翻转课堂模式下泊松方程的教学改革与探索

笔者在多年教学实践中发现,一些本科生在学习泊松方程时经常面临知识难度大、教学进度快、自学无从着手等困境.针对这一现状,笔者尝试在泊松方程教学中引入翻转课堂模式,进行教学改革.本文重在探究这种模式下泊松方程的教学设计,以求达到更好的教学效果.     

碳化硅表面氢气吸附机理研究

在CVD沉积SiC过程中,载气体H2与沉积SiC基体表面的反应影响沉积速率和沉积产物品质,因此研究这些微观反应机理具有十分重要的科学意义和工程价值。本文基于第一性原理研究了H2在3C-SiC(111)（硅原子暴露面）和3C-SiC(-1-1-1)（碳原子暴露面）面的吸附位置、吸附能、电子结构和覆盖率等吸附情况。发现H2倾向于吸附在3C-SiC(111)面,H原子的最稳定吸附位为OT位（顶位）且属于化学吸附。H2在吸附时会自发解离为两个H原子,以双顶位形式吸附在两个相邻的Si原子上。该过程中基体表面Si原子的电子向H偏移,此时两者的主要相互作用源于Si原子的p轨道和H的s轨道的重叠杂化。通过计算氢气在表面的覆盖率,发现吸附能随着覆盖率的增大而增大,在低H覆盖率(θH≤4/9 ML)下,H原子之间存在着较强的吸引力,随着H覆盖率的增加(θH＞4/9 ML),H原子之间排斥力逐渐增大,吸附能增加趋缓,整体结构更加稳定。     

Er3+,Yb3+共掺杂SrTiO3超细粉末的可见上转换发光

钛酸锶(SrTiO₃)具有高介电常数、良好的绝缘性质、优良的物理化学稳定性和在可见光范围内的优异的透明度等优点,是一种重要的无机功能材料。近年来,Al³⁺,Ga³⁺等离子共掺杂的SrTiO₃:Pr³⁺做为一种优异的红色场发射显示(FED)荧光粉引起了人们的兴趣。另外,SrTiO₃具有相对较小的声子频率,因而它可以作为一种有利于上转换发光的基质材料。以NaCl为助熔剂制备了Er³⁺,Yb³⁺共掺杂的SrTiO₃超细粉末。在980nm激发下,样品发出很强的来自于Er³⁺离子的²H_11/2→⁴I_15/2,⁴S_3/2→⁴I_15/2(绿光)和⁴F_9/2→⁴I_15/2(红光)跃迁的上转换发光。Yb³⁺离子的共掺杂对Er³⁺离子的上转换发光起明显的增强作用。研究了上转换发光强度与稀土离子浓度以及激发光强度之间的依赖关系,表明在Er³⁺单掺杂和Er³⁺,Yb³⁺共掺杂的样品中,绿光和红光都是被双光子激发过程激发的。还对上转换发光的机理做了初步分析。     

基于QMU的高空电磁脉冲下电气电子设备易损性评估方法

高空电磁脉冲（HEMP）可能造成广域基础设施的故障或损毁,考虑到经济原因,需要科学合理地评估其中关键电气电子设备在HEMP辐照下的易损性。将不确定性量化与设备效应评估相结合,总结出基于裕量与不确定性量化（QMU）的电气电子设备易损性评估方法及其工作流程,包括：筛选设备关键参数,通常为耦合通道电流、电压的范数;通过HEMP环境及其与设备耦合的数值仿真及不确定性量化,得到HEMP下设备关键参数的概率分布,作为设备的威胁水平;对工作状态下设备进行HEMP效应试验,通过统计推断得到设备效应阈值概率分布,作为设备在威胁下的强度;计算威胁水平与设备强度间的距离,量化设备关键参数的裕量及其不确定性,评估HEMP下的设备易损性。基于QMU的电气电子设备易损性评估方法还可为后续防护设计提供基础数据和评估方法。     

基于多项式混沌方法的场线耦合响应不确定度量化

在传输线场线耦合的计算中,由于辐射场可能从不同方向入射,入射方位角和入射仰角会在一定范围内变化,可以将其看作不确定变量,因此传输线的响应也呈现出不确定性。针对输入参数服从非典型分布的情况,应用多项式混沌方法对传输线场线耦合频域响应进行不确定度量化。结合入射方位角和仰角的物理意义,给出其服从的分布类型并构建相应的正交多项式基底,并对该模型的传输线方程进行多项式混沌展开。最后结合含两个不确定参数的传输线场线耦合算例,给出远端电流响应的统计信息,对比蒙特卡罗方法,验证了该方法的正确性和高效性。     

Lu2O3：Tb纳米粉末的光致发光特性

用燃烧合成法制备了Lu₂O₃:Tb³⁺纳米粉末。产物为立方相结构,粒径在3~40nm之间可控。对不同颗粒度的样品的激发光谱、发射光谱和荧光衰减特性进行了研究。在紫外光激发下,样品显示出较强的发光(来自于Tb³⁺的⁵D_3,4→⁷F_J跃迁)。同时,样品的光致发光性质在很大程度上受到样品颗粒度的影响,对此现象给出了合理的解释。     

K2YF5:Tm3+单晶的光谱和能级结构

在12K的温度下，测量了水热法生长的K2YF5：Tm^3 单晶的发射和吸收光谱，分析了高掺杂样品中Tm^3 离子间的交叉弛豫行为。用最小二乘法对实验能级进行拟合计算，得到了较好的均方差：18cm^-1。此外。文中还给出了K2YF5：Tm^3 共振激发下^1D2和^1G4能级寿命的测量结果。并分析和讨论了掺杂量对能级寿命的影响。     

双分子络合维生素B12模型化合物的合成

B₁₂是人体中不可缺少的维生素^[1,2],近20年来对这类化合物的研究引起人们广泛的兴趣^[3-5]。为研究维生素B₁₂结构与性能的关系,我们以维生素VB₁₂为原料合成了VB₁₂模型分子4f^[6,7],以研究Co-N键的强弱。揭示在人体中的生物催化作用。在我们合成工作中意外地发现了VB₁₂模型分子具有双分子络合现象,在一定条件下合成了VB₁₂分子络合物5b-5f。为研究B₁₂化学提供了一类新型模型分子。     

溶胶-凝胶法制备的Y_2O_3薄膜的光波导性质研究

用醋酸钇溶解于甲氧基乙醇的溶胶 凝胶法制备了Y2 O3光波导薄膜。通过二乙烯三胺的络合作用 ,获得了均匀和稳定的前驱液 ,并用浸渍提拉法得到了薄膜。差热分析、红外吸收光谱被用来表征Y2 O3凝胶和粉末。用XRD、扫描电子显微镜、m线法和波导荧光光谱法研究了Y2 O3光波导薄膜的结构和光波导性质。结果表明 ,Y2 O3薄膜对于光活性掺杂是一种很好的基质材料 ,预示Y2 O3薄膜在光电子方面具有巨大的应用前景。