钯铂核壳纳米催化剂颗粒中的原子扩散

铂原子单层的核壳结构催化剂因其高效的铂原子利用率和优异铂质量活性而广泛应用于燃料电池领域.在该系列材料中,钯@铂核壳催化剂具有更优于纯铂的氧还原(ORR)催化活性,因而拥有较好的应用前景.但由于钯原子在热力学上更倾向于富集到材料表面,钯@铂核壳催化剂的催化稳定性及原子扩散的途径需要更深入的研究.本文探究了热处理条件对钯@铂核壳结构稳定性的破坏,并确定了原子扩散对催化活性的影响.原位扫描透射电子显微镜-电子能量损失谱(STEM-EELS)证明了在250 oC的氩气氛围中,钯@铂纳米颗粒中原本清晰可见的1–2原子铂壳层已经消失,并伴随着颗粒表面钯铂合金化的形成.因钯金属可以吸收氢气而导致晶格间距的展宽,钯@铂核壳结构的破坏也可以通过氢气氛围中的原位X射线衍射谱中(111)衍射峰的展宽和位移进行判断.对钯@铂核壳纳米催化剂进行一系列温度的热处理结果显示,核壳结构的破坏在200 oC左右开始,并于200–300 oC之间急剧发生.一氧化碳电化学氧化脱附实验表明,热处理之后的核壳催化剂表面的一氧化碳氧化峰位置发生了明显的正移,也证明了热处理之后催化剂表面电子结构的变化.核壳结构改变对催化活性的影响也通过旋转圆盘电极进行了测量.相比于未经处理的样品, 200 oC处理之后的钯@铂核壳催化剂在0.9 V电位处的质量活性损失了约37%.进一步提高热处理温度至300 oC之后,钯@铂核壳催化剂的质量活性只有初始状态的44%.本文揭示核壳结构中因热处理而导致的原子扩散现象,并为燃料电池中核壳催化剂的应用及膜电极的制备工艺条件提供了参考.     

离子通道中的虚阴极辐射

提出了一种新型的基于等离子体的多级虚阴极振荡器物理模型并展开了研究.研究表明:当电子束通过稠密等离子体背景时,由于离子背景和焦点处虚阴极的共同作用,得以形成多级虚阴极;多级虚阴极对电子的作用,使电子在各级之间振荡,从而产生高功率微波辐射.这是与离子通道横向的betatron振荡完全不同的一种辐射机理.通过质点网格(particle in cell)法模拟验证了多级虚阴极的形成,模拟中发现,所选参数TM024模被激发起来.最后,在所建模型的基础之上对辐射特性做了详细分析.     

不同厚度TiN薄膜摩擦学性能研究

用中频磁控溅射镀膜机制备得到了各种厚度不同的TiN薄膜,研究了TiN薄膜的纳米硬度、膜基结合力、摩擦系数以及综合摩擦磨损性能。实验表明:用中频非平衡磁控溅射制备的TiN薄膜表面光滑,缺陷较少。但是,随着沉积厚度的增加,薄膜可能因内应力过大导致薄膜脱落;薄膜厚度随沉积时间延长而增大,但薄膜纳米硬度基本不变,约为21 GPa;划痕实验临界载荷随薄膜厚度增大逐渐增大,膜基结合力有所增强;但是如果薄膜太厚,可因内应力增大而膜基结合力减弱;材料摩擦系数随摩擦磨损实验所加载载荷不同而不同。在不同载荷下,所得摩擦系数分别对应薄膜、过渡层和基体材料的摩擦系数。在20 g、50 g、100 g不同载荷下,薄膜、过渡层和基体的摩擦系数分别为0.05、0.41、0.69;随薄膜厚度增加,在所加载载荷下,材料的综合抗磨损性能增强。     

束-离子通道电磁模式的边界效应分析

考虑束-离子通道边界上等离子体电子可能发生的扰动，导出了TM模本征方程的理论式.通过对理论结果的数值模拟计算，在阶跃边界情况下将束-离子通道与一般介质波导的电磁关系进行了比较，发现束-离子通道可以通过改变等离子体频率来控制其工作模式.分析对照扰动电荷边界与阶跃边界对束-离子通道电磁模式的影响，观察到在扰动电荷边界情况下，束-离子通道在低频区域(ω＜ω_p,ω_p为等离子体频率)内截止频率显著提高，并在高频区域(ω>ω_p)内出现了新的电磁模式.研究结果对离子通道激光(ICL)和离子通道电子回旋脉塞(ICECM)的设计提供重要的理论依据. 关键词： 束-离子通道 阶跃边界 扰动电荷边界 电磁模式     

相对论电子束在动态加载等离子体中的自聚焦传输

为了进一步研究相对论电子束-离子通道辐射实验和理论的需要, 研究了相对论电子束入射中性气体以及通过碰撞电离动态加载等离子体实现对高能束流的自聚焦传输过程PIC(particle in cell) 模拟发现, 电子束电离出的离子背景能够实现对电子束的聚焦传输. 但是离子背景横向和纵向的不均匀性对束流的传输特性有显著影响. 在此基础之上, 提出了电子束在横向不均匀离子背景中传输的理论模型, 给出了束流的自聚焦条件.数值计算结果表明, 横向不均匀性会导致电子束的混合相位传输, 使得焦点附近内层电子可能跑到电子束外而被散焦损失, 这与PIC模拟的结果相符. 此外, PIC模拟还发现, 由于电子束的自聚焦, 在焦点处将电离出更多的离子而引起纵向不均匀性, 纵向不均匀性使得碰撞后的低能电子被俘获, 俘获电子效应会大幅降低电子束的传输效率. 但是俘获电子在纵向呈准周期分布, 对传输电子起到静电Wiggler场的作用, 可能实现静电Wiggler场的动态加载. 研究结果对于进一步研究电子束-等离子体系统的实验以及理论模型提出有一定的参考价值.     

固体激光装置能源系统建模及故障分析

能源系统(PCS)为固体激光装置片状放大系统提供匹配的电脉冲泵浦能量,涉及到高压、大电流的充放电过程,在这个过程中可能发生电容器短路、高低压母排短路等灾难性故障。针对上述情况,建立了能源系统及其三种主要故障的数学模型;通过仿真计算分析了氙灯负载非线性特性对系统模型的影响,提出了加入补偿参数的修正模型,并通过实验验证了其有效性;分析了故障情况下关键元件(阻尼电感、调波电感、储能电容)的耐受能力以及保护措施。