低而受到广泛关注。然而,FFF技术采用逐层堆积的加工方式,导致其成型件的层间界面结合强度较弱、宏观力学性能呈各向异性,因此较少用于工业领域关键零部件的制造。为此,发展了外场原位辅助的FFF技术,借助热场、力场及其复合外场,原位促进FFF成型过程中的层间结合行为,进而提高FFF成型件的宏观力学性能。本文从FFF成型的层间结合现象出发,归纳无定形聚合物和结晶性聚合物的层间结合机理,概述热场和力场对层间结合的影响机制,综述各类热、力及其复合外场辅助FFF技术的研究进展,并讨论各类原位辅助技术对FFF成型件力学性能的改善与不足,最后展望该技术在材料、工艺与装置等方面的发展前景和趋势,为促进FFF技术的工程应用提供理论支撑和技术参考。     

基于双通道残差密集网络的红外与可见光图像融合

为改善红外与可见光融合结果与源图像间的部分细节特征丢失问题,充分提取红外与可见光图像中的特征信息,提出了一种改进的双通道深度学习自编码网络进行红外与可见光图像融合。其中,双通道结构由密集连接和残差连接模块级联构成,并设置一种综合像素、结构相似度和梯度特征保留的损失函数,使该编码器结构可以充分提取红外与可见光图像的多层次特征,在融合层采用空间L1范数和注意力机制对级联双通道特征分别进行融合,最后设计对应的解码器对融合特征图像进行重构,获取最终的融合结果。通过与传统算法以及近年最新的深度学习算法进行实验对比,结果表明该方法在主观和客观上都具有优秀的综合性能。     

稀土镧在腈纶纤维化学镀银中的应用及其电化学性能

采用化学镀法(镀液中加入适量的稀土镧)在硅烷偶联剂改性后的腈纶纤维表面沉积金属银,由粒径分析、X射线衍射、扫描电子显微镜、阴极极化曲线以及循环伏安曲线等方法对其进行表征,研究了硝酸镧对化学镀银沉积速度、镀层质量和电化学性能的影响。结果表明,镀银液中加入适宜的硝酸镧,银的沉积速率和腈纶纤维表面银镀层的表面质量均有不同程度的提高。电化学测试表明,镀银液中增大硝酸镧的浓度(0～0.01 g/L),阴极极化曲线极化度增大,氧化还原峰的电流上升,电沉积的速度加快。     

U型缠绕式光纤弯曲损耗位移传感器设计

针对传统光纤弯曲损耗位移传感器中位移与弯曲损耗的非线性关系,且高灵敏度和大量程不能兼得的问题,设计了一种U型缠绕式光纤弯曲损耗位移传感器,结构包括U型回绕和螺旋绕轴,两者合称为U型缠绕。理论证明被测位移量与光纤弯曲损耗之间的线性关系,推导出表达式,讨论了螺旋绕轴方式对光纤弯曲半径的影响和U型回绕方式对传感器精度的影响,并进行了一系列实验研究和性能测试。结果表明:传感器的测量范围为0~120mm,灵敏度为0.14dB/mm,线性相关系数大于0.99,光纤在U型缠绕中无应力松弛的现象,建议U型回绕光纤曲率半径大于6mm。U型缠绕式光纤弯曲损耗位移传感器具有良好的测量精度和较大量程,能够实现传感器对混凝土结构的裂缝监测和大型结构位移的连续监测。     

利用智能手机磁传感器测重力加速度

利用智能手机中的磁传感器和Sensor Kinetics软件研究磁性复摆的运动情况,通过绘制复摆振动时"磁场强度-时间"图像计算振动周期,从而计算出当地的重力加速度。     

基于RFID的移动机器人巡逻路径优化研究

针对移动机器人在大范围环境中的巡逻路径优化问题,提出一种基于RFID信息节点导引方法的路径和时间优化策略。研究了在一由实际环境抽象得出的拓扑地图环境下,使用RFID标签来标记环境中的关键位置,例如走廊,交叉点,拐角等,并且利用标签中储存的导航指令来指导移动机器人的行动。将机器人分为3路巡逻,优化得出巡逻总路程最短且历经信息节点数均衡的路径。设定机器人在节点的停留时间,研究了机器人在一限定时间内巡逻完所有节点的分组及路径优化方法。为大范围布置RFID信息节点导引机器人行动的环境下,提供了一种巡逻路径优化方案。     

铷原子磁光阱中超冷等离子体的形成和演化

在铷原子的磁光阱中，通过光电离冷原子方法和稠密里德堡原子的自发演化方法产生了超冷等离子体。磁光阱中冷却并囚禁了10^7个原子，温度约为500μK，之后用一束脉冲激光将冷原子电离或者激发至高里德堡态，通过调节脉冲激光的能量控制离子数量或者里德堡原子的数量。利用延迟斜坡电场或脉冲电场引出超冷等离子体中的电子，对超冷等离子体的形成和演化进行了研究，并利用库仑势阱模型对实验结果进行了解释。实验结果表明，由于来自长寿命里德堡原子的贡献，里德堡原子自发演化形成的超冷等离子体的寿命比光电离形成的超冷等离子体的寿命长。     

Neumann随机有限元的一种推广形式

针对Monte—Carlo随机有限元，研究在多样本环境下如何提高单样本计算效率的问题。证明了关于线性问题Neumann随机有限元法的算法与线性系统的等刚度迭代法是一致的；在此基础上，将迭代效率更高的算法一预处理共轭梯度法引入线性Monte—Carlo随机有限元系统，建立了相应的有限元列式；最后，利用两个算例比较了本方法与Neumann随机有限元法，结果显示随着随机变量离散度的增大，Neumann法的计算效率急剧下降，而本方法的计算效率表现稳定；对于离散度不太大的随机变量，Neumann法已经不收敛，而本方法在随机变量离散度很大的情况下，仍然保持很好的收敛性。