新型高功率MPCVD金刚石膜装置的数值模拟与实验研究

根据高功率MPCVD装置所需要具备的条件,提出一种新型的高功率MPCVD装置结构.先使用HFSS软件对模型的各部分尺寸进行了初步优化;然后使用COMSOL软件通过对高功率、高气压条件下气体电离形成等离子体时的电场和等离子体分布的模拟,并对气体进出方式进行了验证;最后根据模拟结果建立了新型MPCVD装置,并使用所制造的装置在高功率、高气压条件下进行了大面积金刚石膜的制备.结果表明:所提出的高功率MPCVD装置模型经过结构优化后,在基片上方对电场具有较好的聚焦能力,强度高于同类装置;高功率、高气压条件下所产生的等离子体也仅在基片上方均匀分布,与石英环之间被中间腔体隔离,有效避免其对石英环的刻蚀;所设计的进出气方式能够保证反应气体在基片表面均匀分布;使用所制造的装置能够在高功率、高气压条件下实现大面积高品质金刚石膜的快速沉积.     

基于纳米划痕实验和有限元仿真的KDP晶体断裂性能研究

通过变深度纳米划痕实验对KDP的断裂特性进行了研究,测量了在KDP晶体(001)晶面上沿不同方向进行划痕实验时首条裂纹出现的位置.随后建立了该划痕过程的有限元模型,计算得到了导致KDP晶体沿不同方向发生断裂时的拉应力,并解释了划痕实验中出现微裂纹和崩坑的原因.结果表明,在KDP晶体(001)晶面上沿0°方向加工时材料最容易发生断裂,对应的拉应力为107 MPa;而沿45°方向时材料表现出较好的可加工性能,此时导致KDP晶体发生断裂的拉应力为160 MPa.     

含氟丁烯联苯类液晶新方法合成及性能

含氟丁烯类液晶是一类新型具有低熔点和较高清亮点的液晶材料。 本文提出了一条新的方法合成关键中间体,采用以3-氟苄氯为起始原料,经Arbuzov、Wittig-Horner、催化氢化、锂化-硼酸化4步反应制备,避免了环己烷的异构化和脱氟副反应。 经过合成优化,总收率由4.5%提高到30%,具备较高的应用价值。 物理性能测试表明,该类化合物在配方中的虚拟清亮点达到127.7 ℃、展区常数K₁₁值高达19.7。 光电测试表明,该类化合物能够缩短10%的液晶总响应时间,与该类化合物粘弹系数小的特点相吻合。 新型含氟丁烯液晶为开发高性能混合液晶提供了新的单体液晶材料。     

铜配合物修饰的Dawson型钨磷酸盐的合成、晶体结构和催化性能

在水热条件下,Cu(Ⅱ)-H₂biim配合物与Dawson型钨磷酸盐构筑了1个无机-有机杂化化合物[Cu(H₂biim)₂(H₂O)][{Cu(H₂biim)₂}₂(P₂W₁₈O₆₂)]·11H₂O(1)(H₂biim=2,2'-联咪唑)。 通过单晶X射线衍射、红外光谱(IR)、X射线粉末衍射(XRD)、元素分析、电化学分析等技术手段对其进行了表征。 结构分析表明,在化合物1分子中,[P₂W₁₈O₆₂]^6-单元作为双齿配体与2个Cu²⁺离子配位形成双支撑的杂多阴离子[{Cu(H₂biim)₂}₂(P₂W₁₈O₆₂)]^2-,在其外部有1个游离的[Cu(H₂biim)₂(H₂O)]²⁺ 和11个H₂O分子。 H₂biim分子与杂多阴离子/H₂O分子间存在氢键,通过氢键、静电和π-π堆积作用,进一步构成具有3D结构的晶体材料。 该晶体化合物对H₂O₂和NaNO₂的还原具有良好的电催化作用;同时,作为酸催化剂用于合成环己酮乙二醇缩酮反应,催化活性高,可重复使用。     

TMAH改性PVDF一步接枝PSBMA质子交换膜的制备与性能

使用四甲基氢氧化铵(TMAH)液相改性聚偏氟乙烯(PVDF),以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,一步将磺酸基甲基丙烯酸甲酯(SBMA)接枝到改性的PVDF上,制备了聚偏氟乙烯接枝聚磺酸基甲基丙烯酸甲酯(PVDFg-PSBMA)质子交换膜.利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱和扫描电镜-X射线能谱(SEM-EDX)分析了膜的结构、形貌及硫元素分布情况.同时研究了不同质量分数的TMAH甲醇溶液对PVDF-g-PSBMA膜电导率和甲醇渗透率的影响.结果表明, TMAH使PVDF脱去HF产生碳碳双键且SBMA成功接枝到改性的PVDF骨架上,硫元素在膜内外分布均匀; PVDF-g-PSBMA膜的电导率和甲醇渗透率随TMAH在甲醇中质量分数的增多而增大, TMAH质量分数为20%的膜的质子电导率在20 ℃下达到0.0892 S·cm^-1,常温下的甲醇渗透率为4.04 × 10^-7cm²·s^-1;热重分析(TGA)表明,膜的热稳定性良好,耐热温度高达270 ℃.该膜作为电解质材料的直接甲醇燃料电池(DMFC)的最大功率密度达到17.06 mW·cm^-2.     

高光谱分辨率紫外平场光谱仪的研制

光栅作为一重要的分光元件,广泛应用于各类光谱仪,其中球面变线距平场光栅以其独特的平场特性使其容易与阵列探测器结合使用,一次实现宽光谱范围的记录。商业球面平场光栅一般只会提供光栅的公称线密度以及相应的安装参数,而不会提供光栅具体的变线距参数,并且提供的安装参数是针对整个使用波段优化的结果。使用者往往只需要其中的一部分波段。针对这种情况,根据球面平场光栅聚焦、分光原理,利用生产厂家提供的光学元件安装参数给出了推导球面变线距光栅变线距参数的方法。并给出了利用这些参数,根据光谱仪的实际工作波段确定最佳的CCD安装位置的方法。根据推导的光栅变线距参数可以对光学系统进行光学追迹已验证光学系统的性能。研制了一台高分辨率紫外平场光谱仪,覆盖光谱范围230~280 nm。采用的球面变线距光栅公称线密度为1 200 lines·mm-1,使用波段为170~500 nm。推导了该光栅的变线距参数,并针对230~280 nm波段对CCD的安装位置进行了优化。同时利用不同元素的标准光源空心阴极灯对光谱仪进行了波长标定和光谱分辨率测试。波长标定采用参数拟合法,整个波段范围内的标定精度优于0.01 nm。光谱分辨率测试的结果表明光谱仪的光谱分辨率达到0.08 nm@280.20 nm。     

多种薄油膜光谱反射率特性外场测试方法及结果分析

水面溢油机载航测工作需要以全面的溢油模拟目标的光谱反射率特性数据作为支撑,选择合适的工作波段,并通过获得的数据对溢油情况进行分析与判断。针对汽油、柴油、润滑油、煤油与原油五种目标样本,油膜从紫外波段到近红外波段进行了反射光谱测量,并将结果与相同实验环境下的水的反射光谱对比。实验结果表明油膜的光谱反射特性与油品类型以及油膜的厚度相关。不同种类的油膜在相同厚度的情况下,光谱反射率曲线的差异很大,而同一种类的油膜,随着油膜厚度的改变,光谱反射率曲线亦随之发生改变,因而就单一油膜而论,可以通过反射率曲线区分不同的油膜厚度。以相同的油膜厚度而论,柴油,煤油,润滑油在380 nm附近存在反射率峰值,与水的反射率差异明显,原油在大于340 nm波长的反射率远小于水,所得到的反射光谱能够在一定程度上区分不同类型油膜。实验涉及主要溢油油种,数据全面覆盖探测常用的光谱波段,定量化描述了油膜光谱反射率特性,为机载水面溢油探测工作的波段选择与水面溢油的早期发现与分析提供了全面的理论与数据支持。     

表面裂纹对掠入射垂直偏振横波散射的动态光弹实验分析

利用动态光弹法研究掠入射垂直偏振横波(SV波)在表面裂纹处的散射声场,给出不同倾斜角度的表面裂纹引起的散射声场分布和简化波前示意图。以垂直表面裂纹为例,有限元仿真和电法测量分别直接地和间接地证明了光弹实验结果的可靠性。表面裂纹引起的各类散射波与裂纹参量密切相关且容易区分,可使用一阶散射声波到达时间反演表面裂纹的长度和倾角,实验测量值与真实值的相对误差在6%以下。      

基于信息扩散的海洋稀疏观测资料插值算法-椭圆模型

针对海洋科学研究中ARGO等观测资料零散、稀少等问题,提出了一种基于信息扩散思想的插值方法一信息扩散插值算法。该方法基于模糊映射思想,通过对稀少数据点信息进行模糊扩散和插值映射,进而实现有限数据点信息向其邻近区域点的概率插值;针对正态扩散函数在表现非对称结构的数据资料时存在的局限性,发展了一类非均匀信息扩散函数,建立了相应的非均匀信息扩散插值算法一椭圆模型,进行了试验对比和实际ARGO资料的插值应用。     

PEO-PPO-PEO水溶液体系胶束化及凝胶化行为的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics, DPD)模拟方法研究了三嵌段共聚物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO)的胶束化和凝胶化行为. 通过模拟得到了F127(EO₉₉PO₆₅EO₉₉)水溶液的临界胶束浓度和临界凝胶浓度. 结果发现, 在298 K、 质量分数低于40%时, F127水溶液中形成的胶束形状均为球形. 此外,进一步研究了亲水嵌段长度对胶束结构及凝胶形成浓度的影响, 结果发现, 亲水嵌段越短, 越有利于长椭球状胶束的形成, 而临界凝胶浓度随着亲水嵌段PEO长度的增加而降低.