氟聚合物压电驻极体的压电性及其电荷的动态行为

描述了一种可控微结构的多孔聚合物压电功能膜的制备方法,讨论了采用该工艺制备的聚四氟乙烯(PTFE)和全氟乙丙烯共聚物(FEP)复合膜压电驻极体的压电性能及其热稳定性.通过等温压电系数衰减和短路热刺激放电(TSD)方法,研究了氟聚合物复合膜压电活性热稳定性改善的根源,以及脱阱电荷输运和复合的特性.结果表明,这类氟聚合物压电驻极体膜的准静态压电系数d₃₃可高达2200pC/N;压电系数d₃₃的压强特性在直到20kPa的压强范围内呈现良好的 关键词： 氟聚合物 压电驻极体 热稳定性 电荷动态特性     

有序结构氟聚合物压电驻极体的制备和压电性研究

描述了一种有序微孔结构压电聚合物功能膜的制备方法,利用模板的高度有序实现薄膜微孔结构的精确控制.将此制备方法用于氟聚合物压电驻极体薄膜的制备,通过扫描电子显微镜(SEM)对其微观结构的观察表明薄膜具有理想的有序结构.对氟聚合物压电驻极体压电性的研究则是利用正压电效应测量准静态压电系数d₃₃,通过等温衰减和压强依赖性的测量考察其压电性能.结果表明:有序结构氟聚合物压电驻极体的准静态压电系数d₃₃可高达300 pC/N;与无序结构氟聚合物     

厚度对非极性聚合物薄膜驻极体电荷储存及电荷动态特性的影响

以Du Pont公司的商用Teflon FEP A型薄膜为例，通过热脉冲技术、等温表面电位衰减测量和开路热刺激放电电流谱分析等实验结果，讨论了经常温和高温电晕充电后样品厚度对薄膜驻极体的沉积电荷密度、薄膜驻极体的内电场、体电导率以及电荷储存稳定性的影响.通过热脉冲技术组合电导率温度曲线的测量，研究了在不同温度条件下样品厚度对沉积电荷层的平均电荷重心移动的影响.结果表明：在充电参数一定的条件下，随着膜厚的降低，储存电荷密度上升，但电荷稳定性有所下降.因此，合理地调控薄膜厚度，可以有效地优化驻极体的电荷储存能 关键词： 厚度 驻极体 电荷储存能力 电荷稳定性     

正充电聚四氟乙烯薄膜驻极体的电荷储存及其动态特性

研究了栅控恒压正电晕充电的聚四氟乙烯（PTFE）薄膜驻极体的电荷储存与 输运特性.结果显示在100℃以下的较低温区和高于150℃，尤其是高于180℃的较高 温区内慢再俘获效应控制着脱阱电荷的输运；而在约100—150℃的温区内快再俘获效应占主导地位.初始表面电位的增加将导致电荷密度衰减加剧，通过合理控制充电参数和组合 热处理工艺，可使同样储存有足够高的电荷密度的正负充电的PTFE薄膜驻极体既显示出相近 的电荷储存寿命，又具有突出的电荷稳定性. 关键词： 聚四氟乙烯 正充电驻极体 交越现象 电荷稳定性 电荷 输运     

聚丙烯压电驻极体膜的压电和声学性能研究

以多孔聚丙烯(PP)膜为原材料, 通过压缩气体膨化工艺和电晕极化方法成功制备出PP压电驻极体膜, 并研究了该功能膜的压电和声学性能. 结果表明PP压电驻极体膜厚度方向和横向的杨氏模量分别为1.4和480 MPa, 因此压电系数d₃₃比d₃₁和d₃₂高2个量级以上, d₃₃是该类压电膜压电效应的主要性能指标, 而 d₃₁和d₃₂可以忽略不计. PP压电驻极体膜的准静态压电系数d₃₃在15-35 kPa的压强范围内具有良好的线性度. 在2-300 Hz的测试频率范围内, 300 Hz 下的d₃₃是2 Hz下的81%, 这主要是由PP膜的杨氏模量随频率增大而增强引起的. 在100 Hz-100 kHz 的音频和超声波频率范围内, PP压电驻极体膜具有平坦的频响曲线; 在1 kHz下其开路电压灵敏度和压电系数d₃₃分别为0.85 mV/Pa和164 pC/N. 关键词： 聚丙烯压电驻极体 压电效应 声学性能     

交联聚丙烯压电驻极体的压电性能及振动能量采集研究

以电子束辐照交联聚丙烯(IXPP)泡沫薄板为原材料, 首先利用热压工艺对微观结构进行改性, 然后采用电晕充电方法对样品实施极化处理, 使之具有压电效应, 成为压电驻极体. 通过准静态和动态压电系数d₃₃、复电容谱, 以及等温衰减的测量, 研究了IXPP压电驻极体膜的机电耦合性能; 同时考察了基于IXPP压电驻极体膜的振动能量采集器在{3-3}模式下对环境振动能的俘获. 结果表明, IXPP压电驻极体的准静态压电系数d₃₃可高达620 pC/N; 厚度方向的杨氏模量和品质因数(FOM, d₃₃·g₃₃)分别是0.7 MPa和11.2 GPa^-1; 在50, 70和90℃下进行等温老化, 经过24 h后, IXPP压电驻极体膜的准静态压电系数d₃₃分别降低到初始值的54%, 43%和29%; 采用面积为3.14 cm²的IXPP压电驻极体膜为换能元件, 当振子质量为25.6 g, 振动频率为820 Hz时, 振动能量采集器在匹配负载附近可以输出高达65 μW/g²的功率.     

聚四氟乙烯多孔薄膜驻极体的电荷储存稳定性

利用在室温和高温下的栅控恒压电晕充电,常温电晕充电后经不同温度老化处理后的表面电位衰减测量,及开路热刺激放电(ThermallyStimulatedDischarge,TSD)研究了正负充电后PTFE(Polytetrafluoroethylene)多孔薄膜驻极体的电荷储存稳定性.PTFE多孔膜,PTFE非多孔膜(TeflonPTFE)和FEP(TetrafluoroethylenehexafluoropropyleneCopolymer)非多孔膜(TeflonFEP)间的电荷储存稳定性的比较研究也已进行.通过等温退极化程序,对上述三种薄膜驻极体的电荷储存寿命(有效时间常数)τ进行了定量估算.结果指出:在有机驻极体材料中,对正负充电后两种极性驻极体样品的PTFE多孔薄膜驻极体均呈现最优异的电荷储存稳定性,尤其是在高温条件下.通过扫描电镜(SEM)对这种新结构的氟聚合物驻极体材料的突出电荷储存能力和结构根源也已初步讨论. 关键词： 聚四氟乙烯 多孔膜 驻极体 电荷稳定性     

界面极化注极聚丙烯薄膜驻极体的电荷存储特性研究

本文报道一种基于双层介质界面极化机理的新型驻极体注极技术: 借助辅助层对PP薄膜进行注极. 采用表面电位测试方法考察了注极温度、注极电压对所获PP薄膜驻极体电荷存储性能的影响, 并利用热刺激放电技术研究了其高温电荷存储性能, 同时测试了PP薄膜驻极体在X和Y方向的静电场分布. 结果表明: 界面极化注极是一种比电晕注极更为优异的驻极体形成方法. 在一定温度下, 驻极体表面电位随注极电压的增加而增加, 而且两者呈线性关系, 这一结果与注极过程的电荷积聚方程的分析完全一致. 注极温度的影响研究表明, 在保持注极电压不变(注极电压范围为0.5–3.0 kV)的情况下, 温度低于75 ℃时, 温度的变化对于注极效果的影响不明显; 当注极温度大于75 ℃ 时, PP薄膜驻极体的表面电位随注极温度的增加而增加. 表面电位随时间的变化研究表明, PP薄膜驻极体具有良好的电荷存储稳定性. 对其表面电位分布的测试表明, 界面极化注极所形成的PP薄膜驻极体呈现均匀的静电场分布.     

极化电压对聚丙烯压电驻极体膜压电性能的影响

压电驻极体是具有压电效应的微孔结构空间电荷驻极体材料,其压电性能与材料的微结构和空间电荷密切相关.本文首先利用压缩气体膨化工艺对聚丙烯(PP)的微结构进行改性,然后利用接触极化方法,研究了极化电压与PP膜空间电荷密度之间的关系,及其对压电性能的影响.结果表明对于极化前厚度为100μm的PP膜,其内部建立有序空间电荷分布的阈值极化电压为2 kV;一旦有序空间电荷建立起来,PP膜即具有压电效应.随着极化电压的提高,PP膜的空间电荷密度逐步增大,压电效应显著增强.当峰值电压为8 kV时,PP膜电极上的电荷密度、准静态压电系数和品质因数FOMv(d33·g33)分别为0.56 mC/m2,379 pC/N和8.6(GPa)-1.PP压电驻极体膜的FOMv比聚偏氟乙烯(PVDF)铁电聚合物膜高2个量级以上,且声阻抗非常低(～0.025 MRayl),因此该压电膜在超声波发射-接收系统或脉冲-回波系统中具有明显的优势.     

基于压电驻极体的微能量采集

综述了以压电驻极体换能器为核心部件的微能量采集研究,包括压电驻极体的基本物理原理和性能特点,以及该材料在微能量采集领域的应用研究.压电驻极体是具有微孔结构的驻极体材料,其压电效应是基体聚合物的驻极体性能和材料微孔机械结构协同作用的结果,是一类新型人工微结构柔性机电耦合材料.压电驻极体以强压电效应、柔韧、低密度、低声阻抗、薄膜型等为特征,是制备轻量化柔性传感器和机械能量采集器的理想换能材料.压电驻极体已被应用于振动能量采集器、人体运动能量采集器、以及声能采集器的研究中.根据压电驻极体膜受力方向的不同,可以将能量采集器的工作模式分为33模式和31模式两种.本文对基于压电驻极体的三类能量采集器的研究状况进行综述,并讨论未来的发展方向.     

非晶态石英的变电荷分子动力学模拟

基于迭代变电荷方法,用分子动力学模拟了非晶态石英的结构与振动特征.首先利用熔化-猝火方法得到了非晶石英的平衡结构.在此基础上获得了体系不同原子对之间的对关联函数、键角分布函数和振动频谱等,结果与实验数据均符合较好.变电荷方法的计算结果表明,非晶石英体系内粒子的电荷与石英晶体内粒子电荷显著不同,并且出现了较大的涨落. 关键词： 分子动力学 变电荷 非晶石英     

聚四氟乙烯和氟化乙丙烯共聚物复合膜的压电性

以多孔PTFE膜为骨架,而以致密（非多孔）FEP膜为储电介质层的孔洞结构复合压电驻极体膜的制备方法.利用正压电效应,测量了复合膜的准静态压电系数d₃₃;研究了压电系数的热稳定性和复合膜中空间电荷的动态特性;并通过介电谐振谱的分析,比较了这类复合膜的准静态和动态压电系数.结果表明：FEP和PTFE复合膜压电驻极体的准静态压电系数d₃₃可以达到300 pC/N.经90℃老化20 h 后的d₃₃仍保持在初 关键词： 压电驻极体 压电性 多孔聚四氟乙烯 致密氟化乙丙烯共聚物     

Quantum dynamics of charge transfer on the one-dimensional lattice:Wave packet spreading and recurrence

The wave function temporal evolution on the one-dimensional(1D) lattice is considered in the tight-binding approximation. The lattice consists of N equal sites and one impurity site(donor). The donor differs from other lattice sites by the on-site electron energy E and the intersite coupling C. The moving wave packet is formed from the wave function initially localized on the donor. The exact solution for the wave packet velocity and the shape is derived at different values E and C. The velocity has the maximal possible group velocity v = 2. The wave packet width grows with time ～ t1/3and its amplitude decreases ～ t-1/3. The wave packet reflects multiply from the lattice ends. Analytical expressions for the wave packet front propagation and recurrence are in good agreement with numeric simulations.     

聚丙烯孔洞驻极体膜的化学表面处理及电荷稳定性

利用热刺激放电(Thermally Stimulated Discharge, TSD)电流谱、在线电荷TSD、电荷等温衰减测量和衰减全反射(Attenuated Total Reflection, ATR)红外光谱分析，本文系统地研究了经化学表面处理(萃取、氧化及氢氟酸)的聚丙烯(PP)孔洞驻极体膜的电荷储存稳定性及电荷稳定性提高的原因.结果表明：经适当地氧化和氢氟酸室温处理试样的TSD电流谱中在温位约为184℃处出现原膜所没有的非常强的新峰，电荷热稳定性得到显著的提高，这一电荷热稳定性通过高温充电工艺得到进一步地改善；适当延长室温下氢氟酸处理的时间或延长氧化时间，都会使处理膜的电荷稳定性得到提高.理论分析表明在线电荷TSD测量法可给出线性升温过程中电荷重心及驻极体电荷量变化的综合信息，结合TSD电流谱和初始电荷重心位置的测量，可精确地考察线性升温过程中电荷重心的在线变化. 关键词： 聚丙烯孔洞膜 表面氧化 氢氟酸处理 电荷稳定性 在线电荷TSD     

Nonadiabatic couplings and charge transfer study in H + CS+ collision using time-dependent quantum dynamics

Experiments have reported the high stability of HCS⁺ ion and inhibit to decompose over the range of collision energies. In this study, the various energy transfer channels of atomic H collision with CS⁺ molecular ion has been performed by ab initio computations at the multireference configuration interaction/aug-cc-pVQZ level of theory. The ground and several low-lying excited electronic state potential energy surfaces in three different molecular orientations, namely, two collinear configurations with, (1) H approaching the S atom (γ = 0°), (2) H approaching the C atom (γ = 180°) and one perpendicular configuration, (3) H approaching the centre of mass of CS (γ = 90°) with the diatom fixed at the equilibrium bond length, have been obtained. Nonadiabatic effects with Landau–Zener coupling leading to avoided crossings are observed between the ground- and the first-excited states in γ = 90° orientation, and also between the first- and second-excited states in γ = 180° orientation. Quantum dynamics have been performed to study the charge transfer using time-dependent wave packet method on the diabatic potential energy surfaces. The probability of charge transfer is found to be highest with 42% in γ = 180°. The high charge transfer probability result in the formation of H⁺ + CS channel which ascertains the high stability of HCS⁺ ion.     

Consecutive reversible ionization-recombination reactions and ionic charge state distribution of Au plasma

The ionic charge state distribution is an important diagnostics parameter for laser in-ertia confinement fusion (LICF). It is usually obtained by solving Saha equation or using some other models, such as local thermodynamic equilibrium (LTE), corona equilibrium (CE), collision-radiation (CR) and average atom (AA); however, these methods are rather limited for high-Z element plasma. The theory of entropy fluctuation is also a pos-sible method[1]. Lawrence Livermore National Laboratory (…     

Optimisation of stability and charge transferability of ferrocene-encapsulated carbon nanotubes

Ferrocene-encapsulated carbon nanotubes (Fc@CNTs) became promising nanocomposite materials for a wide range of applications due to their superior catalytic, mechanical and electronic properties. To open up new windows of applications, the highly stable and charge transferable encapsulation complexes are required. In this work, we designed the new encapsulation complexes formed from ferrocene derivatives (FcR, where R = –CHO, –CH₂OH, –CON₃ and -PCl₂) and single-walled carbon nanotubes (SWCNTs). The influence of diameter and chirality of the nanotubes on the stability, charge transferability and electronic properties of such complexes has been investigated using density functional theory. The calculations suggest that the encapsulation stability and charge transferability of the encapsulation complexes depend on the size and chirality of the nanotubes. FcR@SWCNTs are more stable than Fc@SWCNTs at the optimum tube diameter. The greatest charge transfer was observed for FcCH₂OH@SWCNTs and Fc@SWCNTs since the Fe d levels of FcCH₂OH and Fc are nearly equal and close to the Fermi energy level of the nanotubes. The obtained results pave the way to the design of new encapsulated ferrocene derivatives which can give rise to higher stability and charge transferability of the encapsulation complexes.     

Transverse dynamics of space charge dominated beam during bunching

In this paper we present a technique to optimize the transport parameters for transverse matching of the space charge dominated beams in the presence of bunching. The increase in the current within the specified bunch width during the transport is obtained from the disc model and is included in the optimization method. A 2D particle in cell (PIC) code is then developed to study the details transverse dynamics of the bunch taking into account the effect of longitudinal compression by reweighting the charge and mass of macroparticles. The evolution of rms beam size obtained using PIC simulation agrees well with the results obtained by solving beam envelope equation. The PIC simulation shows emittance growth during bunching induced by the space charge effect for nonuniform distribution. The growth in the emittance increases with the nonlinearity of distribution and peaks near the time focus.