热智能材料及其在空间热控中的应用

空间技术等高新领域对智能高效的热控制技术的需求日益提高,而实现智能热控制技术的关键是要实现材料的热物性智能调控,于是热导率可响应外场变化的热智能材料成为了研究的焦点.本文梳理了热智能材料的最新研究进展,从调控机理、调控幅度、应用价值等角度出发,介绍了纳米颗粒悬浮液、相变材料、软物质材料、受电化学调控的层状材料和受特定外场调控的材料等不同种类热智能材料的研究现状,以及以热智能材料为基础的智能热控部件在空间技术等领域的应用.最后,本文对热智能材料未来的研究方向进行了探讨.     

金纳米粒子的二维组装与表面增强拉曼散射研究

金纳米粒子的二维组装与表面增强拉曼散射研究朱涛王健符小艺张续刘忠范（北京大学化学与分子工程学院智能材料研究中心北京１００８７１）Ｔｗｏ┐ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＧｏｌｄＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅＡｓｅｍｂｌｉｅｓａｓＡｃｔｉｖｅＳｕｂｓｔｒａｔｅｓｆｏ...     

利用偶氮苯有序单分子膜探讨银岛膜表面增强光谱机制

利用偶氮苯有序单分子膜探讨银岛膜表面增强光谱机制张锦ａ赵江于化忠何会新张浩力ａ朱涛力虎林ａ刘忠范（北京大学化学与分子工程学院智能材料研究中心（ＣＩＭＲ）北京１００８７１）（ａ兰州大学化学系兰州７３００００）ＴｏｗａｒｄｓｔｈｅＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆ...     

非醚PPQ的三阶非线性光学性质及其时间响应

研究了一种易加工、光吸收小、热稳定性好的材料──非醚聚苯基喹啉（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｑｕｉｎｏｘａｌｉｎｅｓ，缩写ＰＰＱ）的三阶非线性光学性质，用皮秒时间分辨简并四波混频方法测得材料的三阶非线性系数χ（３）～３×１０－１０ｅｓｕ及其时间响应快于３５ｐｓ（受所用激光脉冲宽度的限制）。     

场诱导软物质智能材料研究进展

场诱导软物质智能材料是指一类能够响应场作用并引起整个系统的量乃至质的改变的软物质材料.在场(磁场、电场、温度或者光等)的诱导下,材料内部微结构发生化学或者物理变化,从而导致材料某些宏观性质(机械、光学等)出现较大的变化,以达到某种智能控制的目的.本文系统介绍了磁流变液、电流变液以及高分子凝胶等几种典型的场诱导软物质智能材料,回顾了该领域近几年的研究及其应用进展,探讨了研究的前沿问题及发展趋势,特别指出了软物质智能材料的研究及应用呈现出的复杂性和跨学科性,需要各个学科的协同发展,才可能取得突破性进展.     

1．55μmInGaAsP及其相应量子阱结构的LP－MOCVD生长

本文研究了用低压金属有机化合物汽相外延（ＬＰ－ＭＯＣＶＤ）技术在（１００）ＩｎＰ衬底上生长ＩｎＧａＡｓｐ体材料及ＩｎＧａＡＰ／ＩｎＰ量子阱结构材料的生长条件。三甲基镓（ＴＭ６３）、三甲基铟（ＴＭｈ）和纯的砷烷（Ａ８Ｈ３）、磷烷（ＰＨ３）分别用作Ⅲ族和Ⅴ族源，在非故意掺杂情况下，ＩｎＧａＡｓＰ材料的载流子浓度为３．６×１０１５ｃｍ－３；在液氦温度和室温下，与ＩｎＰ晶格匹配的ＩｎＧａＡｓＰ光致发光半峰宽分别为１９．２ｍｅＶ和６３ｍｅＶ；对外延层的组分及厚度均匀性分别进行了转靶Ｘ光衍射仪，低温光致发光和扫描电子显微镜分析，对不同阱宽的量子阱结构材料测出了由于量子尺寸效应导致光致发光波长随阱宽增加而红移现象。     

偶氮苯自组装“三明治”体系的增强拉曼光谱

偶氮苯自组装“三明治”体系的增强拉曼光谱于化忠张锦张浩力朱涛刘忠范（北京大学化学与分子工程学院智能材料研究中心北京１００８７１）ＥｎｈａｎｃｅｄＲａｍａｎＳｃａｔｅｒｉｎｇＦｒｏｍ“Ｓａｎｄｗｉｃｈｅｄ”ＡｚｏｂｅｎｚｅｎｅＳｅｌｆ┐ａｓｓｅｍｂｌ...     

银岛膜上偶氮苯单层膜的表面增强红外及表面增强拉曼光谱研究

银岛膜上偶氮苯单层膜的表面增强红外及表面增强拉曼光谱研究张锦赵江ａ于化忠ａ何会新ａ张浩力朱涛ａ力虎林刘忠范ａ（兰州大学化学系兰州７３００００）（ａ北京大学化学与分子工程学院智能材料研究中心（ＣＩＭＲ）北京１００８７１）ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＩｎｖｅｓ...     

(La，Ca)MnO3中电荷有序条纹的配对

某些材料在一定条件下,其电子电荷可以通过自组织形成条纹相（ｓｔｒｉｐｅｐｈａｓｅ）．钙钛矿结构过渡金属氧化物晶格的ａｂ平面是正方对称的,因此任何与周期晶格相关的物理性质理应具有四度轴的旋转对称性．然而,条纹相却与上述直观的推论大相径庭,它看上去像是“...     

光响应金属有机框架研究进展及其应用展望

随着智能材料的快速发展,光响应金属有机框架(MOFs)引起了研究者的广泛关注。该类智能材料可在紫外线和可见光的交替照射下,实现MOFs在不同形态之间可逆切换,同时伴随着物理和化学性质的改变,在药物运输、气体分离、光控催化和智能传感等领域具有广阔的发展前景。大部分光响应MOFs由光响应配体和金属离子通过配位作用形成,不同的光响应配体使体系具有独特的性质和应用场景。本文综述了近年来光响应MOFs的研究进展,其中包括光响应MOFs材料的主要类型及其在气体分离、物质运输、动态防伪和光电器件等不同领域中的应用。在此基础上,本文针对光响应MOFs未来发展进行了展望。     

物理学与材料科学结合的机遇与挑战

物理学，特别是凝聚态物理学与材料科学的交叉在近几十年已取得丰硕的研究成果，文章分四部分：（1）简要介绍了材料与材料科学的基本概念；（2）回顾近代历史上物理学与材料科学交叉的一些典型例子；（3）介绍在表面和界面、缺陷、理论和模型、微结构表征、新材料以及新工艺等领域物理学与材料科学交叉的简况及材料研究的一些前沿问题；（4）讨论物理学在纳米材料发展中的作用。     

负折射介质中孤波间相互作用

以描述负折射介质中超短脉冲传输的归一化非线性薛定谔方程为模型,采用对称分步傅里叶算法研究了负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.数值模拟发现:当孤波的初始频移为零时,亮孤波间的相互作用与常规介质中类似;当孤波的初始频移不为零时,其传输速度和相互作用明显受三阶色散和自陡峭效应的影响,主要表现为相互排斥.而负折射介质中暗孤波间的相互作用与常规介质中的相互作用类似,无论暗孤波是否存在初始频移,暗孤波间的相互作用在三阶色散和自陡峭的影响下都表现为相互排斥.结果表明,通过调节三阶色散和自陡峭系数可以在一定程度上抑制负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.该研究结果为负折射介质在未来高速通信中的应用提供了理论依据.     

负折射介质中孤波间相互作用

以描述负折射介质中超短脉冲传输的归一化非线性薛定谔方程为模型,采用对称分步傅里叶算法研究了负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.数值模拟发现:当孤波的初始频移为零时,亮孤波间的相互作用与常规介质中类似;当孤波的初始频移不为零时,其传输速度和相互作用明显受三阶色散和自陡峭效应的影响,主要表现为相互排斥.而负折射介质中暗孤波间的相互作用与常规介质中的相互作用类似,无论暗孤波是否存在初始频移,暗孤波间的相互作用在三阶色散和自陡峭的影响下都表现为相互排斥.结果表明,通过调节三阶色散和自陡峭系数可以在一定程度上抑制负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.该研究结果为负折射介质在未来高速通信中的应用提供了理论依据.     

多孔材料在压缩载荷作用下的屈曲失效模式分析

压缩是工程材料最基本的承载方式之一,多孔材料中的孔棱受到压缩载荷时可能产生屈曲行为.建立了各向同性三维网状高孔率多孔材料的简化结构失效模型,分析了这种材料在不同压缩载荷作用下由于孔棱发生屈曲而引起的失效模式,系统地得出了单向压缩、双向压缩和三向压缩等三种承载形式下这种多孔体受压而导致孔棱屈曲时名义主应力与孔率的数理关系.在此基础上,进一步得出了此类材料在压缩载荷作用下发生孔棱屈曲的载荷条件.     

Reversible creation of nanostructures between identical or different species of materials

In this study, accurate nanostructures with various aspect ratios are created on several types of material. This work is highly applicable to the energy, optical, and nano-bio fields, for example. A silicon (Si) nano-mold is preserved using the method described, and target nanostructures are replicated reversibly and unlimitedly to or from various hard and soft materials. It is also verified that various materials can be applied to the substrates. The results confirm that the target nanostructures are successfully created in precise straight line structures and circle structures with various aspect ratios, including extremely high aspect ratios of 1:18. It is suggested that the optimal replicating and demolding process of nanostructures with high aspect ratios, which are the most problematic, could be controlled by means of the surface energy between the functional materials. Relevant numerical and analytical studies are also performed. It is possible to expand the applicability of the nanostructured mold by adopting various backing materials, including rounded substrates. The scope of the applications is extended further by transferring the nanostructures between different species of materials including metallic materials as well as identical species.     

单负材料界面处反射相位特性研究

根据Maxwell电磁场理论,推导出线偏振单色平面波的普适菲涅尔表达式,得到特异材料反射相移计算公式。利用反射相移公式研究了线偏振单色平面波从空气入射到单负材料(ε0或μ0)时分界面处反射相位的特性。结果表明单负材料界面处反射相位连续变化,与传统材料全反射的相位变化特点相似。     

Quantum interference enhancement with left-handed materials

The quantum interference between two spontaneous emission transitions, which are orthogonal, in a three-level system, can be greatly enhanced by using left-handed materials due to the focusing and phase compensation effects. The influence of the dispersion and dissipation of the materials on the quantum interference enhancement is investigated, and the enhancement of quantum interference is still significant. The quantum interference enhancement will result in a large quenching of the spontaneous emission, even if the distance between the materials and systems is larger than 10 wavelengths.     

K9和熔石英玻璃纳秒基频激光损伤特性的实验对比研究

利用光学元件基频激光损伤测试平台,通过实验测试相同条件下K9和熔石英两类常用 光学元件的初始损伤阈值、损伤增长阈值和损伤增长规律,对比研究了两类光学元件的基频激光损伤特性.结果表明,K9和熔石英光学元件的初始损伤阈值基本相同,损伤面积增长都遵循指数性增长规律,损伤深度成线性增长.但两者损伤增长特性仍有很大的差别,与熔石英相比,K9激光损伤增长阈值较低,并且相同通量下的激光损伤增长更为迅速,通过两类光学材料抗压性能的巨大差异很好地解释了这一现象.该研究结果对国内高功率激光装置的透射光学材料工程应用有非常重要的参考价值.     

光波在左手材料中的菲涅尔公式和布儒斯特定律

根据Maxwell的电磁场理论,推导出单色平面光波入射到介电常量和磁导率分别为ε1、μ1和ε2、μ2的两种介质时的菲涅耳公式和反射率及透射率的普适表达形式.对于ε2<0 和,μ2<0的左手材料,普适菲涅耳公式同样适用.研究了光从右手材料入射到左手材料时反射和折射的特性,给出了反射光为全偏光时布儒斯特角应满足的条件,此条件说明,在左手材料中布儒斯特角不但与折射率有关而且与磁导率有关.     

Physics towards next generation Li secondary batteries materials: A short review from computational materials design perspective

The physics that associated with the performance of lithium secondary batteries (LSB) are reviewed. The key physical problems in LSB include the electronic conduction mechanism, kinetics and thermodynamics of lithium ion migration, electrode/ electrolyte surface/interface, structural (phase) and thermodynamics stability of the electrode materials, physics of intercalation and deintercalation. The relationship between the physical/chemical nature of the LSB materials and the batteries performance is summarized and discussed. A general thread of computational materials design for LSB materials is emphasized concerning all the discussed physics problems. In order to fasten the progress of the new materials discovery and design for the next generation LSB, the Materials Genome Initiative (MGI) for LSB materials is a promising strategy and the related requirements are highlighted.