低阻抗大面积二极管的研制

采用高纯石墨环状阴极和有机玻璃绝缘子,研制了一套低阻抗大面积二极管系统。使用理论计算和数值模拟方法对二极管进行优化设计,在保证绝缘要求的同时,尽量优化二极管轴向长度和内外筒距离以减小二极管的回路电感。实验结果表明,优化后的二极管能在200 kV左右的电压上稳定工作,绝缘结构未发生击穿现象;实验中最高输出电压为213 kV,电流为221 kA,特性阻抗约为1 ,电流密度为8 kA/cm2,脉宽(FWHM)为50 ns。     

神光-Ⅲ主机装置成功实现60 TW/180 kJ三倍频激光输出

2015年9月15日,由中国工程物理研究院激光聚变研究中心承担研制的神光-Ⅲ主机装置成功完成了48束激光三倍频180 kJ/3 ns、峰值功率60 TW的输出测试实验,标志着神光-Ⅲ主机装置已全面建成并达到设计指标,成为现有输出能力世界排名第二、亚洲排名第一的惯性约束聚变激光驱动器。神光-Ⅲ主机装置可输出48束阵列化的大口径高功率脉冲激光（分为6个束组,每个束组为一个42的光束阵列）,主要由前端、预放、主放、测量与光束控制、靶场、计算机集中控制等六大系统组成。神光-Ⅲ主机装置的研制,凝集了我国在光学、激光、脉冲功率、精密机械、快电子学、自动控制、化学清洗、超精密加工等多个学科领域的顶尖技术成就,堪称中国光学工程界的奇迹。神光-Ⅲ主机装置采用腔内四程放大+变口径90翻转U型反转器+助推三程放大的总体构型,在未使用大口径隔离组件的条件下,采用焦斑控制、精密准直、锥管镜面空间滤波及杂散光管理等技术措施,实现了基频光十万倍增益、10 kJ量级输出状态下的自激振荡抑制与反激光规避,在系统具备50%以上透过率的前提下确保了装置的运行安全,大大提高了装置的性价比。神光-Ⅲ主机装置的建设过程中攻克了高精度种子光源、高品质激光束的预放大、精密同步、辐射定标损伤检测、全光路精密波前校正、甚多束光路自动准直、自动化靶瞄准定位、计算机集中控制、高效谐波转换、一搁准精密安装、超精密光学加工、缺陷控制损伤阈值提升等多项光学工程技术难关,确保了装置具备优秀的技术指标性能。神光-Ⅲ主机装置打破了激光系统串行调试的规律,基于基准体系技术,通过不同束组间的错级并行,实现总体集成工作的满负荷运转,确保了装置建设的总体进度和集成效率。装置从第一个光机模块进场到基本完成集成调试,用时仅四年半,创造了又一个中国速度。在工程建设过程中以自主研发的传输放大动力学设计软件、激光泵浦动力学软件、杂散光树叉追迹软件等为基础,融合了部分光学设计商用软件,构建了覆盖光学、结构、电气、控制等多个学科的高功率激光装置数字化设计平台,基本实现了装置设计的全面数字化。工程建设过程中形成的质量、安全、进度控制体系保证了工程顺利进行。神光-Ⅲ主机装置的全面建成,标志着我国在大型激光驱动器方面的总体设计、总体集成、精密装校、加工制造、光学检测、关键技术等核心能力实现了体系化发展与成熟,面向更大规模的激光驱动器研制的光学工程体系已基本形成。     

双丝耦合强度对Z箍缩电磁辐射的影响

利用X射线二极管、光电倍增管和B-dot探针测量了峰值220 kA,0~100%上升时间100 ns的脉冲电流驱动平行双丝产生的电磁辐射。实验结果表明,不同波段的电磁辐射具有不同的辐射机制,热辐射是产生X射线的主要机制,可见光辐射来自热辐射和特征线辐射,微波辐射由非热电磁辐射机制产生。调节丝间距可改变双丝的耦合强度,当丝间距大于临界值时双丝解耦合,电磁辐射不依赖于丝间距;当丝间隙减小至低于临界值时,双丝耦合增强。增大双丝耦合强度不利于热辐射(X射线和可见光),而有利于非热电磁辐射(微波)。对于单丝电流约100 kA、上升时间100 ns的驱动条件,双丝解耦合的临界间距约为10 mm,双丝耦合强度对Z箍缩在不同频段的电磁辐射有影响。丝阵由多根金属丝组成,其最小的相互作用单元可分解为双丝相互作用。     

双路大电流源模块水中放电实验研究

高压电脉冲压裂技术是基于液电效应,通过水中脉冲放电产生强大的冲击波使岩石产生裂缝,近年来成为了岩石压裂领域的热点研究对象。搭建了两路电流源模块应用于水中放电,采用铜材料的针针电极,电极间距1 mm;研究了在不同放电电压下,单路和两路电流源模块电极间的电压、电流波形。实验结果表明,空载时在同一放电电压下,双路模块产生更大的放电电流,从而在放电时获得更高的瞬时功率;而在水中针针放电时,单路和双路模块水间隙的预击穿时间与放电电压之间具有很大的随机性。单路模块预击穿时间的标准差最小为0.285 ms,最大为1.481 ms;而双路模块最小为0.369 ms,最大为0.703 ms。并且随着放电电压的增加,预击穿时间减小,双路模块的预击穿平均时间从放电电压为1300 V时的2.686 ms降到1800 V时的1.036 ms。     

严格电磁场波导方法的三维厚胶光刻工艺仿真（英）

无论是在微机电系统（MEMS）还是集成电路（IC）领域,SU-8厚胶光刻已经成为制造高深宽比结构的主流工艺。为了取代昂贵而耗时的光刻实验,一套能够良好预测显影形貌,从而为优化光刻制造提供有效帮助的光刻仿真软件就成为必要而有价值的工具。基于严格电磁场波导法的理论,给出一种针对SU-8光刻胶在紫外光下的三维光刻仿真模型。利用该模型,能很好地预测显影后的光刻胶内光强分布和立体形貌。并完成了一系列仿真和实验结果来验证模型的有效性。仿真结果给出横截面光强分布图和显影立体形貌模拟图形,并与相应的实验结果进行对照。结果验证了本文提出的仿真模型的正确性,并且表明三维混合模型在保证精确性的前提下,较之其他仿真算法运算速度更快。     

Fluorination of Terminal Groups Promoting Electron Transfer in Small Molecular Acceptors of Bulk Heterojunction Films

The fluorination strategy is one of the most efficient and popular molecular modification methods to develop new materials for organic photovoltaic (OPV) cells. For OPV materials, it is a broad agreement that fluorination can reduce the energy level and change the morphology of active layers. To explore the effect of fluorination on small molecule acceptors, we selected two non-fullerene acceptors (NFA) based bulk heterojunction (BHJ) films, involving PM6:Y6 and PM6:Y5 as model systems. The electron mobilities of the PM6:Y5 and PM6:Y6 BHJ films are 5.76 × 10⁻⁷ cm²V⁻¹s⁻¹ and 5.02 × 10⁻⁵ cm²V⁻¹s⁻¹ from the space-charge-limited current (SCLC) measurements. Through molecular dynamics (MD) simulation, it is observed that halogen bonds can be formed between Y6 dimers, which can provide external channels for electron carrier transfer. Meanwhile, the “A-to-A” type J-aggregates are more likely to be generated between Y6 molecules, and the π–π stacking can be also enhanced, thus increasing the charge transfer rate and electron mobility between Y6 molecules.     

Application of Nanomaterials to Enhance Polymerase Chain Reaction

Polymerase Chain Reaction (PCR) is one of the most common technologies used to produce millions of copies of targeted nucleic acid in vitro and has become an indispensable technique in molecular biology. However, it suffers from low efficiency and specificity problems, false positive results, and so on. Although many conditions can be optimized to increase PCR yield, such as the magnesium ion concentration, the DNA polymerases, the number of cycles, and so on, they are not all-purpose and the optimization can be case dependent. Nano-sized materials offer a possible solution to improve both the quality and productivity of PCR. In the last two decades, nanoparticles (NPs) have attracted significant attention and gradually penetrated the field of life sciences because of their unique chemical and physical properties, such as their large surface area and small size effect, which have greatly promoted developments in life science and technology. Additionally, PCR technology assisted by NPs (NanoPCR) such as gold NPs (Au NPs), quantum dots (QDs), and carbon nanotubes (CNTs), etc., have been developed to significantly improve the specificity, efficiency, and sensitivity of PCR and to accelerate the PCR reaction process. This review discusses the roles of different types of NPs used to enhance PCR and summarizes their possible mechanisms.     

Thermal,Mechanical and Dielectric Properties of Polyimide Composite Films by In-Situ Reduction of Fluorinated Graphene

Materials with outstanding mechanical properties and excellent dielectric properties are increasingly favored in the microelectronics industry. The application of polyimide (PI) in the field of microelectronics is limited because of the fact that PI with excellent mechanical properties does not have special features in the dielectric properties. In this work, PI composite films with high dielectric properties and excellent mechanical properties are fabricated by in-situ reduction of fluorinated graphene (FG) in polyamide acid (PAA) composites. The dielectric permittivity of pure PI is 3.47 and the maximum energy storage density is 0.664 J/cm³ at 100 Hz, while the dielectric permittivity of the PI composite films reaches 235.74 under the same conditions, a 68-times increase compared to the pure PI, and the maximum energy storage density is 5.651, a 9-times increase compared to the pure PI films. This method not only solves the problem of the aggregation of the filler particles in the PI matrix and maintains the intrinsic excellent mechanical properties of the PI, but also significantly improves the dielectric properties of the PI.     

大气光学湍流估算模式及其相似性函数

地表热通量和水汽通量对全球气候变化和大气环流有着重要而广泛的影响,而Monin-Obukhov(M-O)相似性函数在计算近地层热通量和水汽通量的过程中扮演着重要的角色;同时M-O相似性函数是大气光学湍流估算模式中不可或缺的因子。通过对合肥西郊35 m铁塔上气象数据的分析,利用非线性最小二乘法拟合得到了一套全新的M-O相似性函数。将之与前人提出的相似性函数作对比,展现出了较好的一致性。同时,该函数大气光学湍流的估算模式中,估算值与实测值具有较好的吻合度。分析结果表明：在稳定条件和非常不稳定条件下,可以认为温度相似性函数等于湿度相似性函数,在弱不稳定条件下两者不再满足这种相似性。     

介质壁加速腔加速结构优化

为了在介质壁加速器中增大轴向加速电场, 提高加速梯度的同时抑制径向电场对束包络的扩张, 提出了在每个加速电极上添加金属栅网结构。采用基于粒子云网格方法的电磁粒子模拟软件对不加栅网与添加栅网的电极结构进行了数值仿真, 分析了不同结构下加速管道中的电场分布和束包络变化。通过实验对比了两种不同结构下经过相同的加速长度获得的粒子能量。结果表明：添加金属栅网结构相对于不加栅网的金属小孔式结构, 轴向加速电场强度提高20%, 同时径向电场得到有效抑制;栅网结构下, 被加速的粒子束在自由漂移空间中的径向发散基本得到抑制;在相同的加速长度下加速H3+粒子, 栅网结构得到的能量增益提高了一倍。