光学表面光散射特性分析

通过对光学表面光散射特性的研究,结果表明:光散射强度随入射光波长的增加而减小,随表面粗糙度增加而增加.     

空间相机常用金属材料表面的BRDF特性

为保证空间相机热设计中表面辐射换热计算准确可靠,基于两种金属材料的光学常数,结合Monte Carlo射线跟踪法应用几何光学近似对其粗糙表面的双向反射分布函数(BRDF)进行了研究。分析了不同入射光波长、不同入射角度及不同表面粗糙度对金属铝和钛材料粗糙表面的BRDF的影响。结果表明,金属铝和钛材料粗糙表面的BRDF分布具有明显的镜反射特征,入射平面内的BRDF峰值随入射光波长增加而增大,在本文研究的波长范围内,钛表面的BRDF随入射光波长增大的增幅最高达到41.0%,远高于铝表面的8.7%。当表面粗糙度较大时,光子在粗糙表面内会经历多次散射,粗糙表面内多次散射光子数比例随着表面粗糙度的增大而增加,并且随着入射角度的增大具有增加的趋势。     

电极表面特性对甘油介质击穿特性的影响

基于几种常见的电极表面处理工艺,制作了外形一致、表面不同的砂纸打磨、羊毛抛光、金属电镀和非金属电镀四种同轴电极,对比了电极在微观下的形貌特点,通过实验研究了不同电极表面特性与甘油介质耐压的关系。搭建了基于晶闸管控制的空心脉冲变压器升压实验平台,最大输出电压500 kV,上升时间26 s。实验结果表明:四种电极的微观形貌存在较大差异,并引起了甘油击穿特性的不同,在相同充电电压条件下,甘油的平均击穿场强为210~260 kV/cm;与使用常规的砂纸打磨电极相比,使用羊毛抛光、金属电镀、非金属电镀电极可分别使击穿场强提高14.51%,11.60%,19.67%,其中非金属电镀电极表面均匀程度远高于其他电极,最高击穿场强可达288 kV/cm,比对照组平均击穿场强提高33.09%。     

三层材料纳米颗粒形状对消光特性的影响

通过高分辨率电子束光刻方法制备了不同形状的三层复合材料纳米颗粒,研究了这种纳米颗粒的形状变化对消光特性的影响。测试结果表明,当入射波偏振方向平行于短轴时,随着长宽比的增大,共振峰位置发生蓝移;当光源偏振方向平行于长轴时,随着长宽比的增大,共振峰位置发生红移。还用时域有限差分算法以及表面等离波子的Lorentz模型对纳米颗粒的消光特性进行数值计算,所得的消光频谱曲线、共振峰位置变化趋势与实验基本一致。此外,还研究了主体材料层厚度对消光特性的影响,发现其厚度在20～90nm变化时,共振峰发生3～115nm的蓝移。     

直流电晕充电下环氧树脂表面电位衰减特性的研究

介质材料表面电荷的积累和衰减行为是制约众多高压直流电力设备研制的关键因素. 薄片状介质试样的表面电荷密度与表面电位近似呈线性关系, 因此常通过表面电位衰减行为研究表面电荷的衰减特性. 基于电晕充电、表面电荷沉积和脱陷、介质体内单极性电荷输运等3个物理过程, 建立表面电位动态响应的物理模型. 通过计算环氧树脂的表面电位衰减行为, 得到栅极电压、相对介电常数和体电导率等对其表面电位衰减特性的影响. 栅极电压越高, 表面电位的衰减速度越快; 环氧树脂材料参数典型值(相对介电常数3.93, 体电导率10^-14 S· m^-1)下, 归一化表面电位的衰减速率随时间变化的曲线可拟合为分段幂函数, 其中, 分段幂函数的特征时间、指数系数与栅极电压分别呈幂函数和线性变化关系. 相对介电常数越大, 表面电位的衰减速度越慢; 环氧树脂相对介电常数典型范围(3–4)内, 表面电位衰减时间常数由1720 s增大到2540 s, 两者呈线性关系. 体电导率越大, 表面电位的衰减速度越快; 环氧树脂体电导率典型范围(10^-15–10^-13 S· m^-1)内, 表面电位衰减时间常数由24760 s 减小到260 s, 两者呈幂函数变化关系.     

石墨烯的三阶非线性和光双稳态调控特性

研究单层石墨烯的三阶非线性和光双稳态效应。通过理论分析和数值模拟,改变单层三阶非线性石墨烯的费米能级、弛豫时间、双光子吸收系数及温度条件,调制单层三阶非线性石墨烯光双稳态的阈值大小。单层三阶非线性石墨烯的费米能级越大,温度越高,则光双稳态的阈值越大;双光子吸收系数越大,双稳态的低阈值越大;弛豫时间和双光子吸收系数会明显地改变石墨烯结构的光透射率,而光透射率则对石墨烯材料自身温度不敏感。该结论可为设计各类微纳结构的光子器件如光开关和光传感等提供理论依据。     

分段表面放电击穿特性研究

 给出了采用表面滑闪放电诱导长距离(42cm)、线性等离子体通道大电流放电的分段表面放电辐射源的结构,依据传输线模型计算了分段表面放电辐射源放电通道电场分布,分析了触发脉冲和比表面电容对击穿特性的影响,实现了各段总的放电分散时间小于100ns。     

球形透镜表面特性数值分析

球形透镜表面在一些高精度的光学系统变得越来越重要,它们和其他透镜表面一样必须满足一样的质量标准。本文采用数值计算方法分析了球形透镜的表面特性,并以Snell定律为基础,建立了用于计算球形表面特性的公式。通过与已有的球面特性公式进行比较,采用该方法计算球形透镜表面特性的拟合误差小于1μm。     

黑磷光栅的光学特性及其近场辐射换热特性

由于倏逝波贡献,近场辐射换热可以超过由黑体辐射定律给出的极限换热量若干个数量级,近场辐射换热的调控在近场热光伏及热管理等前沿领域有重要的应用前景。黑磷是一种有潜力的可用于近场辐射换热调控的功能材料。本文首先研究黑磷光栅独特的近场光学特性,然后研究I型和II型黑磷光栅的近场辐射换热特性。研究发现:I型和II型光栅均能支持双曲表面等离激元,但I型光栅的表面等离激元传播强度要弱于II型光栅。将掺杂电子浓度、旋转角以及填充率调节到适当值时可以有效增强近场辐射换热。本研究有助于对黑磷近场辐射换热的调控特性的理解。     

真空表面的绝缘特性

绝缘子的真空表面绝缘特性研究真空下的高压沿绝缘子表面击穿物理过程，称真空表面闪络过程。影响该过程的因素主要包括绝缘材料结构、空间电场分布、表面处理方法、所加电压特征，脉冲宽度等。研究了真空表面闪络过程，有两类理论：二次电子发射崩溃和电子引发极化松弛。SEEA理论以绝缘子表面在电子轰击下发射二次电子为基础，包含了电子诱发脱附和脱附气体离子化，并且对闪络过程产生的影响等过程，对表面闪络现象进行了解释。     

一步法制备银/石墨烯/银复合结构及其拉曼增强特性

采用真空蒸镀法与湿法转移法制备出银/石墨烯/银(AG/GE/AG)三层结构,再通过一次高温退火,获得可重复利用的AG/GE/AG复合结构基底。利用COMSOL Multiphysics仿真软件计算了电场分布和理论增强因子。拉曼测试实验表明:对基底进行拉曼mapping测试,石墨烯D、G和二维峰的相对标准偏差(RSD)值分别为26.0%、17.8%和23.6%,说明基底均匀性较好。对罗丹明6G(R6G)和结晶紫(CV)的检测极限低至10^-7 mol/L。以浓度为10^-5 mol/L的R6G作为探针分子,硼氢化钠溶液作为清洗剂,研究了AG/GE/AG基底的重复性实验。以613 cm^-1和773 cm^-1处拉曼峰为例,清洗后,拉曼强度分别维持在71.08%和71.60%。     

新型金阴极及其紫外光电发射特性

采用直流磁控溅射法制备了不同厚度的金纳米薄膜,在高纯氮气气氛、800 ℃条件下快速退火,在石英基底上制备了具有表面微纳颗粒的新型金阴极。应用扫描电子显微镜对阴极的表面形貌进行表征,结果表明:阴极表面形成了均匀分布的金纳米颗粒,平均粒径随金纳米薄膜厚度的增加（5 nm至20 nm）从300 nm增大到800 nm。在190~360 nm紫外光下,对阴极的光电子发射特性进行了研究,结果表明:相对于平面阴极,新型金阴极的光电子发射效率提高了10倍以上,最高可达到平面阴极的16倍,且随颗粒粒径的减小而增大。采用三步光电发射模型对上述结果进行理论分析,表明阴极光电效率的提高主要由于阴极光电发射面积的增加和局域强电场导致的表面势垒降低。     

毛细管内薄液膜轮廓和传热特性研究

本文认为毛细管的相变传热机理为液膜的导热和表面蒸发;表面蒸发受蒸汽温度、汽液界面的温度以及汽液压力差的共同控制。汽液流动机理为流动受脱离压力梯度、毛细力梯度支配。汽液相互作用机理为存在由于蒸发导致的动量转移切应力和由于汽液流速不同产生的摩擦切应力。提出的物理模型中较为全面地考虑了毛细管内传热、汽液流动及其相互作用。对毛细管半径和传热功率对薄液膜轮廓和传热特性影响程度的计算结果表明,随着毛细管半径的减小、传热功率的增大,蒸发界面区的长度会有所减小,这是针对微小空间得出的不同于常规情况的结论。     

氮离子注入对聚四氟乙烯表面电荷积聚和消散特性的影响北大核心CSCD

为了抑制聚四氟乙烯材料表面电荷积聚,采用射频产生氮等离子体对其表面进行等离子体浸没离子注入以改善其表面性能。对注入前后的聚四氟乙烯材料样品进行了X射线光电子能谱分析(XPS)、傅里叶红外光谱测试(FTIR)、水接触角测量、表面电阻率测量以及表面电位衰减测量,并基于等温表面电位衰减理论对其表面陷阱能级和密度分布进行了计算,以分析聚四氟乙烯样品经离子注入处理后其表面成分和物理性能的变化,并研究了这些变化对聚四氟乙烯样品表面电荷积聚和消散特性的影响。结果表明:氮离子注入后,聚四氟乙烯材料表面化学成分的主要变化是自身分子结构的破坏和转化,部分CF2结构转变为CF和CF3结构,导致样品表面陷阱能级变浅;水接触角升至140°左右,比未处理样品上升了约27°,表面电阻率降至3×10^15Ω,比未处理样品下降了两个数量级;表面电晕放电1 min后,经氮离子注入处理的聚四氟乙烯材料表面积聚电荷量减少,消散速度加快,这是因为表面陷阱能级变浅有利于表面电荷脱陷,同时表面电阻率降低也促进了表面电荷沿面传导的消散过程,聚四氟乙烯样品表面陷阱能级分布曲线也证实了这一论点。     

涂覆石墨烯的三根电介质纳米线波导的模式特性

采用多极方法,通过改变工作频率、中间纳米线半径、中间纳米线高度、水平方向上纳米线之间的距离以及石墨烯的费米能,对涂覆石墨烯的三根轴心非共面的电介质纳米线波导所支持的5种低阶模的有效折射率实部和传播长度进行分析。当工作频率从30 THz增加到40 THz时,有效折射率实部增大,传播长度减小。当中间纳米线的半径从20 nm增加到55 nm时,有效折射率的实部增大,传播长度变化各不相同。当中间纳米线的高度从0增加到100 nm时,有效折射率的实部减小,除了模式5外,其他模式的传播长度都增大。当水平方向上纳米线之间的距离从160nm增加到200 nm,石墨烯的费米能从0.4 eV增加到0.8eV时,有效折射率的实部减小,传播长度增大。     

原表面回热器换热阻力特性试验研究

本文对研制加工的适用于 100 kW 微型燃气轮机的 CW(Cross Wavy) 原表面回热器进行了试验研究,通过对两侧流体进、出口温度、压力等的测量,重点分析了燃气流量、入口温度及空气进口压力变化对换热阻力的影响,得出了在变工况下回热器的流动与换热性能规律,结果表明:所研制的 CW 原表面回热器空、燃气两侧换热均匀,提高了换热效率,两侧压降都有不同程度降低,并得出了有工程应用价值的 Nu-Re 及 f-RE 准则关系式,可为原表面回热器的设计制造提供参考.