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Reduction in thermal conductivity of monolayer WS_(2) caused by substrate effect

Nano Research 2022年第10期15卷 9578-9587页

作者： Yufeng Zhang Qian Lv aoran fan Lingxiao Yu Haidong Wang Weigang Ma Ruitao Lv Xing Zhang Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education Department of Engineering MechanicsTsinghua UniversityBeijing 100084China State Key Laboratory of New Ceramics and Fine Processing School of Materials Science and EngineeringTsinghua UniversityBeijing 100084China Key Laboratory of Advanced Materials(MOE) School of Materials Science and EngineeringTsinghua UniversityBeijing 100084China

Understanding the substrate and temperature effect on thermal transport properties of transition metal dichalcogenides(TMDs)monolayers are crucial for their future applications.Herein,a dual-wavelength flash Raman(DF-Raman)method is used to measure the thermal conductivity of monolayer WS_(2) at a temperature range of 200–400 K.High measurement accuracy can be guaranteed in this method since the influence of both the laser absorption coefficient and temperature-Raman coefficient can be eliminated through normalization.The room-temperature thermal conductivity of suspended and supported WS_(2) are 28.5±2.1(30.3±2.0)and 15.4±1.9(16.9±2.1)W/(m·K),respectively,with a~50%reduction due to substrate effect.Molecular dynamics(MD)simulations reveal that the suppression of acoustic phonons is mainly responsible for the striking reduction.The behaviors of optical phonons are also unambiguously investigated using Raman spectroscopy,and the in-plane optical mode,E(Γ),is surprisingly found to be slightly enhanced while out-of-plane mode,A1g(Γ),is suppressed due to substrate interaction,mutually verified with MD results.Our study provides a solid understanding of the phonon transport behavior of WS_(2) with substrate interaction,which provides guidance for TMDs-based nanodevices.

关键词： monolayer WS_(2),thermal conductivity,substrate effect,temperature effect,dual-wavelength flash Raman(DF-Raman)method

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Dual-wavelength flash Raman mapping method for measuring thermal diffusivity of the suspended nanowire

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Science China(Technological Sciences) 2020年第5期63卷 748-754页

作者： HU YuDong fan aoran WANG HaiDong MA WeiGang ZHANG Xing Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education Department of Engineering MechanicsTsinghua UniversityBeijing 100084China

In this paper,we present a dual-wavelength flash Raman(DFR)mapping method for measuring the thermal diffusivity of a suspended nanowire.A heating pulse is used to heat the nanowire sample,and a probing pulse of different wavelength is used to measure the increase in temperature.The laser absorption coefficient can be eliminated by normalization,and the thermal diffusivity of the sample can be extracted from the normalized temperature increase.An infinite heat conduction model is used in this method to avoid the influence of boundary thermal resistance.By changing the position of the probing laser center,the measurement sensitivity of thermal diffusivity can be further improved.The position of maximum sensitivity is influenced by the thermal diffusivity of the nanowire,width of the heating pulse,radius of the heating laser spot,and characteristic length of the sample.To comprehensively analyze the influences of the various parameters,obtain the best measurement conditions,and attain maximum sensitivity,we propose a dimensionless physical model to analyze the heat conduction of the suspended nanowire.Based on the analysis of the best dimensionless parameters,the corresponding appropriate measurement conditions can be determined.Sensitivity analysis shows that when the radius of the heating laser spot is 1%of the length of the nanowire,the sensitivity of the DFR mapping method can be more than four times that of the concentric DFR method for measuring the thermal diffusivity of the nanowire.

关键词： DFR mapping method thermal diffusivity nanowire dimensionless analysis

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Dual-Wavelength Laser Flash Raman Spectroscopy Method for In-Situ Measurements of the Thermal Diffusivity: Principle and Experimental Verification

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Journal of Thermal Science 2019年第2期28卷 159-168页

作者： fan aoran HU Yudong MA Weigang WANG Haidong ZHANG Xing Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education Department of Engineering Mechanics Tsinghua University

This paper presents an in-situ, non-contact, non-destructive "dual-wavelength laser flash Raman spectroscopy method" for measuring the thermal diffusivity. In this method, a heating pulse is used to heat the sample and another pulsed laser with a different wavelength and negligible heating effect is used as a probe to measure the sample temperature changes during the heating and cooling periods from the Raman peak shifts. The sample temperature rise and fall curves are measured by changing the delay between the heating pulse and the probing pulse with the thermal diffusivity then characterized by fitting the temperature curves. The time delay between the heating and probing pulses can be precisely controlled with a minimum step of 100 ps. Hence, the temperature variation can be scanned with an ultra-high temporal resolution of up to 100 ps, which significantly improves the measurement accuracy of transient thermal parameters. The measurement accuracy of this method has been verified using a bulk material model and experiments. The measured thermal diffusivity of a silicon sample has been obtained to be 8.8×10^(-5 )m^2/s with a 3% difference between the measured value and the average result for bulk silicon in the literature which verifies the reliability and accuracy of this method.

关键词： dual-wavelength laser flash Raman spectroscopy method thermal diffusivity Raman spectroscopy nanomaterials bulk materials

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纳米材料固-固界面热输运机理研究进展与展望

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工程热物理学报 2022年第7期43卷 1711-1735页

作者：樊傲然马维刚王海东张兴清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

纳米材料具有广泛的应用前景,准确表征纳米材料的热输运性能则是其投入实际使用的前提。然而,纳米尺度热输运显著受到界面影响:界面热阻直接影响纳米材料与基底之间的换热性能;固–固界面又进一步影响纳米材料自身的热传递特性。为了更... 详细信息

纳米材料具有广泛的应用前景,准确表征纳米材料的热输运性能则是其投入实际使用的前提。然而,纳米尺度热输运显著受到界面影响:界面热阻直接影响纳米材料与基底之间的换热性能;固–固界面又进一步影响纳米材料自身的热传递特性。为了更好地揭示纳米材料固–固界面热输运机理,本文总结了纳米材料固–固界面的理论及实验研究方法,系统阐述了适用于界面特性原位检测的拉曼光谱法的发展历程,整理了基于拉曼光谱法获得的零维、一维、二维固–固界面特性,进一步结合理论模拟方法,归纳了零维、一维和二维固–固界面对纳米材料热输运的影响机理,并基于高频功率器件中纳米材料的应用场景,指出时、空跨尺度耦合复杂条件下纳米材料固–固界面热输运新机理是未来的重要研究方向。

关键词：界面效应纳米材料界面热阻拉曼光谱法

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基于集合经验模态分解和优化支持向量机的风速预测模型

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黑龙江电力 2023年第5期45卷 402-406页

作者：闫帆李傲燃云南大学昆明650504

针对风速序列在时序上的间歇性、波动性等特征,提出一种基于集合经验模态分解方法和粒子群优化算法优化支持向量机的组合型短期风速预测方法。采用分解算法进行扩展集成,采用组合-合作型预测模型实现各分量的准确预测,再将其进行重构得... 详细信息

针对风速序列在时序上的间歇性、波动性等特征,提出一种基于集合经验模态分解方法和粒子群优化算法优化支持向量机的组合型短期风速预测方法。采用分解算法进行扩展集成,采用组合-合作型预测模型实现各分量的准确预测,再将其进行重构得到最终预测结果。通过对中国北方某风电场的风速数据进行实例验证,证明了该模型能克服单一预测模型预测精度不高的问题,并拥有较优的泛化性能。

关键词：风力发电风速预测集合经验模态分解支持向量机粒子群算法

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上牙槽前神经管及其副管形态特征的锥形束CT研究

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口腔医学 2023年第10期43卷 903-909页

作者：程傲然王珏范亚伟山西医科大学口腔医学院·口腔医院山西太原030001 山西医科大学第一医院口腔修复科山西太原030001 山西医科大学第一医院口腔颌面外科山西太原030001

目的上牙槽前神经管(canalis sinuosus,CS)是从眶下神经管延伸至上颌骨前部的骨管,内含有上牙槽前神经血管束,CS在上颌骨前部出现的解剖变异分支称为副管(accessory canals,ACs)。准确识别CS及其ACs可以降低上颌前部手术时神经血管并发... 详细信息

目的上牙槽前神经管(canalis sinuosus,CS)是从眶下神经管延伸至上颌骨前部的骨管,内含有上牙槽前神经血管束,CS在上颌骨前部出现的解剖变异分支称为副管(accessory canals,ACs)。准确识别CS及其ACs可以降低上颌前部手术时神经血管并发症发生的可能性,改善预后。本研究的目的是评估CS及其ACs的主要形态学和形态计量学特征,以便为种植手术提供解剖学指导。方法收集2021年6月—2022年6月至山西医科大学第一医院口腔科就诊的336例患者的锥形束CT(cone beam computed tomography,CBCT)数据,利用NNT viewer软件测量CS及其ACs的形态计量学特征,根据性别、年龄和鼻腭管(nasopalatine canal,NPC)类型分组进行统计学分析。结果CBCT测量分析显示ACs发生率为46.73%(157/336),ACs多呈双侧分布,垂直走行,侧切牙(51.77%)和中切牙(22.70%)的腭侧是ACs分布的主要区域。CS距中切牙根尖距离与年龄之间存在显著的线性相关性(R2=0.353,P<0.001)。圆柱型NPC患者的CS直径明显大于香蕉型(P<0.05)、沙漏型(P<0.01)和漏斗型(P<0.01)NPC的患者。沙漏型NPC患者与香蕉型NPC患者对比,CS距中切牙根尖距离的差异有统计学意义(P<0.05)。结论本研究结果表明,ACs在山西人群上颌骨前部有很高的发生率,NPC类型对CS及其ACs的形态计量学特征有显著影响。根据这项研究的结果,同时评估CS及其ACs和NPC是合理的,并有助于预防种植手术过程中的并发症,临床医师在术前应更加仔细评估风险并采取合适的预防措施。

关键词：上颌前牙美学区牙种植体上牙槽前神经上牙槽前神经管锥形束CT

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一种测量单个纳米颗粒比热的焦耳加热-针尖增强拉曼闪光法

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科学通报 2018年第27期63卷 2896-2903页

作者：樊傲然李秦宜马维刚张兴清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 Department of Aeronautics and Astronautics Kyushu UniversityNishi-kuFukuoka 819-0395Japan

纳米颗粒在复合材料及纳米器件中有广泛的应用,研究单个纳米颗粒的性能对纳米科技的发展有至关重要的作用.然而,受限于传统测量方法的空间分辨率,目前尚未报道有效的测量单个纳米颗粒热物性的方法.本文利用焦耳加热和针尖增强拉曼闪光法... 详细信息

纳米颗粒在复合材料及纳米器件中有广泛的应用,研究单个纳米颗粒的性能对纳米科技的发展有至关重要的作用.然而,受限于传统测量方法的空间分辨率,目前尚未报道有效的测量单个纳米颗粒热物性的方法.本文利用焦耳加热和针尖增强拉曼闪光法,设计了一种测量单个纳米颗粒比热的方法.将单个纳米颗粒放置在基底上,使用镀铂的探针作为加热器和温度探测器,探针接触纳米颗粒,通过稳态方法测量抽真空前后探针在同一温度下不同的发热量,即可通过比较求得纳米颗粒的对流换热系数;通过针尖增强拉曼散射方法,使用激光加热纳米颗粒,可获得纳米颗粒温度随时间变化曲线,结合稳态方法测定的对流换热系数,即可测定纳米颗粒的比热容和激光吸收率.分析可知,1 ns左右的激光脉冲分辨率即可满足常规状况下直径为100 nm的纳米颗粒比热的测量要求.

关键词：纳米颗粒测量方法比热拉曼闪光法

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双波长闪光拉曼热扩散率测量系统研发及应用

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清华大学学报（自然科学版） 2021年第12期61卷 1379-1388页

作者：樊傲然马维刚王海东张兴清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

纳米材料热传递特性的高精度原位测量,是传热学研究中亟待解决的关键问题。拉曼光谱法是目前最理想的纳米尺度非接触式原位测量方法之一,但现有的瞬态拉曼光谱法时间、空间分辨率较低,显著影响了测量精度。该文研发了时间分辨率可达100... 详细信息

纳米材料热传递特性的高精度原位测量,是传热学研究中亟待解决的关键问题。拉曼光谱法是目前最理想的纳米尺度非接触式原位测量方法之一,但现有的瞬态拉曼光谱法时间、空间分辨率较低,显著影响了测量精度。该文研发了时间分辨率可达100 ps、空间分辨率可达100 nm的双波长闪光拉曼测量系统:搭建一束较强的脉冲激光加热样品,使用另一束波长不同的、无加热效应的脉冲激光作为探测光,激发待测样品和基底的拉曼光谱,借助拉曼峰位偏移同时测定样品和基底温度。通过调整探测脉冲和加热脉冲之间的时间差,可高时间分辨率地获得样品和基底的温度变化曲线,进而测定纳米材料热扩散率。通过改变探测激光与加热激光的光斑中心距,可高空间分辨率地获得样品温度空间分布,从而进一步提高瞬态测量灵敏度,并可实现对有基底支撑纳米材料与基底之间接触热导的测量。基于上述测量系统,该文测量了有基底支撑双层石墨烯的热传递特性,并与文献结果进行了对比,分析说明了此系统的测量优势。

关键词：双波长闪光拉曼测量系统热扩散率接触热导纳米材料石墨烯

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D-柠檬烯对精索静脉曲张大鼠生精功能的保护作用

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中华实验外科杂志 2021年第9期38卷 1741-1743页

作者：刘傲然程帆宁金卓聂载辉何凯翔武汉大学人民医院泌尿外科 430060

目的探讨D-柠檬烯对精索静脉曲张(VC)大鼠生精功能的保护作用。方法雄性SD大鼠40只随机分为4组,假手术组(A组),假手术+D-柠檬烯组(B组),VC组(C组),VC+D柠檬烯组(D组)。C、D组行左肾静脉缩窄术建立VC大鼠模型,B、D组术后每日腹腔注射D-... 详细信息

目的探讨D-柠檬烯对精索静脉曲张(VC)大鼠生精功能的保护作用。方法雄性SD大鼠40只随机分为4组,假手术组(A组),假手术+D-柠檬烯组(B组),VC组(C组),VC+D柠檬烯组(D组)。C、D组行左肾静脉缩窄术建立VC大鼠模型,B、D组术后每日腹腔注射D-柠檬烯200 mg/kg,A、C组注射等量生理盐水,4周后取左侧睾丸检测。苏木精-伊红(HE)染色,观察睾丸组织形态变化;分光光度法检测超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)含量;采用原位缺口末端标记法(TUNEL)检测生精细胞凋亡指数;免疫组织化学和蛋白质印迹法(Western blot)检测B细胞淋巴瘤/白血病相关X蛋白(bax)、B细胞淋巴瘤/白血病-2蛋白(bcl-2)、半胱氨酰天冬氨酸特异性蛋白酶(Caspase)-3的表达水平;组间比较采用t检验。结果 A、B组大鼠睾丸未见明显组织学变化,C组可见明显病理损伤,D组较C组损伤明显改善;C组SOD含量(0.23±0.03)显著低于A组(0.79±0.04)(t=22.183,P<0.05),D组SOD含量(0.51±0.03)高于C组(t=13.123,P<0.05),C组MDA含量(5.59±0.39)显著高于A组(1.30±0.12,t=18.386,P<0.05),D组MDA含量(3.89±0.20)低于C组(t=6.734,P<0.05);C组凋亡(32.43±3.88)明显高于A组(2.41±0.67,t=17.045,P<0.05),D组凋亡细胞(17.12±2.66)低于C组(t=7.273,P<0.05);免疫组织化学和Western blot结果显示,C组的bax和Caspase-3蛋白表达量明显高于A组(1.179±0.070、0.469±0.220比0.453±0.043、0.143±0.017,t=15.157、20.431,P值均<0.05),bcl-2蛋白表达量低于A组(0.476±0.021比1.148±0.084,t=13.414,P<0.05);D组的的bax和Caspase-3蛋白表达量明显少于C组(0.689±0.054、0.282±0.031比1.179±0.070、0.469±0.220,t=9.540、8.442,P值均<0.05),bcl-2表达水平明显高于C组(0.794±0.033比0.476±0.021,t=14.222,P<0.05)。结论 D-柠檬烯可通过抗氧化和抗凋亡作用,对精索静脉曲张大鼠生精功能起保护作用。

关键词：精索静脉曲张氧化应激凋亡

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一种可自主折展电活性驱动元件的原理探究

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上海航天 2019年第4期36卷 115-122页

作者：杜聪聪付傲然吴海宇王皓崔凡王志国上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海航天设备制造总厂有限公司上海200245

微纳卫星因其灵活多变和低成本的优势,逐渐应用于太空侦察和气象遥感等领域。然而,尺度的缩减对卫星能量供给和结构提出新挑战,需配载功耗低、结构紧凑的驱动元件。基于此需求,提出一种基于离子型电活性聚吡咯材料(IEAP)的电活性驱动元... 详细信息

微纳卫星因其灵活多变和低成本的优势,逐渐应用于太空侦察和气象遥感等领域。然而,尺度的缩减对卫星能量供给和结构提出新挑战,需配载功耗低、结构紧凑的驱动元件。基于此需求,提出一种基于离子型电活性聚吡咯材料(IEAP)的电活性驱动元件。首先阐述该IEAP材料的电化学原理及制备工艺,IEAP通过化学能将电能转换机械能,驱动电压低(-0.5~0.5 V),电致动良好。然后依据热力学等效模型对参数进行标定后,设计试制单、双自由度机构,进行测试并与仿真进行比对分析。IEAP作为新型电致大变形材料,具有独特优势和广阔前景,例如可作为微纳卫星太阳帆自展开驱动元件,星载相机调焦驱动元件或用抓取微小太空矿物。

关键词：微纳卫星自主折展电活性驱动元件电致大变形热力学等效

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