Design of diamond-shaped transient thermal cloaks with homogeneous isotropic materials

Transformation thermodynamics as a major extension of transformation optics has recently received considerable attention. In this paper, we present two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) diamond-shaped transient thermal cloaks with non-singular homogeneous material parameters. The absence of singularity in the parameters results from the fact that the linear coordinate transformation is performed by expanding a line segment rather than a point into a region, while the mechanism behind the homogeneity is the homogeneous stretching and compression along orthogonal directions during the transformation. Although the derived parameters remain anisotropic, we further show that this can be circumvented by considering a layered structure composed of only four types of isotropic materials based on the effective medium theory. Numerical simulation results confirm the good performance of the proposed cloaks.     

弹性波方程有限元模拟的曲边地表处理

本文对比研究了关于弹性波模拟中的曲边地表形状处理的两种方法,一种是用给定的实际介质数值划定的地表形状,另一种是用样条插值逼近地表形状.本文采用有限元方法进行弹性波数值模拟,给出了基于这两种方法计算的数值例子,并对结果进行了分析比较.结果表明使用后一种方法对地表进行处理时,地表人工离散产生的干扰明显减少,优于前一种方法.     

原位合成Ag/Ag2MoO4纳米复合润滑剂对YSZ涂层摩擦学性能的影响

通过大气等离子喷涂工艺制备了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层，采用真空浸渍技术和水热合成的方法，将含有反应物离子或分子的前驱体溶液引入YSZ涂层内部固有的微裂纹和孔洞等缺陷中，并在缺陷中原位合成了直径约78~111 nm的Ag/Ag₂MoO₄类球形纳米颗粒，首次制备出了YSZ-Ag/Ag₂MoO₄复合涂层. 摩擦试验结果表明:与YSZ涂层相比，YSZ-Ag/Ag₂MoO₄复合涂层由于在室温和600 ℃下形成了润滑层，抑制了YSZ涂层摩擦表面的脆性断裂和磨粒磨损，从而显著降低了涂层的摩擦系数和磨损率，有效提高了涂层的摩擦学性能.      

一种高离子电导率复合聚合物电解质的简易热处理制备

固态聚合物电解质是发展柔性全固态锂离子电池的核心,但是目前室温离子电导率低限制了其应用.本研究以热聚合方法制备石墨相氮化碳(g-C_3N_4),并将其与聚氧化乙烯/高氯酸锂(PEO/LiClO_4)共混制备复合聚合物固态电解质.采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和电化学工作站对复合聚合物电解质膜进行表征.结果表明,通过120℃退火-淬冷热处理及复合聚合物电解质内部的相互作用,可以较大程度抑制PEO的结晶,从而使该复合聚合物固态电解质膜的离子电导率在25℃时达到2.4×10~(-5)S cm~(-1),提高了3个数量级.     

一个有趣的驱动性问题——蜡烛在太空中能否燃烧

对蜡烛在微重力条件下是否能够燃烧有不同的预测结果,从对流、扩散和反应引发3个角度讨论了预测微重力状态下蜡烛能否燃烧的思路。引用美国航空航天局、中国科学院和哈尔滨工程大学等的实验研究证据,说明在微重力环境中蜡烛可以持续燃烧,以及蜡烛微重力燃烧时火焰的形状、颜色、大小和温度等特点。介绍使用摄像机实际拍摄蜡烛微重力燃烧现象的方法。     

法拉第《蜡烛的故事》对中学化学教学的启示

概述了法拉第《蜡烛的故事》讲座的展开思路。从教学内容承载的具体知识、科学观念、科学方法和情感态度等4个方面探讨了该讲座对如何发掘教学内容的功能与价值的启示。从以核心事件为主线串联相关科学问题,充分揭示教学素材的应用价值,通过层层解析和丰富例证得出结论,借助类比建立知识之间的联系,作为认识工具的化学计量内容的处理等5个方面探讨了该讲座对课程与教学设计的思路与模式的启示。     

接枝改性POSS对PLLA结晶行为的影响*

以二氯甲烷为溶剂,利用溶液共混法将三种聚笼形多面体倍半硅氧烷(POSS)分别与聚左旋乳酸(PLLA)进行共混,制备了不同POSS含量的单氨基POSS(POSS-NH₂)/PLLA、POSS接枝聚乙二醇(POSS-PEG)/PLLA和POSS接枝聚乳酸(POSS-g-PLLA)/PLLA复合材料。利用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、偏光显微镜(POM) 分别对复合材料的本体结晶行为、热稳定性及结晶形貌和生长速率进行了观察。结果表明当加入不同质量分数(1 wt%, 5 wt%, 10 wt%)的POSS-PEG时,PLLA的结晶能力均得到改善,而POSS-NH2和POSS-g-PLLA仅在质量分数较低(1wt%)时对PLLA起成核剂的作用,具有较高质量分数时会阻碍PLLA分子链段的运动,从而限制其结晶。三种复合材料中仅POSS-PEG在一定程度上提高了PLLA的热稳定性,利用POM观察球晶生长过程发现POSS-PEG的加入提高了PLLA的球晶生长速率。     

单层石墨烯带传输模式及其对气体分子振动谱的传感特性研究

自2004年石墨烯被成功制备以来, 相关研究引起了广泛关注, 其中, 传感应用是一个重要方向. 目前, 有关石墨烯传感特性的研究都集中在低频, 即根据分子附着引起的电导率变化来实现检测. 然而, 由于大部分分子吸附都会使电导率发生变化, 因此该方法难以区分不同分子的特征. 论文基于Kubo公式, 结合数值仿真方法研究了单层石墨烯带的传输模式, 分析了有效模式指数与模式传输特性的关联, 证实了波导模的局域性和宽带特性. 同时, 利用一阶波导模与气体作用引起的传输强度的变化反演分子振动谱. 以SO₂, CO和C₇H₈气体的传感为例, 基于本征分析验证了方法的有效性. 结果表明, 传输模式与分子作用能够产生耦合共振增强, 并且其变化趋势与气体分子振动谱一致; 在传输方向上, 分子与传输模式的作用范围越大, 则模式传输强度的变化越大. 该研究为实现气体分子指纹的识别和检测奠定了理论基础.     

Inverse design-based metamaterial transparent device and its multilayer realization

We propose an inverse method to determine the material parameters of a transparent device without any knowledge of the corresponding transformation function. The required parameters are independently obtained and expressed as functions of the introduced generator. Moreover, to remove the inhomogeneity and anisotropy of material parameters, a layered transparent device composed of only homogeneous and isotropic materials is presented based on the effective medium theory. The feasibility of using the layered device in antenna protection is also investigated. Full-wave simulation is carried out for verification. This work paves a new way toward designing metamaterial devices without specifying the underlying coordinate transformation, and has great guiding significance for the practical fabrication of transparent devices.     

基于“认知结构”发展的数学教学分析——以“数列通项公式”解题模块的组建与应用为例

以“数列通项公式”的解题教学为载体,以认知结构的理论作为研究依据,从组建解题模块,提升解题能力的角度展开分析与研究,提出数列相关问题存在无递推公式与有递推公式两类情况.文章从这两类情况着手,探寻数列通项公式解题模块的实际应用情况,帮助学生建构一类解题结构,以提高解题能力.