材料学科研究进展

1核材料 金属铀及合金广泛应用于核工程，金属铀及合金的性能、与活性介质的作用、表面防护一直是备受关注的问题。主要开展了铀及合金的动态性能、加工工艺及表面性能表征研究，取得了明显进展。     

材料学科研究进展

1核材料 1.1铀表面改性的抗腐蚀性能研究 金属铀因其独特的核性能而具有广泛的用途，但由于其高化学活性而极易在许多环境介质中遭受腐蚀。因此，发展铀表面改性技术，研究镀层对铀抗腐蚀特性的影响备受关注。开展了铀表面脉冲电镀镍技术，磁近代溅射镀铝膜及铝／钛双重复合膜技术和铀表面激光快速熔凝技术研究，分析了镀层的组织结构，测试了镀层的腐蚀特性。研究发现脉冲电镀镍层在铀表面上连续、致密、覆盖完整、界面清晰，具有较好的保护性能铀、铝镀层、铝／钛复合镀层在50μg／g的Cl^-溶液中的腐蚀电位，铀表面铝镀层的腐蚀电位较铀的腐蚀电位低，可以提供牺牲性保护，但铝镀层表面存在微孔隙，会产生点蚀；钛镀层的腐蚀电位较铀高，表面仍然具有微孔隙，会产生点蚀；经过激光快速熔凝处理，铀的抗氧化能力明显增强。这些研究结果为优化铀表面防腐蚀镀层体系提供了技术基础。     

碳球担载二硫化钴纳米复合电催化剂的制备及其析氢性能研究

采用一步水热法,通过引入载体碳球(CSs)和表面活性剂CTAB,将二硫化钴(CoS_2)纳米颗粒均匀负载在CSs表面.相比于单独的CoS_2,改性后CSs担载的CoS_2(CoS_2/A-CSs)展现出了更好的电催化活性.在电解液为0.5mol/L H_2SO_4溶液中,电流密度为10 mA·cm~(-2)条件下,其析氢反应过电位仅为154 mV.经过12 h的稳定性测试,CoS_2/A-CSs析氢反应过电位为180 mV,这表明其仍具有良好的电化学催化析氢反应活性.这种复合电催化剂的优良性能主要归因于CSs的高导电性和其对CoS_2纳米颗粒的均匀分散;此外,CTAB的引入,促使CSs与CoS_2之间结合的更加紧密,进而加快了活性位点间的电子传导.     

声子晶体中的半狄拉克点研究

在本文中, 构建了一种易于实现的二维声子晶体: 截面为正方形的铁柱以三角晶格形式排列在水中. 研究发现, 在此声子晶体的布里渊区中心Γ点有半狄拉克点出现: 其带结构沿ΓY方向是线性的, 但沿着ΓX方向却是二次型的. 若散射体绕中心轴旋转角度θ = 45°, 则半狄拉克点的二次型带结构则会转至ΓY方向, 与ΓX相互垂直. 接着, 本文采用k· p 微扰法系统研究了在不同旋转角θ 值下, 简并点附近的带结构特点, 并在此基础上分析了半狄拉克点的出现原因. 在半狄拉克点附近, 以布洛赫简并态为基矢, 文中构造了一个有效哈密顿量, 根据它能准确计算贝利相位, 并发现其值为零. 此外, 通过有限元仿真, 还研究了在半狄拉克点频率附近声波沿着不同方向穿过该声子晶体的透射现象. 本文可以为经典体系中半狄拉克点色散关系的起源、有关传播性质的研究以及其在声子晶体的应用提供理论参考.     

暗声学超材料研究

由于普通材料的固有耗散在低频区域的微弱性,长久以来,低频声波的衰减一直都是一个颇具挑战性的任务.为了能够在100—1000Hz范围内完全吸收某些频率的低频声波,文章作者设计了一种薄膜型的暗声学超材料样品:它是由在弹性薄膜上镶嵌有一些非对称性的硬质金属片而制成.实验表明,该样品在低频区域几乎能够百分之百地吸收声波,而在共振吸收频率处,空气中的声波波长要比薄膜的厚度大3个数量级以上.当共振发生时,硬质金属片的"拍动"导致很大的弹性曲率能量聚集在金属片的边界附近.由于薄膜的拍动模式与声波的辐射模式仅存在微弱的耦合作用,而弹性薄膜的整体能量密度又比入射声波的能量密度大2—3个数量级,该样品本质上是一个开放的共振腔,这也是它能够高效地吸收低频声波的原因所在.     

二维声子晶体中简单旋转操作导致的拓扑相变

构建了一种简单的二维声子晶体:由两个横截面为三角形的钢柱所组成的复式元胞按三角点阵的形式排列在空气中,等效地形成了一个蜂巢点阵结构.当三角形钢柱的取向与三角点阵的高对称方向一致时,整个体系具有C_(6v)对称性.研究发现:在保持钢柱填充率不变的条件下,只需要将所有三角柱绕着自己的中心旋转180°,就可实现二重简并的p态和d态在布里渊区中心Γ点处的频率反转,且该能带反转过程实质上是一个拓扑相变过程.通过利用Γ点的P态和d态的空间旋转对称性,构造了一个赝时反演对称性,并在声学系统中实现了类似于电子系统中量子自旋霍尔效应的赝自旋态.随后通过k·p微扰法导出了Γ点附近的有效哈密顿量,并分别计算了拓扑平庸和非平庸系统的自旋陈数,揭示了能带反转和拓扑相变的内在联系.最后通过数值模拟演示了受到拓扑不变量保护的声波边界态的单向传输行为和对缺陷的背向散射抑制.文中所研究的声波体系,尽管材料普通常见,但其拓扑带隙的相对宽度超过21%,比已报道的类似体系的带隙都要宽,且工作原理涵盖从次声波到超声波的很大频率范围,从而在实际应用上具有较大的优势和潜力.     

材料——材料学科研究进展

利用俄歇电子能谱(AES)研究了高真空下温度和氧对铀铌合金表面成分的影响。结果表明在673K时，氧在合金表面表现出很强的解吸能力，温度加速氧离子、原子或分子向合金体内扩散，加速体内的C和U离子或原子向表面偏折。铀铌合金的高温氧化和室温氧化截然不同。     

薄膜型负质量密度声学超常介质

文章作者提出了一种结构简单、易于实现的薄膜型声学超常介质,不仅从实验上证实了它能够在100Hz到1000Hz的低频范围内以200倍的幅度打破声波衰减的质量密度定理,而且还给出了相应的理论解释.由于薄膜弱小的弹性模量,对于一块周边被硬边框所固定的小面积的弹性薄膜而言,仍然存在着各种不同的低频振荡模式.这些振荡模式的本征频率可以通过在薄膜的中央放置一个小的质量块而调整.文章作者惊奇地发现,在位于两个最低的本征频率之间的某个特定频率处,入射的声波几乎完全被反射,此时整个薄膜面内的平均法向位移为零.借助于有限元数值模拟方法,也发现在全反射频率附近薄膜的动态质量密度是负的.实验结果和理论计算符合得非常好.与此同时还发现,微波在某些频率全透射通过金属分型结构的现象可以用类似的机制来解释,而且这些全透射频率也是位于两个局域共振频率之间.     

动态质量密度和声学超常介质

复合介质的质量密度通常认为是组成它的各种成分的质量密度的体平均值.体平均质量密度常常被用于计算在长波长极限下的声波速度,在此极限下波长比复合介质中的特征尺度要大得多.作者通过严格的数学推导证明,计算(长波长极限下的)波速时所用到的动态质量密度与静态的体平均质量密度有显著的不同.这一发现与最近的实验结果符合得非常好,并且使得声学超常介质的实现成为可能.这两种质量密度之所以不同的物理根源就在于,在波场中复合介质中的各个成分之间有相对的运动.也就是说,隐含的假定——在长波长极限下复合介质中的各个成分必定会全体同相地运动——将不再正确,尤其是当各个成分的声学阻抗之间有较大的差异时.实验和理论显示,对于局域共振声学材料而言,动态质量密度甚至还会变成是负的.文章探讨了这一发现的物理意义,以及它在声学超常介质领域的应用.