剪切流场中含内流立管横向涡激振动特性

立管是海洋工程中输送油气或其他矿产资源的必备结构, 外部洋流引起的立管涡激振动影响着立管的疲劳寿命, 危害深海资源开发. 本文基于欧拉?伯努利梁方程, 结合半经验时域水动力模型, 建立剪切流与内流耦合作用下海洋立管涡激振动预报模型, 运用有限元方法和Newmark-β逐步积分法求解方程, 首先将数值模拟结果与实验数据进行对比, 验证模型正确性. 然后, 运用此模型, 对剪切流作用下含内流的顶张立管在不同内流速度和密度下的横向涡激振动响应特性进行研究, 主要分析了立管的横向振动模态、振动频率以及均方根位移等涡激振动参数随内流速度和密度等参数的变化规律. 结果表明, 在剪切流场中, 含内流海洋立管在横向上表现出多模态多频率的涡激振动;立管横向振动的最大均方根位移随内流速度和密度的增大而增大, 特别是当内流速度较大时, 横向最大均方根位移增大明显;立管横向振动的主导频率随内流速度和密度的增大而减小, 并且内流密度的增大同样会引起模态转换和频率转换.      

基于半解析VOF-DEM的激光直接沉积多尺度过程模拟

与传统铸造技术相比, 基于金属粉末的增材制造技术因其生产周期短、可操作性强而在航空航天、生物医学等领域具有很好的优越性. 尤其是激光直接沉积技术, 因其自由度高, 在复杂构件制造、部件修复中有着广泛的运用. 但是该激光直接沉积过程涉及多物理场、跨尺度、极端高温高压环境和相变问题, 仅靠实验不能很好地研究其中的机理. 已有数值模拟技术一般通过预设或者射入拉格朗日点作为颗粒输入, 不能做到同时考虑环境气体、颗粒碰撞和相变过程. 本文在近期发展的基于核函数近似背景流场的半解析CFD-DEM耦合方法中引入了流体体积分数法(VOF), 发展了可以同时模拟含热、刚体颗粒、相变和自由液面及相变界面的半解析VOF-DEM (或半解析CFD-DEM-VOF)方法, 从而首次实现了真实物理环境下激光直接沉积技术的数值模拟. 其中, VOF中的气相为环境气体, 液相为熔融和凝固的金属相, 界面通过iso-Advector重构, DEM为未熔化的金属粉末, 且流体网格可解析离散元颗粒形状. 这一模拟框架可以有效复现颗粒之间的碰撞、粘结、熔化、融合, 以及熔池熔道的形成, 为激光直接沉积技术的数值模拟提供了开拓性的范式, 并可以被应用到其他带相变的颗粒系统中.      

液晶光阀的电光色散特性研究

分析液晶光阀(LCLV)的电光色散特性,重点研究扭曲向列型液晶光阀TB3639的电光色散特性。在温度为27 ℃时, 将TB3639液晶光阀置于频率为1 000 Hz的交流电场中,测出电光特性T-λ曲线,同时得到不同波长的T-V电光特性曲线,确定对比度与光波波长的函数关系k(λ),并得出电光色散特性关系曲线k(λ)～λ。分析结果表明, TB3639液晶光阀在可见光区域,具有相对较高的对比度,其色散较小。波长在450～750 nm区域其对比度均大于0.8;其中波长在550～670 nm区域其对比度变化不大,均大于0.95,其色散最小。     

用偏光织构及透射光谱分析液晶器件的老化

对一组台式计算器液晶显示器进行了光辐照,研究了光辐照对液晶显示器件显示品质的影响。采用偏光显微镜观察到了辐照后液晶的偏光织构的变化,液晶中出现了平行的条纹状织构和失去消光作用的黑洞,随着接受光辐照时间的增加,黑洞数量越来越多,面积越来越大。通过由计算机控制的双光束紫外-可见分光光度计测试了透射光谱的变化,发现其透射率随着接受光辐照时间的增加而降低。分析结果表明,条纹状织构和黑洞的出现是由于液晶分子结构在紫外线的照射下发生了变化所致,失去消光作用的黑洞是导致液晶器件透射率持续下降的主要原因。     

聚合物纳米孔隙增透膜制备工艺的研究

论述了聚合物纳米孔隙增透膜的制备工艺流程,分析了聚合物材料分子量、实验环境温度和湿度、溶剂挥发性等条件对纳米孔隙增透膜的影响。研究表明,聚合物材料分子量的增大、温度的降低、湿度的升高以及采用挥发性弱的溶剂都将导致增透膜孔隙尺寸的增大,孔隙越大其对光的散射损耗就会增大,所以增透膜的透过率就越低。通过大量的试验分析得出一组较理想的工艺参量:使用低分子量的聚合物材料(小于15 kg/mol),环境温度大于25℃、环境相对湿度小于30%,在采用低沸点的溶剂如四氢呋喃等措施下可有效降低增透膜散射损耗。     

在粗糙表面上用液晶空间光调制器进行振动测量

为实现在一段时间内连续实时观测振动物体的全息干涉图形,采用覆盖铝箔的喇叭作为振动物体,利用铝箔原有未经特殊处理表面反射的漫反射光成像,并用光寻址液晶空间光调制器(Liquid crystal-sparial lightmodulator,LC-SLM)作为全息记录载体,来实现振动测量。实验中采用时间平均干涉测量法,得到了不同振动频率下物体的干涉图形。同时在连续改变振动物体的振动频率时,可以清晰地观察到物体振动全息干涉图形的变化过程,即近实时的全息干涉图形。     

拓扑材料中的超导

近来,人们在凝聚态体系中发现了由拓扑不变量定义的物相,其中最重要的有拓扑绝缘体、拓扑半金属和拓扑超导体等.这些物相的拓扑性质由非平凡的拓扑数描述,相应的材料被称为拓扑材料,具有诸多新奇的物理特性.其中拓扑超导体由于边界上有满足非阿贝尔统计的Majorana零能模,成为实现拓扑量子计算的主要候选材料.除了探索本征的拓扑超导体外,由于拓扑性质上的相似性,在不超导的拓扑材料中调制出超导自然成为了实现拓扑超导的重要手段.目前,人们发展了栅极调制、掺杂、高压、近邻效应调制和硬针尖点接触等多种技术,已经成功地在许多拓扑绝缘体和半金属中诱导出了超导,并对超导的拓扑性和Majorana零能模进行了研究.本文回顾了本征拓扑超导候选材料,以及拓扑绝缘体和半金属中诱导出超导的代表性工作,评述了不同实验手段的优势和缺陷、分析了其超导拓扑性的证据,并提出展望.     

光功能纳米材料与肿瘤光学治疗展望EI北大核心CSCD

近二十年来,光功能纳米材料因其具有优越的光热转化与光敏化能力而被广泛研究用于肿瘤光学治疗,并展现出了良好的临床转化潜力。本文结合作者自身的科研经历,展望了基于光功能纳米材料的肿瘤光学治疗在其未来的临床转化过程中所面临的挑战与机遇,倡导相关科学家直面制约肿瘤光学治疗临床转化的若干问题,共同推进肿瘤光学治疗在临床中的应用,早日造福广大肿瘤患者。     

通用法制备石墨烯/硫化铜微米花和石墨烯/硫化亚锡 微米花及在水污染处理中的应用

以L-组氨酸辅助和微波加热相结合,得到了石墨烯/硫化铜微米花和石墨烯/硫化亚锡微米花的通用制备技术.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X光电子能谱(XPS)等手段对样品进行了形貌观察和物相分析,并阐明了获得石墨烯/硫化铜花瓣和石墨烯/硫化亚锡花瓣的形成机理.对其光催化性能的研究结果表明,在可见光照射下,石墨烯/硫化铜花瓣和石墨烯/硫化亚锡花瓣能够降解溶液中83.5;(40 min内)和90.4;(50 min内)的甲基橙,表现出优异的可见光催化效果.     

基于差分反射高光谱成像的薄层TMDC材料检测技术研究

二维过渡金属硫化物(TMDC)材料因为独特的激子效应和材料学性质,在太阳电池、光催化、传感器、柔性电子器件等领域得到广泛的应用。层数对其性质有显著的调控作用,自动检测识别所需层数的样品是其从实验室走进半导体制造工业的重要技术需求。本文结合反射高光谱成像技术与图像处理算法,发展了一种二维TMDC薄层样品的显微成像自动检测技术。基于自主搭建的反射高光谱成像系统,对制备的不同层数TMDC标准样品进行了光学对比度的系统研究,阐明了层数的差分反射光谱机理,提出了可靠的层数判定方法。基于传统边缘检测技术优化设计了一套图像处理算法,实现了TMDC样品的图像检测及层数鉴定。本文方法具有普遍性、实用性,结合自动对焦的扫描控制,能够实现大规模的自动化样品检测,这也为其他表面目标的显微识别和检测提供了新的灵感和参考。