多面体笼型倍半硅氧烷纳米杂化低介电材料的研究

多面体笼型倍半硅氧烷( POSS)是由O-Si-O链接的纳米大小的笼型无机芯[(SiO1.5)n]和外围有机取代基团（活性或惰性）组成,这种独特的结构为杂化功能材料的制备提供了重要的平台与基础。本文从低介电材料结构对性能的影响,以及低介电性能的形成机理,综述了当前低介电材料制备方法,尤其是多面体笼型倍半硅氧烷( POSS)在低介电材料控制制备的研究进展,为该领域新材料设计提供借鉴。     

纳米流体辐射特性理论分析与实验研究

随着人类社会的飞速发展,能源紧缺、环境污染问题日益严重。当下,开发新能源、发展新能源技术已成为全球各国首要能源策略。作为一种清洁能源,太阳能蕴藏着巨大能量,太阳能利用和相关技术在世界范围内也引起了广泛关注。基于纳米流体的太阳能直接吸收式集热装置能够耦合光伏与光热技术,有利于提高太阳能综合利用的效率。由于纳米流体辐射理论对于开发新的光伏热实验平台具有重要的作用,而纳米流体辐射特性研究仍处于起步阶段,所以对于纳米流体辐射规律及机理的研究具有重要的意义。首先综述了纳米流体辐射特性的研究现状,并对纳米流体的辐射特性进行了理论研究,进而采用瑞利散射模型和Mie(米氏)模型对纳米流体最重要的辐射特性之一的透射率进行了理论分析;而后运用实验进行对比验证,分析不同理论模型与实验数据间的吻合性。结果表明：Mie模型比瑞利散射模型更加准确,在光伏热实验平台开发利用中具有更好的适用性。该研究旨在利用纳米颗粒改变流体对太阳能的辐射特性,探索一种实际设计时纳米流体辐射特性简易高效的计算准则,并得到影响纳米流体辐射特性的重要因素之一的体积分数的变化规律,从而提高太阳能直接吸收式集热装置的太阳能利用率。纳米流体辐射特性理论的分析与研究,有利于促进纳米技术在太阳能领域的应用,提高太阳能的综合利用效率。     

CZTSe/Cd1-xZnxS界面能带结构研究

严重的开路电压损耗是限制铜锌锡硫(硒)薄膜太阳电池性能提升的关键问题,其吸收层和缓冲层界面的能带结构有待进一步优化.针对此问题,本文对CZTSe/Cd1-xZnxS界面的能带结构进行了研究.首先,模拟计算了化学水浴法制备Cd1-xZnxS薄膜所需的溶液体系条件,通过椭偏仪和SEM测试结果分析了不同Cd/Zn比例的Cd1-xZnxS缓冲层形貌、光学特性以及禁带宽度.然后,对CZTSe/Cd1-xZnxS界面进行了XPS测试分析,发现CZTSe/Cd0.9Zn01S界面最为匹配,其导带失调值约为0.3 eV.最后对电池器件进行了制备与测试,得到的CZTSe/Cd0.9Zn0.1S结构的太阳电池比CZTSe/CdS结构具有更高的开路电压,达到了394 mV,转换效率达到了5.78;.     

强脉冲电磁力驱动的冲击载荷

冲击载荷在材料科学与工程领域具有一定的应用。随着研究的深入, 对冲击速度、冲击能量提出了更高的需求, 是落锤所无法达到的。强脉冲磁场可由脉冲大电流产生, 通过合适的装置可产生强脉冲电磁力, 进而可转换为冲击载荷。通过数值模拟, 给出了强脉冲磁场、电磁力及冲头运动过程的数值模拟结果。采用高速摄像对该压缩冲击装置的运动过程进行记录, 通过对影像数据处理获得了冲击速度及冲击能量, 验证了模拟结果。     

基于光谱分析与角度斜率指数的植被含水量研究

植被含水量是植被生长状态的重要指示因子,是农业、生态和水文等研究中的重要参数,其诊断对于监测自然植被群落的干旱状况、预报森林火灾等都具有重要意义。通过对植被光谱反射率与植被含水量的相关性分析,发现植被波谱不同波段的光谱反射率与植被含水量的相关性差异很大,其中可见光红光波段(620～700 nm)、近红外波段(800～1 350, 1 600～1 950, 2 200～2 400 nm)的光谱反射率与植被含水量具有较好的相关性,选取了660,850,1 630和2 200 nm的光谱反射率作为RED,NIR,SWIR1和SWIR2的波段值来建立角度斜率指数;分析了植被含水量与角度斜率指数的关系,将角度斜率指数(SANI,SASI,ANIR)作为反演植被含水量的参量,建立植被含水量与角度斜率指数之间线性回归模型。通过对近红外角度指数ANIR改进,提出了近红外角度归一化指数NANI(near infrared angle normalized index)与近红外角度斜率指数NASI(near infrared angle slope index),建立植被含水量与NANI和NASI之间线性回归模型,结果显示：NANI与Palacios-Orueta等提出的角度斜率指数(SANI,SASI,ANIR)相比有一定的优势,模型可决系数R2从原最高0.791提高到0.853,RMSE也从原最小0.047降低到0.039。确定了NANI为反演植被含水量的最佳角度斜率指数,并建立了植被含水量反演模型。该研究主要创新点：在前人研究成果基础上,通过对原角度斜率指数的改进,提出了NANI和NASI角度斜率指数,使其在植被含水量反演上具有更高的精度。     

分子印迹电化学传感器的制备及其快速检测饮水中草甘膦残留的应用研究

以吡咯(Py)为功能单体,草甘膦(Gly)为模板,采用电化学聚合法构建了草甘膦分子印迹电化学传感器。通过循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)、电化学交流阻抗法(EIS)对印迹电极性能进行了表征,筛选了印迹电极的聚合体系和模板分子的洗脱方法,优化了检测体系的p H值和吸附时间等。结果表明,以铁氰化钾为电活性探针,在最优检测体系中该印迹传感器对草甘膦具有特异性快速响应、灵敏度高和稳定性好的优点,传感器的峰电流与草甘膦浓度在5~800 ng/m L范围内呈良好的线性关系,相关系数(r2)为0.981 7,检出限(S/N=3)为0.27 ng/m L。该传感器具有良好的重现性和稳定性,放置3周后对目标物的响应峰电流无明显变化。用于实际样品中草甘膦的测定,加标回收率为78.6%~99.0%,能满足现场快速检测的要求。     

碳离子碰撞单壁碳纳米管的动力学

采用分子动力学方法研究了碳离子碰撞碳纳米管中顶位、键中心和六元环中心的动力学过程。通过分析低、中、高3种入射能分别对碰撞过程的影响,探索了典型缺陷形成的微观演化过程。研究结果表明,碰撞碳纳米管中不同空间位置,其碰撞结果差异较大,其中顶位碰撞阈能最低,约为20 e V;碰撞六元环中心时碳管会发生严重变形,损伤最为严重。通过分析入射离子动能,碳纳米管热动能、质心动能以及势能随时间的演化规律,阐述了碰撞过程中的能量转移机制。     

Pt(111)表面低能溅射现象的分子动力学模拟

利用嵌入原子方法的原子间相互作用势，通过分子动力学模拟，详细研究了贵金属原子在Pt (111)表面的低能溅射现象.模拟结果显示：对于垂直入射情况，入射原子的质量对Pt (11 1)表面的溅射阈值影响不大.当入射原子的能量小于溅射阈值时，入射原子基本以沉积为主 ；当入射原子的能量大于溅射阈值时，溅射产额随入射原子能量的增加而线性增大；当入射 原子能量达到200 eV时，各种入射原子的溅射产额都达到或接近1，此时入射原子主要起溅 射作用.溅射原子发射的角分布概率和溅射花样与高能溅射相类似.研究表明：与基于二体碰 撞近似的线性级联溅射理论不同，当入射原子能量大于溅射阈值时，低能入射原子的溅射产 额正比于入射原子的约化能量和入射原子与基体原子的质量比.通过对低能入射原子的钉扎 能力分析，提出了支配低能溅射的入射原子反射物理机理. 关键词： 分子动力学模拟、低能溅射     

柔性纤维简单剪切流场中的运动特性研究

基于杆链模型,对简单剪切流场中柔性纤维进行模化;通过对有效刚度较大的纤维进行数值模拟,所得结果满足Jeffery轨迹,从而验证了模型的正确性;本文还对半稀相条件下不同浓度对柔性纤维的运动特性的影响机制进行了数值模拟研究。结果表明:纤维在运动过程中发生不同程度的弯曲扭转等变形,形态上呈现出弹簧形、蛇形、缠绕形等;纤维的碰撞摩擦对纤维弯曲角有着显著的影响,但对纤维的扭转影响不大;碰撞摩擦次数增大时,纤维弯曲程度和波动幅度依次增大;半稀相条件下,纤维间的碰撞摩擦和纤维的弯曲扭转变形开始取代水动力作用,并对纤维的运动特性有着决定性的作用,使得纤维取向分布趋于随机状态。     

低温生长Cu(InGa)Se2薄膜吸收层的掺钠工艺研究

在柔性聚酰亚胺衬底上低温制备Cu(In,Ga)Se₂薄膜太阳能电池, Na的掺入会改善电池特性, 但不同的掺Na工艺对Cu(In,Ga)Se₂薄膜和器件特性的改善机理不同. 本实验通过对比前掺NaF和后掺NaF工艺发现, 在前掺Na工艺下, 由于Na始终存在于Cu(In,Ga)Se₂薄膜生长过程中, Na存在于多晶 Cu(In,Ga)Se₂ 薄膜晶界处, 起到了扩散势垒的作用, 导致晶粒细碎、加剧两相分离, 同时减小了施主缺陷的形成概率; 而在后掺Na工艺下, 掺入的Na对薄膜的结构及生长不产生影响, 仅仅起到了钝化施主缺陷、改善薄膜缺陷态的作用. 同时, 研究表明, 后掺Na工艺中, NaF必须依靠外界能量辅助才能扩散进Cu(In,Ga)Se₂内部, 实验结果证实, 只有衬底温度达到350 ℃以上时, 掺入的NaF才能较好地改善薄膜特性. 最终经掺Na工艺的优化, 得到低温工艺制备的柔性聚酰亚胺衬底器件效率达10.4%.