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金属有机框架多面体微颗粒自组装超结构的设计策略

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材料科学与工程学报 2024年第2期42卷 179-185页

作者：陆游游杨士宽浙江大学材料科学与工程学院功能复合材料与结构研究所浙江杭州310027

周期性超结构通常具有优异的光学性能,在光子晶体学、催化、传感等领域具有重要意义。在此,采用了声悬浮法和点滴法来探索多维有序金属有机框架(MOF)超结构的组装策略,并建立了组装参数与超结构维度和有序性之间的关系。结果表明:声悬... 详细信息

周期性超结构通常具有优异的光学性能,在光子晶体学、催化、传感等领域具有重要意义。在此,采用了声悬浮法和点滴法来探索多维有序金属有机框架(MOF)超结构的组装策略,并建立了组装参数与超结构维度和有序性之间的关系。结果表明:声悬浮法对MOF颗粒分散液浓度和颗粒的单分散性包容性极强,适用于三维超结构的自组装;点滴法对MOF颗粒分散液浓度和颗粒的单分散性有较高的要求,能组装出大面积二维MOF单层膜。该研究为利用各向异性微粒组装多维超结构提供了新的策略。

关键词：自组装金属有机框架超结构声悬浮点滴法

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双内凹负泊松比超结构粘弹性阻尼隔振器研究

机械科学与技术 2024年

作者：李永乐伍章明潘殿坤宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室

为了隔离低频微幅振动，设计了一种粘弹性阻尼隔振器，其由双内凹负泊松比(Negative Poisson’s Ratio，NPR)薄片结构及其内部填充丁基橡胶阻尼材料构成。利用有限元方法分析了双内凹薄片的负泊松比效应和刚度，通过实验对丁基橡胶的超... 详细信息

为了隔离低频微幅振动，设计了一种粘弹性阻尼隔振器，其由双内凹负泊松比(Negative Poisson’s Ratio，NPR)薄片结构及其内部填充丁基橡胶阻尼材料构成。利用有限元方法分析了双内凹薄片的负泊松比效应和刚度，通过实验对丁基橡胶的超弹性和粘弹性特性进行了表征；建立有限元模型分析该负泊松比隔振器的静力学特性，自由振动和受迫振动等动态特性。结果显示，相较于弹簧-阻尼隔振器其共振峰值降低了92.8%，等效阻尼为1600Ns/m，并得到其内凹角度θ和薄片厚度t对振动传递率的影响。搭建了隔振实验测试平台，实验结果与理论和有限元结果吻合较好，从而验证了该隔振器的有效性。

关键词：隔振器粘弹性阻尼负泊松比超结构

基于全介质缺陷纳米四聚体超结构的高灵敏度折射率传感器

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聊城大学学报(自然科学版) 2024年

作者：孙庆贺范鑫烨房文敬曹爽爽王丹丹牛慧娟陶继方聊城大学物理科学与信息工程学院聊城工业互联网研究与应用重点实验室山东省光通信科学技术重点实验室中国科学院半导体研究所山东大学信息科学与工程学院

本文提出并研究了一种具有高灵敏度的全介质纳米四聚体超结构。该结构由位于SiO2衬底上的缺陷型圆柱周期性阵列排布而成。利用时域有限差分(FDTD)方法对非对称全介质超结构的透射谱和电磁场分布进行了数值分析。基于连续体中的束缚态(B... 详细信息

本文提出并研究了一种具有高灵敏度的全介质纳米四聚体超结构。该结构由位于SiO2衬底上的缺陷型圆柱周期性阵列排布而成。利用时域有限差分(FDTD)方法对非对称全介质超结构的透射谱和电磁场分布进行了数值分析。基于连续体中的束缚态(BIC)理论，通过引入了平面内圆柱型缺陷来打破对称性，在近红外波段激发了多重Fano共振，最大Q因子达到1 277，调制深度接近100%。结合电磁场分布特性，分析了五个Fano共振峰的共振模式，分别为TD(环形偶极子)、MQ(磁四极子)、MD(磁偶极子)、MDs和TD。仿真结果表明，该结构具有良好的传感性能，灵敏度为826 nm/RIU，品质因数(FOM)达到898 RIU-1。所提出的结构由于其高灵敏度和高Q因子，因此可广泛应用于环境传感、生物传感和非线性光学等领域。

关键词：全介质超结构高灵敏度 BIC

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强非线性弹性超结构设计与减振作用研究

天津理工大学学报 2024年

作者：路凯陈建恩王继康孙敏天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津城建大学理学院

设计出一种强非线性弹性超结构并以其为关键部件构造出吸振装置，试验研究了该吸振装置的减振效果。通过超慢速线性扫频试验获得了连接吸振装置前后的主振子时域响应，并通过定频简谐激励试验获得主振子的幅频响应曲线。结果表明，随着... 详细信息

设计出一种强非线性弹性超结构并以其为关键部件构造出吸振装置，试验研究了该吸振装置的减振效果。通过超慢速线性扫频试验获得了连接吸振装置前后的主振子时域响应，并通过定频简谐激励试验获得主振子的幅频响应曲线。结果表明，随着扫频激励加速度的增大吸振效果会逐渐增强，但是会引起额外共振峰，由于碰撞等因素，在低频处的响应加速度较高。然而，由幅频响应曲线可以看出，吸振装置较大程度地限制了主振子的位移。利用小波分析法研究了系统的频率特征，吸振装置会导致系统的频率成分改变，使能量在宽频带内扩散。借助波形分析了吸振装置的动力学行为，低频时主振子和质量块相位接近，而高频时两者相位几乎完全相反，并且在大加速度时系统呈现出准周期现象。

关键词：超结构吸振非线性振动试验

Ce掺杂SrMgF_(4)超结构多晶体的吸收/光致发光光谱

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无机材料学报 2022年第8期37卷 897-902页

作者：柳琪朱璨谢贵震王俊张东明邵刚勤武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070

稀土(RE)离子掺杂的钙钛矿型氟化物是可调谐光学材料的候选材料。本工作通过沉淀法合成了SrMgF_(4):xCe(x=0,0.007,0.013和0.035)粉末。X射线衍射(XRD)分析表明所获得的荧光粉具有单斜超结构,价态分析证实存在Ce^(3+)/Ce^(4+)混合价,在... 详细信息

稀土(RE)离子掺杂的钙钛矿型氟化物是可调谐光学材料的候选材料。本工作通过沉淀法合成了SrMgF_(4):xCe(x=0,0.007,0.013和0.035)粉末。X射线衍射(XRD)分析表明所获得的荧光粉具有单斜超结构,价态分析证实存在Ce^(3+)/Ce^(4+)混合价,在紫外光区通过不同波长的激发光观察到两个荧光带B和C。当Ce^(3+)多面体的对称性从高对称变为低对称时,源于单斜超结构的晶体场导致能级发生强烈的改变。

关键词： SrMgF_(4) 铈掺杂超结构钙钛矿光致发光

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手性力学超结构的本构建模

Acta Mechanica Sinica 2023年第1期39卷 179-198页

作者：张梁杜浩东余文斌 AnalySwift LLC West Lafayette IN 47906 USA School of Aeronautics and Astronautics Purdue University West Lafayette IN 47907-2045 USA

手性力学超结构是由合理设计的非对称单胞周期性排列组成的.手性超结构能展现出拉扭耦合等非手性超结构所不具备的奇异力学性质.本文旨在将结构基因力学(MSG)这一通用的异质结构本构建模方法应用于手性超结构.基于MSG的欧拉-伯努利梁、... 详细信息

手性力学超结构是由合理设计的非对称单胞周期性排列组成的.手性超结构能展现出拉扭耦合等非手性超结构所不具备的奇异力学性质.本文旨在将结构基因力学(MSG)这一通用的异质结构本构建模方法应用于手性超结构.基于MSG的欧拉-伯努利梁、基尔霍夫板、柯西连续介质模型被简要介绍并用于获得由手性立方单胞和/或缺肋单胞组成的一维(梁状)、二维(板状)、三维超结构的奇异性质.由缺肋单胞组成的三维超结构展现出尺寸无关剪切耦合而非一直以来被认为的拉胀性,且其剪切模量无法采用相框剪切试验直接测得.多种不同的梁状和板状超结构分别展现出拉扭、剪切、弯扭耦合等奇异性质.基于MSG的精细化数值实验可以降低超结构的制造、测试、仿真成本,指导实验数据分析,进而促进新型力学超结构的发现.

关键词：基尔霍夫超结构伯努利连续介质模型柯西周期性排列剪切模量单胞

纳米粒子自组装超结构的制备及基于构效关系的性能

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材料导报 2023年第17期37卷 95-106页

作者：秦肖雲邵文龙田宽姜利英罗聃郑州轻工业大学材料与化学工程学院郑州450002 郑州轻工业大学电气信息工程学院郑州450002 北京纳米能源与系统研究所北京101400 中国科学院大学纳米科学与技术学院北京100049

随着对纳米粒子形貌和尺寸的控制越来越成熟,由高度单分散的纳米粒子(粒径偏差不大于5%)自组装而成具有规则晶格结构的超结构成为可能,并受到越来越多的关注。纳米材料学家通过“人造块体”的概念来构建纳米粒子自组装超结构,以纳米粒... 详细信息

随着对纳米粒子形貌和尺寸的控制越来越成熟,由高度单分散的纳米粒子(粒径偏差不大于5%)自组装而成具有规则晶格结构的超结构成为可能,并受到越来越多的关注。纳米材料学家通过“人造块体”的概念来构建纳米粒子自组装超结构,以纳米粒子为“人造原子”,通过粒子间的相互作用力搭建具有不同堆积模式的超晶结构。作为一种“自下而上”构建材料的制备方法,纳米粒子的自组装技术可以实现材料器件的大面积制备。构效关系是自然界中广泛存在的一项基本原则,指的是物质的组成结构与其物理化学性能之间的关系。基于不同组装结构基元、不同堆积模式下的纳米粒子自组装超结构展现出区别于单分散纳米粒子和块体材料的特殊集体性能,在光学、电学、催化、生物医药等领域展现出广阔的应用前景。基于纳米粒子间的相互作用并充分利用外界环境,科研工作者们发展了一系列实现纳米粒子自组装的方法,从材料性能角度出发设计组装基元和堆积结构,构筑自组装超结构以实现功能定制化的集体性能。本文总结了纳米粒子自组装超结构的组装机理以及组装方法,并从构效关系入手,讨论了纳米粒子自组装超结构与材料的光学、电学、磁学、力学集体性能之间的联系,对近年来纳米粒子自组装超结构方面的研究进展进行了综述,重点论述了构效关系在纳米粒子自组装超结构中的体现。通过改变纳米粒子自组装超结构的组成元素和搭建结构,各类纳米制造技术可以调节纳米材料的物理化学性能,以适应各个应用领域的不同需求。

关键词：纳米粒子自组装超结构构效关系集体性能

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准零刚度柔性隔振超结构设计与仿真分析

哈尔滨工程大学学报 2022年第9期43卷 1258-1264页

作者：周佳豪潘洪斌蔡昌琦王凯周加喜湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙410082

针对如何有效抑制低频微振动问题,本文提出了一种可多层叠加的准零刚度柔性隔振超结构。基于柔性机构理论,利用形状优化方法设计了单层准零刚度柔性结构。基于大变形理论结合打靶法,分析了柔性结构的静力学特性,并利用有限元仿真进行了... 详细信息

针对如何有效抑制低频微振动问题,本文提出了一种可多层叠加的准零刚度柔性隔振超结构。基于柔性机构理论,利用形状优化方法设计了单层准零刚度柔性结构。基于大变形理论结合打靶法,分析了柔性结构的静力学特性,并利用有限元仿真进行了验证。将单层隔振结构进行堆叠,构造了多层准零刚度柔性隔振系统,建立了其有限元模型和多自由度简化模型,研究了其隔振特性,并讨论了阻尼和层数对隔振性能的影响。结果表明:在有效隔振频率区间,随着层数增加,起始隔振频率向低频移动,隔振效果得到明显提升。

关键词：准零刚度超结构多层隔振低频微振动柔性结构一体化设计形状优化

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基于螺旋超材料的定向声传感装置的设计

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第8期57卷 877-889页

作者：李想李健李昱霖赵云峰郑健峰黄新敬天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072 国家管网集团北方管道有限责任公司廊坊065000

传统定向声传感装置往往依赖于内部电路设计或多传感器复杂算法的方式压制特定方向的环境噪声以提高信号信噪比,其具有较大的体积,并且很难改变指向特性,影响了在实际场景中的使用效果与普适性.基于螺旋超材料设计了一种可重配置的声学... 详细信息

传统定向声传感装置往往依赖于内部电路设计或多传感器复杂算法的方式压制特定方向的环境噪声以提高信号信噪比,其具有较大的体积,并且很难改变指向特性,影响了在实际场景中的使用效果与普适性.基于螺旋超材料设计了一种可重配置的声学传感装置,通过超单元的精巧设计与超结构的应用赋予了单麦克风声学系统良好的定向传感和频率筛选特性.该装置采用单叶片螺旋超单元实现独特频率和方向响应特性.根据声路与等效介质转换理论,螺旋超材料具有周期性峰谷变化的频响特性.通过对螺距的调整,在基频和倍频频段内设计出具有特定频率特性的超单元,可控波长可达到自身长度的15倍.通过有限元仿真以及四传感器透射系数测量系统对超单元的频率透射特性进行了研究和测试,实验结果证明了其峰值频率响应与理论模型相一致.进一步,依据尺寸模型和多模型敏感角度分析,提出了一套超结构的设计方案与实现方法,并且具体制造了一种八角柱形超结构.分析了其中心测点处的声压变化与内外声压场,结果表明:在结构插槽内放入不同峰值频率的超单元,将改变整个超结构的敏感频率;重新排布超单元的排布顺序,将实现超结构指向性的重构.采用自动旋转实验平台对超结构的指向性进行验证,实验结果证明了超结构的定向传感性与仿真结果相一致,并能够通过单元分布的简单重配置实现不同的定向声传感装置.本文提出的设计方法为构建高信噪比的可调定向声采集设备提供了新的可借鉴思路.

关键词：声学指向性声学传感超材料超结构