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基于ZnO纳米线的圆柱形微纳米跨尺度结构的制备与表征

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高等学校化学学报 2013年第7期34卷 1585-1590页

作者：景蔚萱牛玲玲王兵陈路加齐含周帆蒋庄德西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

基于水浴法在光纤纤芯上合成了ZnO纳米线,得到了圆柱形微纳米跨尺度结构.将纳米级的随机粗糙表面叠加到微米级的圆柱形基底上,实现了对圆柱形跨尺度结构表面形貌的仿真分析.采用扫描电子显微镜(SEM)并结合Matlab图像处理算子对跨尺度结... 详细信息

基于水浴法在光纤纤芯上合成了ZnO纳米线,得到了圆柱形微纳米跨尺度结构.将纳米级的随机粗糙表面叠加到微米级的圆柱形基底上,实现了对圆柱形跨尺度结构表面形貌的仿真分析.采用扫描电子显微镜(SEM)并结合Matlab图像处理算子对跨尺度结构的表面形貌和ZnO纳米线的几何特征参数进行了表征.与ZnO纳米线薄膜实际轮廓提取出的特征参数相同,对均方根粗糙度为39.2 nm、偏斜度为0.1324及峭度为2.7146的圆柱形粗糙表面进行了仿真,验证了仿真表面与实际轮廓的一致性.建立了合成工艺参数对ZnO纳米线的长度、直径及长径比等几何特征参数的影响关系,确定最佳工艺条件为:种子层溶液Zn2+浓度为1.0 mmol/L,生长液Zn2+浓度为0.03 mol/L,生长时间为1.5 h,水浴恒温90℃.

关键词：跨尺度结构 ZnO纳米线水浴法表面形貌

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硅基超疏水跨尺度微纳结构的制备

微纳电子技术 2016年第9期53卷 616-622页

作者：高阳邹传平张德勤杨超九江学院机械与材料工程学院江西九江332005

提出了一种可行的制备超疏水跨尺度微纳结构的方法,该方法基于衍射干涉光刻技术,制备出拥有跨尺度的光刻胶结构阵列。建立衍射干涉光刻模型,采用严格耦合波分析(RCWA)方法对衍射干涉形成的光强分布进行理论分析;通过衍射干涉光刻技术制... 详细信息

提出了一种可行的制备超疏水跨尺度微纳结构的方法,该方法基于衍射干涉光刻技术,制备出拥有跨尺度的光刻胶结构阵列。建立衍射干涉光刻模型,采用严格耦合波分析(RCWA)方法对衍射干涉形成的光强分布进行理论分析;通过衍射干涉光刻技术制备出跨尺度微纳光刻胶阵列。最后用ICP-Bosch干法刻蚀工艺,将跨尺度光刻胶结构转移到硅基底上,制备出高深宽比硅管状结构,其顶部是跨尺度微纳锥形结构,利用接触角测量仪对制备的样品表面的浸润性能进行了测试,测试结果表明该跨尺度微纳结构达到超疏水性能。

关键词：衍射干涉理论分析跨尺度结构 ICP-Bosch工艺超疏水性能

"增才制造":以增材原理推动个性化陶瓷材料"成型-成性一体化"设计

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硅酸盐学报 2021年第5期49卷 819-828页

作者：宋路王殿政赵若时马静沈志坚清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室北京100084

增材制造是近10年来全球范围内热议的话题。相比于高分子和金属材料,陶瓷的增材制造技术突破较晚,但近年来的发展也使其成为了业界一大热点。依据陶瓷增材制造发展现状与高分子和金属增材制造的发展历程,提出“增才制造”这一通过增材... 详细信息

增材制造是近10年来全球范围内热议的话题。相比于高分子和金属材料,陶瓷的增材制造技术突破较晚,但近年来的发展也使其成为了业界一大热点。依据陶瓷增材制造发展现状与高分子和金属增材制造的发展历程,提出“增才制造”这一通过增材原理实现“成型一成性一体化”部件的理念。首先剖析增材制造“个性化”内涵的演变及这一演变的根本原因,而后分析了当前各类陶瓷增材制造技术的技术瓶颈以及这些瓶颈中蕴含的陶瓷材料“成型一成性一体化”潜力,最后指出实现陶瓷“增才制造”的可能路径与关注点。

关键词：增材制造陶瓷材料个性化跨尺度结构结构-性能关联性三维(3D)打印

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Au微球阵列跨尺度葡萄糖传感器的制备

稀有金属材料与工程 2015年第11期44卷 2918-2922页

作者：景蔚萱齐含成妍妍蒋庄德陈路加周帆王兵西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710049

以硅基底和光纤纤芯阵列为定位夹具,手工排列熔凝法得到的Au微球,获得3×3 Au微球阵列;在Au微球表面先用水浴法合成ZnO纳米线、后固定葡萄糖氧化酶,得到球形跨尺度阵列葡萄糖酶电极。对球形跨尺度结构的表面形貌、葡萄糖氧化酶的固定效... 详细信息

以硅基底和光纤纤芯阵列为定位夹具,手工排列熔凝法得到的Au微球,获得3×3 Au微球阵列;在Au微球表面先用水浴法合成ZnO纳米线、后固定葡萄糖氧化酶,得到球形跨尺度阵列葡萄糖酶电极。对球形跨尺度结构的表面形貌、葡萄糖氧化酶的固定效果、酶电极的电化学性能进行了定量表征。球形跨尺度结构阵列葡萄糖传感器的线性范围为0~2.5mmol/L、灵敏度为17.24μA·(mmol/L)^(-1)·cm^(-2)、最低检出限为3.44μmol/L、Michaelis-Menten常数为1.85 mmol/L。

关键词： Au微球 ZnO纳米线跨尺度结构水浴法葡萄糖传感器

朝下冷喷涂结构表面临界沸腾强化换热实验研究

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朝下冷喷涂结构表面临界沸腾强化换热实验研究

作者：史昊鹏华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

以HPR1000,AP1000和CAP1400为代表的大型先进压水堆相较传统Ⅱ/Ⅱ+堆型在大幅提高了经济性的同时,采用了大量的特有安全设计,其中之一便是在发生堆芯熔毁严重事故时通过向压力容器（Reactor Pressure Vessel,RPV）外堆坑注水淹没并冷却... 详细信息

以HPR1000,AP1000和CAP1400为代表的大型先进压水堆相较传统Ⅱ/Ⅱ+堆型在大幅提高了经济性的同时,采用了大量的特有安全设计,其中之一便是在发生堆芯熔毁严重事故时通过向压力容器（Reactor Pressure Vessel,RPV）外堆坑注水淹没并冷却下封头,实现熔融物堆内滞留（In-vessel Retention,IVR）,即压力容器外部冷却（External Reactor Vessel Cooling,ERVC）,最大限度保证压力容器和安全壳的完整性,限制放射性物质外泄。ERVC技术对如何在复杂曲面上实现更高换热速率这一问题提出了迫切的工程需求。临界热流密度（Critical Heat Flux,CHF）和沸腾换热系数（Boiling Heat Transfer Coefficient,BHTC）是评价浸入式池沸腾冷却性能的重要指标,ERVC成功的关键在于高温熔融物在压力容器外表面产生的热流密度不能超过当地沸腾换热过程中所能达到的CHF,工程上常引入包括流体工质改性和换热表面改性在内的沸腾换热强化技术提高CHF。因此本研究基于换热表面改性的强化换热思路,从提高ERVC安全裕量出发,采用不同朝下倾角的可加热平板表面模拟压力容器外表面的局部区域,开展沸腾换热实验研究。为最大程度上满足压力容器外表面改性的苛刻工程限制,本研究基于超音速冷气动力喷涂技术（Supersonic Cold Gas Spray,SCGS）的先进增材制造（Additive Manufacturing,AM）方法,直接在模拟压力容器外表面的实验换热表面上增材出包括沟槽翅片（Groove-Fin）和针翅（Pin-Fin）等传统散热片式（Heat sink）沸腾换热强化结构,与烧结等传统方法相比,该方法不仅更为简便,且不失灵活性,能够实现多种结构的制造。由于此技术自身的加工特性,制备出的多种结构具有跨尺度特性,即能够通过毫米尺度的宏观结构构建汽泡顺畅的脱离路径,并利用制备过程中在毫米尺度结构上产生的微/纳尺度结构增加表面汽化核心、换热表面积、润湿性等,实现BHTC和CHF的双强化,其朝下表面状态下的饱和去离子水池沸腾临界换热实验结果表明其具有高CHF和高BHTC特性,大幅优于现有的多孔涂层（Porous coating）表面和光滑裸表面（Plain Surface）。增材制造出的跨尺度结构表面不仅具备传统散热片结构的基础CHF强化能力,CHF最大值超过3000kW/m2量级,且具备更优秀的BHTC强化能力和更低的壁面过热度,在热工特性上充分体现了跨尺度协同效应对CHF的积极正向影响,在多次实验后其结构耐久度和强化性能也保持了较好的稳定性。现有成果对深入理解跨尺度结构表面的沸腾强化性能具有重要的研究价值,为冷喷涂三维增材技术在强化沸腾换热技术领域,尤其是ERVC领域的应用提供了重要依据。

关键词：压力容器外部冷却朝下表面强化沸腾换热增材制造跨尺度结构临界热流密度沸腾换热系数

柔性跨尺度水雾收集器件及其集水保水效应研究

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柔性跨尺度水雾收集器件及其集水保水效应研究

作者：唐晓轩西南科技大学

学位级别：硕士

随着人类社会的不断发展,人口不断增长,对于洁净淡水资源的需求也在逐年上升,我国尤其面临着人均可用水量仅达到世界平均水平的25%的严重缺水问题。究其原因,占比全国总淡水用量一半以上的农业用水浪费率居高不下是主要根源之一。为解... 详细信息

随着人类社会的不断发展,人口不断增长,对于洁净淡水资源的需求也在逐年上升,我国尤其面临着人均可用水量仅达到世界平均水平的25%的严重缺水问题。究其原因,占比全国总淡水用量一半以上的农业用水浪费率居高不下是主要根源之一。为解决水资源短缺问题,受自然界生命启发的功能性结构或装置在收集净水资源方面显示出巨大的潜力。而尽管在液滴的捕获和定向运输方面已经取得了许多科研成果,但对于实际的生活使用来说,如何有效地储存收集的水以供直接利用和减少浪费却很少得到研究。本课题受荻草叶鞘长效贮水特性的启发,研究发现了全新的仿生保水策略,结合已有的成熟微流控策略,通过飞秒激光直写加工技术与传统纸艺技术,设计制备了一种具有抗蒸发保水功能的柔性水雾收集器件,可实现高效收集水雾并对其进行长期储存。并且得益于器件的柔性,多个器件的组合可以直接穿戴于植物茎秆之上以提高植物的集水效率和保水效果,从而具有直接应用于农业灌溉与盆栽养护等实际应用场合的优异实用价值。该器件由具有高效水雾收集性能的微刺圆阵与具有长效保水抗蒸发能力的储水环组成。本研究详细地对其多种仿生微流控策略有机结合所实现的高效水雾收集与长效抗蒸发保水功能进行了性能表征与原理分析。而对冠状水雾收集器件的性能实验显示,与单个器件相比,多器件组合后的集水保水性能提升幅度并不随组合数目的增多而降低,证明了其优良的可拓展性,适于进行大规模使用。综上所述,本研究提出了一种新颖的多驱动力共同作用的微流控设计策略,发现了一种新颖的依靠结构实现抗蒸发的保水机理,并为解决淡水资源危机问题构建了一条减少蒸发浪费的新思路。

关键词：多仿生策略复合跨尺度结构高效水雾收集长效抗蒸发保水大规模组装

基于微焦点CT与数据约束模型的古代家猪牙齿显微结构研究

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CT理论与应用研究（中英文） 2020年第6期29卷 677-685页

作者：张旭芳王海鹏李君马杰李建莉杨玉双侯亮亮李莉山西大学理论物理研究所太原030006 山西大学物理电子工程学院太原030006 山西大学历史文化学院太原030006 山西大学物理电子工程学院激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 澳大利亚联邦科学工业研究组织克莱顿3169

本文对一例考古发掘出土的古代家猪下颌骨及牙齿进行了微焦点CT成像,通过加置滤波片有效减弱了线束硬化对CT图像的影响。基于数据约束模型(DCM)对样品三维结构进行了定量计算,获取了包含小于CT图像体元尺寸在内的样品跨尺度结构信息。... 详细信息

本文对一例考古发掘出土的古代家猪下颌骨及牙齿进行了微焦点CT成像,通过加置滤波片有效减弱了线束硬化对CT图像的影响。基于数据约束模型(DCM)对样品三维结构进行了定量计算,获取了包含小于CT图像体元尺寸在内的样品跨尺度结构信息。对样品中孔隙及高吸收组分的联通特性进行了跨尺度计算,得到这两种组分的三维团簇分布。与常见的图像阈值分割法相比,DCM模型有效减弱了部分体积效应对图像分析的影响。本文研究结果为考古样品的内部形态测量、结构分析提供了数据基础,为考古样品的数字建模存档提供一种新的方法。

关键词：微焦点CT 数据约束模型跨尺度结构

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基于非对称入射和偏振调制的四光束干涉光场

激光与光电子学进展 2020年第19期57卷 250-256页

作者：彭伏平严伟李凡星王思沫杜佳林杜婧中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室四川成都610209 中国科学院大学北京100049

建立了多光束干涉场的光强分布数学模型,利用Matlab仿真计算了基于方位角、入射角和偏振角联合调制的四光束干涉光场。分析了光束方位角、入射角和偏振态的变化对多光束干涉的影响,阐释了非对称入射时光场中隔离带现象的生成原因。基于... 详细信息

建立了多光束干涉场的光强分布数学模型,利用Matlab仿真计算了基于方位角、入射角和偏振角联合调制的四光束干涉光场。分析了光束方位角、入射角和偏振态的变化对多光束干涉的影响,阐释了非对称入射时光场中隔离带现象的生成原因。基于四光束干涉并采用s-s-s-s波的偏振态组合,使其中一束光的方位角旋转180°,并改变入射角,得到一种可用于制备高长宽比椭圆阵列的方法。实验结果表明,方位角、入射角和偏振角共同决定了光束的偏振矢量。由于方位角和入射角两个自由度的引入,非对称入射增加了干涉图案的多样性,使多光束干涉不仅局限于周期性圆孔阵、圆点阵的制备,也为制备多周期、跨尺度图案提供了理论参考。

关键词：激光干涉非对称入射偏振调制跨尺度结构