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幂律梯度材料的热弛豫响应行为

爆炸与冲击 2024年第8期44卷 32-43页

作者：谢雨珊徐松林袁良柱陈美多王鹏飞中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027

梯度材料热弛豫响应行为的理论研究对于热分析具有重要意义。结合Cattaneo-Vernotte线性双曲型热传导方程,推导得到幂律梯度材料的一维双曲型非傅里叶热传导方程。通过积分变换法,解得频域内温度场的贝塞尔级数形式解,随后利用极点留数... 详细信息

梯度材料热弛豫响应行为的理论研究对于热分析具有重要意义。结合Cattaneo-Vernotte线性双曲型热传导方程,推导得到幂律梯度材料的一维双曲型非傅里叶热传导方程。通过积分变换法,解得频域内温度场的贝塞尔级数形式解,随后利用极点留数法,得到时间域内温度场的第一类解析解。在第一类解析解的基础上,由简化欧拉方程解得第二类解析解。结合拉普拉斯数值逆变换方法,验证了解析解的准确性。以高温阻热梯度材料Mo-ZrC的应用为例,讨论了一般温度边界条件以及温度脉冲载荷作用下幂律梯度材料的热弛豫响应行为。分析发现,在所研究范围内温度场具备波动和传导衰减的双重特性。响应时间和温度幅值随着热弛豫时间系数的增大而增大,温度场分布和单元波形与梯度结构相关。

关键词：热弛豫响应 Mo-ZrC梯度材料贝塞尔级数拉普拉斯变换

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基于光声光谱气溶胶吸收测量的标定方法研究

光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 88-94页

作者：徐秋怡朱文越陈杰刘强郑健捷杨韬杨腾飞中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230026 中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室安徽合肥230031 先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230026

大气气溶胶吸收太阳辐射,直接影响地气系统辐射平衡,降低能见度,改变局地气候效应。光声光谱技术具有灵敏度高、原位测量、结构简单等优势,是研究气溶胶吸收特性最为直接、有效的方法。光声光谱近红外气溶胶吸收系数测量系统的精度与标... 详细信息

大气气溶胶吸收太阳辐射,直接影响地气系统辐射平衡,降低能见度,改变局地气候效应。光声光谱技术具有灵敏度高、原位测量、结构简单等优势,是研究气溶胶吸收特性最为直接、有效的方法。光声光谱近红外气溶胶吸收系数测量系统的精度与标定方法密切相关,为了探究不同标定方案的差异,选择NO_(2)气体(532 nm)和单分散苯胺黑气溶胶(532、 1 064 nm)分别开展气溶胶吸收系数标定实验。其中,单分散苯胺黑气溶胶的标定方法主要基于Mie理论,结合苯胺黑气溶胶粒子数浓度、苯胺黑气溶胶粒子的复折射率、苯胺黑粒子粒径分别计算532和1 064 nm单分散苯胺黑气溶胶吸收系数。实验结果表明:NO_(2)气体获取的标定系数介于苯胺黑气溶胶在532和1 064 nm波长处获取的标定系数之间,与532 nm波长处粒径225 nm的苯胺黑单分散气溶胶、 1 064 nm波长处粒径125 nm的单分散苯胺黑气溶胶标定系数相近,在其他粒径处存在一定差异。尽管NO_(2)气体与苯胺黑气溶胶在特定波长处具有相似的连续吸收特征,对于同一标定系统,标定气体和气溶胶性质、状态不同导致标定过程仍然存在光声效应之外的光与物质的相互作用、标定介质损耗、测量环境等不确定因素,这些都会导致这两种标定介质的标定结果差异;苯胺黑气溶胶采用不同波长光源得到的标定系数明显不同,同一粒径的单分散苯胺黑气溶胶在532 nm波长处获取的标定系数约为1 064 nm波长处标定系数的1.5~2倍。导致该结果的可能原因有两个,一是未准确获取1 064 nm波长处苯胺黑的复折射率,二是标定过程中532 nm光束、 1 064 nm光束与谐振腔的匹配模式不一致导致;标定系数与单分散气溶胶的粒径存在反比关系,随着苯胺黑气溶胶粒径每增大50 nm, 532 nm波长光源的标定系数减小19%, 1 064 nm波长光源的标定系数减小12%。标定系数与粒径的反比关系可能由不同粒径的苯胺黑气溶胶粒子经过管道和光声池的损耗不同导致。由此可见,气体标定方法与气溶胶标定方法各有其优势与不足,但两种标定方式都可以获取相应的标定系数,在实际标定方法的选择上,需要综合考虑多种因素,选择合适的标定方法。

关键词：光声光谱气溶胶光学吸收系数气溶胶吸收系数标定

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无需公共点的高精度激光跟踪仪自标定方法

红外与激光工程 2024年第2期53卷 17-24页

作者：齐志军朱东辉罗涛苗学策何晓业深圳综合粒子设施研究院广东深圳518107 中国科学技术大学国家同步辐射实验室安徽合肥230029 重庆大学超瞬态装置实验室重庆400044

多台激光跟踪仪组成的测量系统能够得到高精度的坐标观测值,在加速器准直工程领域应用十分广泛。该系统需要自标定仪器中心的距离,目前基于球面拟合的自标定方法虽然测量效率较高,但是其精度有限。为了提高其精度,分析基于拟合的自标定... 详细信息

多台激光跟踪仪组成的测量系统能够得到高精度的坐标观测值,在加速器准直工程领域应用十分广泛。该系统需要自标定仪器中心的距离,目前基于球面拟合的自标定方法虽然测量效率较高,但是其精度有限。为了提高其精度,分析基于拟合的自标定方法精度较低的主要原因,提出了基于三角形结构的自标定方法,定量对比了新方法和基于球心拟合方法的精度。新方法建立非线性误差模型进行参数迭代求解,能够应用于激光跟踪仪的三维自标定。通过模拟仿真和实测实验,证明了该方法比基于球心拟合的自标定方法在精度上有了大幅度提升。文中算法无需增加额外设备,改进了原先基于球心拟合方法并提高其自标定精度,具有一定的工程应用价值。

关键词：激光跟踪仪自标定球面拟合非线性模型精度

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细观非连续介质的应力波传播研究

爆炸与冲击 2024年第9期44卷 48-59页

作者：袁良柱陈美多谢雨珊陆建华王鹏飞徐松林中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027 中国地震局地震预测研究所高压物理与地震科技联合实验室北京100036

固体介质,如岩石、混凝土、贝壳和多孔材料等均具有细观非连续、宏观连续的特性,揭示这种细观非连续性对材料动力学响应的影响规律,对于材料设计、安全防护等具有重要意义。从广义Taylor公式出发,推导了分数阶定义下的非连续介质的一维... 详细信息

固体介质,如岩石、混凝土、贝壳和多孔材料等均具有细观非连续、宏观连续的特性,揭示这种细观非连续性对材料动力学响应的影响规律,对于材料设计、安全防护等具有重要意义。从广义Taylor公式出发,推导了分数阶定义下的非连续介质的一维波动方程,引入等效分数阶简化了控制方程。利用有限差分法得到了控制方程的数值解,结果表明:控制方程中的等效分数阶阶数越小,计算得到的波形衰减的程度越大。为了验证方程的可靠性,并进一步研究非连续介质的波传播规律,在考虑多孔材料、岩石等介质的结构特征的基础上,基于ABAQUS软件建立了随机多孔介质模型。分析发现:多孔介质的波传播受到介质细观非连续程度、材料属性和输入波脉宽的影响,但对应的等效分数阶阶数只与介质细观非连续程度相关,因此,其可以作为评价非连续介质动态响应的一个依据。等效分数阶阶数随着孔隙率的增加而减小,孔洞相对数量分布大致相同的情况下,其统计关系近似呈线性关系。研究结果可为研究多孔材料、贝壳等细观非连续介质的波动传播提供新思路。

关键词：分数阶导数细观非连续波传播有限差分等效分数阶阶数

金属氯化物固态电解质及其全固态电池研究现状与展望

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储能科学与技术 2024年第1期13卷 193-211页

作者：李枫程晓斌罗锦达姚宏斌中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心中国科学技术大学化学与材料科学学院安徽合肥230026

基于无机固态电解质体系的全固态电池,具有高能量密度、长循环寿命和高安全性等特点,被认为是下一代电化学储能电池中备受期待的候选体系。实现高性能全固态电池的关键在于设计和制备具有高离子电导率、界面稳定且易形变的固态电解质材... 详细信息

基于无机固态电解质体系的全固态电池,具有高能量密度、长循环寿命和高安全性等特点,被认为是下一代电化学储能电池中备受期待的候选体系。实现高性能全固态电池的关键在于设计和制备具有高离子电导率、界面稳定且易形变的固态电解质材料。金属氯化物型固态电解质作为一种新兴的材料体系,同时具备氧化物固态电解质的抗氧化性以及硫化物固态电解质的高离子传导率和机械延展性,且制备过程简单,无须严苛的环境和极高的烧结温度,可规模化生产潜力大,正逐渐成为实现全固态电池商业化的技术路线竞争者之一。本文通过对近五年来相关电解质材料研究进展的深入分析,对金属氯化物固态电解质体系的研究现状进行了系统评述,涵盖了其合成方法学、晶体结构学、离子传导机制、性能优化策略、电极-电解质界面兼容性以及实用化可行性分析等多个方面。同时,展望了金属氯化物固态电解质未来可能的发展方向,为基于金属氯化物的高性能全固态电池的研究提供了理论和实验参考。

关键词：金属氯化物固态电解质离子传导机制全固态电池

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小攻角下锯齿尾缘翼型噪声控制与机理分析

实验流体力学 2024年第1期38卷 28-36页

作者：胡亚森张彭俊燚庄国徽万振华孙德军中国科学技术大学近代力学系合肥230027

受猫头鹰寂静飞行能力的启发,锯齿尾缘设计被认为是一种有效的控制湍流边界层-尾缘干涉噪声的方法。本文采用隐式大涡模拟法,详细研究了嵌入式锯齿尾缘对NACA 0012翼型绕流的近场流动和噪声特性的影响,雷诺数为9.6×10^(4),远场马赫数为... 详细信息

受猫头鹰寂静飞行能力的启发,锯齿尾缘设计被认为是一种有效的控制湍流边界层-尾缘干涉噪声的方法。本文采用隐式大涡模拟法,详细研究了嵌入式锯齿尾缘对NACA 0012翼型绕流的近场流动和噪声特性的影响,雷诺数为9.6×10^(4),远场马赫数为0.1631,攻角为4°,计算采用的非结构化网格具有约7000万的自由度。在实际计算时,为促进流动快速转捩,在直尾缘和锯齿尾缘算例的翼型表面均布置了锯齿形粗糙元转捩带。研究结果表明:相比于0°攻角状态,4?攻角下的噪声辐射增强,主辐射方向发生偏转,在该方向上锯齿尾缘实现了约2.5 dB的降噪,且在小攻角(4°)下,锯齿也会诱导出有利于降噪的侧边涡对结构。针对壁面压力脉动的分析表明:锯齿主要改变了尾缘附近的时空关联特性,且压力场不能直接由现有针对速度场的Taylor或椭圆近似模型定量描述;此外,锯齿在抑制尾缘噪声的同时,对翼型气动性能造成了一定损失。

关键词：气动噪声锯齿尾缘噪声控制可压缩湍流

基于泵浦空间复振幅调控的目标边缘增强上转换探测

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光学学报 2024年第3期44卷 191-197页

作者：姜嘉琪姚秀李春宇赵波史保森朱智涵哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院大珩量子调控协同创新中心黑龙江哈尔滨150080 中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室安徽合肥230026

目标边缘增强上转换探测是一种通过非线性光学手段将红外(或太赫兹等)长波目标图像“上转换”到可见光波段的同时,强化目标图像几何边缘特征的新型上转换探测技术。基于准相位匹配的近红外上转换系统,理论结合实验进一步深入研究了泵浦... 详细信息

目标边缘增强上转换探测是一种通过非线性光学手段将红外(或太赫兹等)长波目标图像“上转换”到可见光波段的同时,强化目标图像几何边缘特征的新型上转换探测技术。基于准相位匹配的近红外上转换系统,理论结合实验进一步深入研究了泵浦空间复振幅结构对上转换目标图像特征的影响。通过比对研究定量分析了振幅带通滤波与螺旋相衬对目标图像边缘特征的增强效果,以及各自量子效率的差异。基于研究结论,针对几种典型场景给出了若干可实施的应用建议。

关键词：非线性光学边缘增强空间复振幅调制上转换探测傅里叶光学平顶涡旋光束

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电化学渗氮对不锈钢表面结构的影响

材料研究学报 2024年第3期38卷 161-167页

作者：陈真勇魏欣欣徐妍婷张波马秀良中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 松山湖材料实验室大湾区显微科学与技术研究中心东莞523830 中国科学院物理研究所北京100190

使用原子力显微技术和透射电子显微技术等手段,研究了电化学渗氮的304L不锈钢多尺度下表面结构的演变。结果表明,在电化学渗氮电位下304L不锈钢表面发生了钝化膜的局部阴极还原、金属基体的微区阳极溶解以及溶解的金属阳离子再沉积,从... 详细信息

使用原子力显微技术和透射电子显微技术等手段,研究了电化学渗氮的304L不锈钢多尺度下表面结构的演变。结果表明,在电化学渗氮电位下304L不锈钢表面发生了钝化膜的局部阴极还原、金属基体的微区阳极溶解以及溶解的金属阳离子再沉积,从而形成了起伏幅度为几十纳米的微观粗糙表面。在扫描透射成像模式下进行的超级能谱分析结果表明,表面沉积物的主要组成是Fe的氧化物,进一步佐证了在渗氮过程中发生了Fe的微区阳极溶解和Fe阳离子的再沉积过程。

关键词：材料表面与界面表面结构演变电化学渗氮透射电子显微技术原子力显微技术 304L不锈钢

基于原位液相飞行时间二次离子质谱的电化学固液界面研究

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质谱学报 2024年第1期45卷 1-13,I0001页

作者：张燕燕汪福意中国科学院化学研究所活体分析化学院重点实验室北京分子科学国家研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049 北京质谱中心北京100190

电化学界面是能源转换与存储、生物化学、传感器和腐蚀等领域的核心,研究电化学界面结构与性能的关系一直是电化学和化学测量学的热点与难点。本文重点介绍了基于高真空兼容微流控装置的原位液相飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)技术的... 详细信息

电化学界面是能源转换与存储、生物化学、传感器和腐蚀等领域的核心,研究电化学界面结构与性能的关系一直是电化学和化学测量学的热点与难点。本文重点介绍了基于高真空兼容微流控装置的原位液相飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)技术的原理、特性,及其在电化学固液界面实时、原位探测方面的研究进展。随着微流控装置的进一步创新以及ToF-SIMS仪器的不断发展,原位液相ToF-SIMS将为电催化、电池等领域的复杂电化学固液界面研究提供重要手段。

关键词：电化学固液界面原位液相飞行时间二次离子质谱原位分析实时分析