一种表面具有纳米孔穴的聚合物绝缘子

绝缘体表面结构和微观形貌对提高器件真空闪络特性有重要影响。首次提出了表面具有均匀分布纳米级空穴聚合物绝缘子的化学制备方法。通过本体聚合制备纳米级二氧化硅颗粒均匀分布的交联聚苯乙烯复合材料,机械加工成聚合物绝缘子后,采用氢氟酸化学腐蚀的方法将绝缘子表面氧化物颗粒去除。采用透射电子显微镜、表面电阻率和短脉冲高压测试平台分别对处理前后绝缘子的表面形貌和绝缘等性能进行了表征,结果表明:处理后的交联聚苯乙烯复合材料绝缘子的表面形成了20~50 nm直径的空穴,空穴的大小和数量分布分别由二氧化硅颗粒的粒径和加入量控制。这种具有特殊表面结构的新型绝缘子的沿面闪络电压较纯交联聚苯乙烯绝缘子提高了15%~20%,并保持了较好的力学及加工性能。研究方法和实验结果对聚合物绝缘子的表面结构设计及高性能绝缘子的研制提供了一种新的途径。     

介质阻挡放电中超四边斑图沿面放电的光谱研究

利用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体中,首次观察到了超四边斑图沿面放电,它是由中心点和暗点组成的。通过观察普通相机的斑图照片,可以发现中心点位于周围四个暗点的中心处。利用高速录像机对斑图进行短曝光拍摄,观察发现中心点对应体放电,暗点对应沿面放电,暗点由这些沿面放电形成。中心点和暗点的亮度有所不同,这说明中心点和暗点的等离子体状态可能不同。采用发射光谱法,研究了超四边斑图沿面放电的的中心点和暗点的等离子体参量随氩气含量的变化趋势。利用氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)发射谱线,计算得出了中心点和暗点的分子振动温度; 然后通过氩原子696.57 nm (2P₂→1S₅)谱线的展宽,研究了中心点和暗点的电子密度。实验结果表明： 在相同氩气含量下,暗点的分子振动温度和电子密度均高于中心点的相应等离子体参量; 在其他实验条件不变的情况下,随着氩气含量从90%增大到99.9%,中心点和暗点的分子振动温度和电子密度均逐渐增大。结果表明中心点和暗点的等离子状态不同,说明二者的放电机制可能不同。     

注入电流引起质子轰击VCSEL中的模式竞争

为了分析质子轰击垂直腔面发射激光器（VCSEL）中注入电流引起的激光模式竞争过程,在三维空间中对VCSEL激射后光电热进行了研究。给出仿真光电热的方程之后,在室温连续工作条件下,对电流孔半径r为4μm、阈值电流I_th为4.5mA的VCSEL进行自洽求解。当注入电流I_in分别为5.0,5.5,6.0mA时,得到了对应的外加电压和输出光功率,并绘制了VCSEL的电势、注入电流、载流子、光场和热场的空间分布,给出了连续工作下输出光功率随注入电流变化的曲线。仿真结果表明：随着注入VCSEL中的电流增加,电流密度增大,激光的横向基模和横向一阶模式同时增强。横向一阶模式增加的强度及扩展的范围大于横向基模,激光输出能量逐渐向横向一阶模式过渡,横向模式竞争的同时产生载流子空间烧孔,因此在电流孔半径r≥μm的VCSEL中,连续工作激光模式不稳定。

     

响应面方法的硅刻蚀工艺优化分析（英）

利用响应面分析方法优化了用于压力传感器硅敏感芯体的刻蚀操作条件。主要考虑了温度、KOH浓度和腐蚀时间三个操作参数,将它们的范围分别设定为40~60 ℃,0.4~0.48 mol/L 和 5~12.5 h,并设定各向异性腐蚀速率为响应值。通过建立二次方模型,分析这些参数的单独影响以及多个操作条件之间对腐蚀速率的相互交叠作用。分析结果表明：模型可以精确预测99%的响应值,相比于腐蚀时间,溶液浓度和工作温度对刻蚀速率的影响更为明显。     

百纳秒脉冲下绝缘材料沿面闪络特性

为研究百纳秒脉冲下两种典型的绝缘材料（尼龙和有机玻璃）在气体中的沿面闪络特性,设计了百纳秒脉冲沿面闪络实验平台。通过实验研究了绝缘材料的闪络电压随气体气压、闪络距离、等物理因素的变化规律,实验表明：闪络电压随着气压的增加而增加,但是闪络场强随着闪络间距的增加而降低;在相同条件下,有机玻璃的闪络电压比尼龙高。同时通过沿面闪络实验,得到在百纳秒脉冲下不同气压、不同闪络间距的闪络电压值。     

大面积微通道板（MCP）电子清刷测试系统设计

电子清刷是提升MCP性能的有效手段,鉴于目前国内的清刷测试系统只适用于直径30 mm以下的MCP,设计了一套4工位大面积MCP（500 mm100 mm）的清刷测试系统。该系统4个工位均可实现对大面积MCP的电子清刷,且其中一个工位兼具测试功能,可以测试清刷前后MCP的参数变化,清刷测试工位可实现相互转换。通过均匀紫外光照射金阴极产生均匀电子再经标准MCP（105 mm）倍增后得到用于清刷的可调均匀电子束。多次抽真空、检漏、及对该系统的烘烤处理使该系统达到真空度510-4 Pa的时间小于45 min,且极限真空度优于510-5 Pa,完全满足了清刷测试的指标要求。针对负载对该真空系统抽真空难度带来的影响,定义了负载影响因子K,并在实验过程中对K值作了量化计算（K值在0.35~1.57范围内）,揭示了K值与该系统抽真空难度存在的正比例关系。     

HS+HO2气相反应机理及主通道速率常数的理论研究

采用CCSD(T)/6-311++G(3df, 2pd)//B3LYP/6-311+G(2df, 2p)双水平计算方法构建了HO₂+HS反应体系的单、三重态反应势能面,并对该反应主通道的速率常数进行了研究。研究结果表明,标题反应经历了八条反应通道,其中三重态反应通道R1是标题反应主通道。此通道包含路径Path 1 (R → ³IM1 → ³TS1 → P1(³O₂+H₂S))和Path 1a (R → ³IM1a → ³TS1a → P1(³O₂+H₂S))两条路径。利用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)并结合小曲率隧道效应模型(SCT),分别计算了主路径Path 1和Path 1a在200-800 K温度范围内的速率常数k^TST、k^CVT和k^CVT/SCT,在此温度区间内路径Path 1和Path 1a具有负温度系数效应。速率常数计算结果显示,对主路径Path 1和Path 1a而言,变分效应在计算温度段内有一定影响,与此同时量子力学隧道效应在低温段有显著影响。路径Path 1和Path 1a的CVT/SCT速率常数的三参数表达式分别为k₁^CVT/SCT(200-800 K) = 1.54×10^-5T^-2.70exp(1154/T) cm³ ·molecule^-1·s^-1和k_1a^CVT/SCT(200-800 K) = 5.82×10^-8T^-1.84exp(1388/T) cm³·molecule^-1·s^-1。     

In-Au(111)和Ir-Au(111)合金表面的性质及其对巴豆醛的吸附比较

采用密度泛函理论研究了M（M=In,Ir）原子修饰的M-Au（111）合金表面的稳定性,并选其最优模型探讨了合金表面的活性及其对巴豆醛的吸附。合金的几何构型、形成能和结合能等性质表明,In-Au（111）面的稳定性随In原子的间距增大而提高,Ir-Au（111）面的稳定性随Ir原子的间距增大而降低。对于巴豆醛在MAu（111）面上的吸附,当其通过C＝O吸附于合金表面的Top_M位时,吸附能最大,吸附构型最稳定。从巴豆醛的结构变化、态密度、差分电荷密度以及Mulliken电荷布居等分析可以看出,稳定吸附构型的巴豆醛分子形变较大,电荷转移明显。其中,位于-7.04 eV至费米能级处的p、d轨道杂化,对体系的吸附具有重要贡献。分析比较In-Au（111）面与Ir-Au（111）面,发现后者的配体效应更佳,不仅具有更高的稳定性和活性,而且对于巴豆醛具有更强的吸附力。此外,相比于改性前的Au（111）面,M原子的修饰明显提升了金属表面的稳定性及吸附能力。     

响应面法优化萃取条件用于高效液相色谱分析饮用水中痕量邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯及其迁移规律

应用响应面法辅助分析塑料瓶装饮用水中邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）的迁移,建立了一种快速、简便、环保的痕量塑化剂类污染物检测方法。在盐析作用下,使用正己烷涡旋萃取,经氮气浓缩后进行高效液相色谱-紫外检测。响应面最优分析法考察了盐量、涡旋时间和萃取液体积3个因素作为萃取条件对DEHP回收率的影响,得到最佳萃取条件：盐量为16 g/L、涡旋时间为90 s、萃取液体积为5.28 mL。在此实验条件下,DEHP的最大理论回收率为92.91%,实验验证值为92.97%,与理论值相差0.06%。本方法检出限为0.006 mg/L,满足中国国家标准规定的生活饮用水安全标准要求（0.008 mg/L）,在0.01~15 mg/L范围内线性关系良好（相关系数R=0.9996）。选取常见市售饮用水样品进行分析,研究了塑料包装饮用水中痕量DEHP迁移的规律。与传统的优化方法相比,响应面模型分析法综合考虑了各因素的影响,而且更加简便、低成本、对环境友好,是实现样品中微痕量污染物精准检测的重要辅助手段。     

钝体射流火焰及其点火过程的大涡模拟

钝体燃烧器广泛应用于航空发动机、燃气轮机、锅炉等设备的燃烧室中.对其点火过程的了解和控制直接关系到设备的安全运行和污染物排放等重要问题.我们采用基于火焰面/过程变量燃烧模型的大涡模拟方法对湍流非预混钝体射流火焰及其点火过程进行了详细的数值模拟.以Sydney钝体燃烧器的无反应射流和有反应甲烷/氢气(CH_4/H_2)火焰为研究对象,首先通过统计平均的数值结果与实验测量及文献数据的对比,全面检验了所用数值方法和燃烧模型;随后,详细展示了钝体燃烧器点火和火焰发展的瞬态过程;最后,对钝体射流的点火过程进行了细致的分析和表征.根据温度峰值、羟基(OH)质量分数和甲醛(CH_2O)质量分数峰值随时间的变化表征了强制点火过程的4个阶段:点火源衰减、点火触发、点火核生成和点火成功.其中,点火核驻留的空间位置位于钝体燃烧器冷态流场外侧涡的尾部回流区域附近.