3D打印贝壳仿生复合材料的拉伸力学行为

采用硬质和软质双组分材料,通过调控两种基体材料的装配夹角,采用光固化3D打印技术制备了不同装配方式的仿贝壳珍珠层复合材料,开展了准静态拉伸实验,结合扫描电镜观察,分析了其拉伸力学性能、断裂及能量耗散机理。研究结果表明,保持胞元边长不变,随着面内装配角度增加,仿贝壳珍珠层复合材料的强度呈线性增加趋势,断裂应变呈线性减小的趋势;随着面外装配角度增大,断裂应变呈线性减小趋势,而强度在面外装配角小于45°时呈增强趋势,超过45°时趋于稳定;面外装配角度为45°时,材料的强度达到最大值。试样在断裂前主要通过硬质材料的拔出、软/硬相界面处微裂纹的生成及微裂纹在扩展过程中的合并和偏转等方式耗散能量。     

应变对单层砷烯结构拉曼散射的影响

应用密度泛函理论对应变下的单层砷烯拉曼光谱的变化进行研究.由于材料的结构对称性较低，由外部应力诱发的形变不仅可以造成拉曼模式分裂，还可以引发拉曼模式偏移.计算表明：拉曼峰位的变化与应变正相关，建立了应变与峰位移动间的定量关系，为在实验中识别砷烯结构的应变提供依据.     

硫钒铜矿化合物电子结构和电致变色特性的第一原理研究

基于密度泛函的第一原理赝势平面波方法,计算晶体结构、电子结构和光学性质,研究硫钒铜矿化合物Cu₃VS₄、Cu₃NbS₄和Cu₃TaS₄的电子输运及电致变色特性,探讨作为透明半导体材料应用于太阳能电池和电致变色器件的可能性.电子结构的计算表明这类化合物是间接带隙半导体,其电子能带的导带底和价带顶分别位于布里渊区的X点和R点.价带顶的电子本征态主要来自于Cu原子的d电子轨道,而导带底电子态主要来源于VB族元素原子的d电子轨道.能带结构、电荷布居分析、电子局域化函数和光吸收及反射谱的计算表明这些硫钒铜矿化合物属于极性共价半导体,具有较高的电荷迁移率和优良的电致变色特性,可应用于高效电致变色器件.     

磁光平面波导的单向传播特性

表面磁等离子体(surfacemagnetoplasmons,SMPs)是一种在电介质和偏置磁场作用下磁光材料界面处传播的近场电磁波.其独特的非互易传播特性引起了大量科研工作的关注,但在具体的波导结构设计上仍存在很多问题.本文研究了一种银-硅-磁光材料的3层平面波导结构,SMPs在磁光材料和硅的界面处传播,发现在特定的频率范围内,SMPs的基模及高阶模式均具有正向或反向的单向传播特性.分别计算了旋磁与旋电材料平面波导的色散方程,研究了硅层厚度与外加磁场对能带结构及SMPs单向传播区域的影响,发现无论是旋磁或旋电材料的结构,硅层厚度的增加使高阶模式使高阶模式出现在更低的频率位置,使单向传输带宽变小甚至消失,外加磁场的变大使磁光材料的能带结构频率增大的同时带隙中也引入了高阶模式.计算了2种磁光材料平面波导的正向和反向的单向传播带宽宽度,发现旋磁材料YIG的单向SMPs模式出现在GHz波段,最大单向带宽可达到2.45 GHz;旋电材料InSb的单向SMPs模式出现在THz波段,最大单向带宽达到3.9 THz.     

基于超构材料的Cherenkov辐射

Cherenkov辐射(Cherenkov radiation, CR)是自由电子速度超过介质中光速时产生的电磁辐射,其在粒子探测、生物医学、电磁辐射源等领域具有重要的应用价值.近年来,人们发现由不同材料和结构组成的超构材料具有新奇的力学、声学和光学特性.电磁波在超构材料中的传播、耦合和辐射可以具有与传统材料完全不同的奇特性质.将传统真空电子学与微纳光电子学结合,探索自由电子与超构材料的相互作用,成为近期不少研究者关注的热点之一.超构材料的引入打破了传统材料和结构中电磁学规律的限制,自由电子在其中产生的辐射以及与辐射的相互作用表现出许多新现象和新效应.本文首先回顾了CR的基本概念和辐射原理,在此基础上介绍了自由电子与双曲超材料、负折射率材料、高Q值超材料以及超表面相互作用产生辐射的相关工作,重点阐述在这些不同功能的超构材料中产生CR的机理及其特性,涉及的工作包括无阈值CR、反向CR、受激CR以及辐射偏振和相位的调控.自由电子与各种新型超构材料相互作用的研究和发展,为实现新型高效的集成化自由电子器件提供了新的途径.     

激光切割脆性材料的温度场模拟

激光切割脆性材料是一个复杂的光致热过程。在综合考虑材料的热物性参数、初始条件及边界条件的情况下,运用Ansys软件建立了激光切割脆性材料温度场的三维有限元模型。采用APDL语言实现了对热流密度的高斯分布和强制对流换热及移动激光热源的模拟。通过设置不同的激光切割参数,对温度场的变化进行了模拟分析。所建立的温度场模拟系统可以对实际激光切割脆性材料的热过程进行前期预测,并能对激光切割参数的选择进行一定的优化,以减少实际切割的盲目性。     

用于氢原子1S-2S光谱研究的超窄线宽243nm半导体激光

近年来,随着激光稳频技术的发展,人们可以把972nm的外腔半导体激光器产生的激光进行放大和四倍频,并将它锁定到超稳定的光学法布里-珀罗腔上,从而可以获得Hz量级超窄线宽的243nm激光,使其成为研究氢原子1S-2S双光子跃迁的有力工具.文章主要介绍了超稳腔、四倍频243nm半导体激光器的研究进展及在氢原子1S-2S双光子跃迁精密光谱研究中的应用.     

端部周期加热下管内气温奇异分布的实验研究

设计搭建了端部周期加热时管内气体热声对流的实验平台,对端部周期加热引起的气体热声对流作用下管内气体的温度分布进行了实验研究。该实验以氩气为工质,利用三极管控制加热电路实现周期性加热;测量了不同加热频率下管内的气体温度,并与常热流加热时的温度分布进行对比,结果表明端部周期加热时管内气体的温度分布与同功率下常热流加热时存在明显的差异,并且在某些测点出现了温度的奇异分布。本实验验证了超温现象的存在,为管内气体热声对流现象的进一步研究奠定了基础。     

聚变堆高热流部件超汽化换热实验研究

搭建了常压水超汽化实验回路(HVL-Ⅰ),采用平面激光诱导荧光(PLIF)、高速摄影、微距摄影、粒子成像测速(PIV)等先进测量技术,开展聚变堆面对等离子体部件(第一壁、偏滤器)在高热流过冷沸腾工况下强化换热特性实验研究。选择三角形和矩形翅片的铬锆铜超汽化样件,实验工况为常压室温(296K),若丹明B 水溶液流速 0.3～0.5m•s⁻¹ 连续可调,热流密度～5MW•m⁻²。实验结果表明同等工况下,矩形翅片比三角形翅片换热效果显著增强,性能提升约30%～50%。微距摄影显示翅根涡流形态保持时间越短,越有利于小汽泡充分扩散,从而使换热得到强化。