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软材料大变形断裂的相场建模与应用

高分子学报 2025年

作者：田富成冀家乐陈树昱李良彬中国科学技术大学国家同步辐射实验室安徽省先进功能高分子薄膜工程实验室中国科学院软物质化学重点实验室

软材料具有承受大应变和高可恢复性的独特特性，使其在生命科学和软机器人等前沿领域具有不可替代的作用.了解此类材料的复杂断裂行为不仅具有迫切的应用需求，也是材料科学、物理学和连续介质力学等基础学科的研究重点.本文介绍了作者... 详细信息

软材料具有承受大应变和高可恢复性的独特特性，使其在生命科学和软机器人等前沿领域具有不可替代的作用.了解此类材料的复杂断裂行为不仅具有迫切的应用需求，也是材料科学、物理学和连续介质力学等基础学科的研究重点.本文介绍了作者在断裂相场模型方面所做的一些工作，主要关注软材料的大变形断裂相场建模、算法实施以及应用.在有限变形理论框架下，作者发展一种新的混合多场断裂相场模型，用于模拟近不可压缩软材料的大变形断裂.从物理裂纹拓扑的角度清楚阐述了不可压缩性与扩散裂纹张开之间的内在矛盾.为了解决这个问题，该模型利用相场退化函数放松了损伤材料的不可压缩性约束，而不影响完好材料的不可压缩性.通过修改经典的摄动拉格朗日乘子方法，导出了用于近不可压缩大变形断裂问题的新型多场混合变分格式.虽然该混合格式切实有效，但通常需要采用满足inf-sup条件的混合有限元(FE)配置，这进一步加剧了本已昂贵的相场断裂建模的计算负担.为了能够使用具有数值优势的低阶线性单元，作者采用压力投影技术开发了一种稳定的混合公式.该公式的优点在于其简单性和多功能性，允许对所有场变量采用低阶单元离散.考虑到这一特性，作者进一步设计了一种高效的自适应网格划分策略，从而大幅提高了计算效率.为了更好地应对涉及裂纹成核的自适应场景，提出了一种新的基于能量的网格细化判据.此外，本文也完整阐述了稳定混合有限元公式的数值处理，以及自适应网格细化，删除技术的核心操作.所提出的格式的准确性、效率和稳健性已经通过一系列具有代表性的数值案例得到了充分的验证.

关键词：相场模型软材料大变形断裂复杂裂纹不可压缩约束

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基于自研光谱仪的痕量气体光解速率测量研究

光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 15-23页

作者：李浩然曾议朱磊窦科刘志宏常振江宇司福祺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环境科学与技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学科学岛分院安徽合肥230026 合肥大学生物食品与环境学院安徽合肥230601

光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件... 详细信息

光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件仍依赖于国外进口,易受国外技术封锁影响。在我国“十四五”国家重点研发计划中“大气与土壤、地下水污染综合治理”重点专项对化学气候综合站检测技术与装备需求引导下,研制了测量大气物质光解速率的光谱仪系统,并满足其核心部件国产化的要求。系统采用自主设计的小型光谱仪作为核心部件,配合各向均匀响应的光学接收器,经实验室光学定标后测得各种物质的光解速率。该系统工作波段为285~430 nm,时间分辨率可达0.1 s,可测物质包括NO_(2)、HONO、HCHO、H_(2)O_(2)等,与国外进口测量仪器对比,各气体物质光解速率的测量误差小于5%,相关性均超过0.93。采用该系统在合肥市董铺岛对大气中气体光解速率开展了长时间的连续监测。对NO_(2)光解速率变化趋势以及NO_(2)光解速率与浓度间的相关性进行分析,发现光解反应与驱动光化反应的能量密切相关,晴天的光解速率数值明显高于阴天与雨天。发现NO_(2)光解速率与浓度的积分曲线间存在一种经验公式,相关性大于0.9,可通过测量NO_(2)光解速率对NO_(2)浓度的累积量进行估计。该系统实现了核心部件的国产化,整体结构简单、便携,方便外场试验安装的同时,降低成本,提高经济性。研究为大气污染综合监测治理提供数据支撑,对各地区的环境监测及污染预防具有参考意义。

关键词：光解速率光谱仪辐亮度光学接收器

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多麦斯威尔电子能量分布等离子体中的朗缪尔探针诊断(英文)

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推进技术 2025年

作者：叶孜崇靳琛垚江堤张炜中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所中国科学技术大学科学岛分院

本文为针对多温度麦斯威尔电子能量分布（EEDF）等离子体中的朗缪尔探针诊断的一篇简短讨论，重点探讨朗缪尔探针伏安特征曲线在双及三温度麦斯威尔EEDF的等离子体情况中的数据分析方法。本文通过模拟多麦斯威尔EEDF等离子体中形成的朗... 详细信息

本文为针对多温度麦斯威尔电子能量分布（EEDF）等离子体中的朗缪尔探针诊断的一篇简短讨论，重点探讨朗缪尔探针伏安特征曲线在双及三温度麦斯威尔EEDF的等离子体情况中的数据分析方法。本文通过模拟多麦斯威尔EEDF等离子体中形成的朗缪尔探针伏安曲线，重点演示并探讨常见的、过度简化的单麦斯威尔EEDF拟合及其他常见的错误分析方法所造成的电子温度误差，并对相关误差给出定量的估算方式。然后，本文以模拟计算的朗缪尔探针伏安曲线，辅以真实实验的朗缪尔探针伏安曲线数据，演示在多温度麦斯威尔EEDF等离子体的朗缪尔探针伏安曲线中如何处理离子饱和流、电子饱和流、空间电荷效应及如何分辨并分别分析每一个电子群的温度及密度，从而正确获得等离子体中的双及三温度麦斯威尔EEDF信息。

关键词：等离子体诊断朗缪尔探针电子能量分布伏安特征曲线电子温度

“夸父一号”卫星莱曼阿尔法太阳望远镜在轨平场定标偏摆方案及结果

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天文学报 2025年

作者：李敬伟黎辉封莉李瑛黄宇李友平赵洁卢磊应蓓丽薛建朝葛蕴翊张萍宋得朝李巧李舒婷田俊李根刘骁锋史广禄单家辉荆志辰田正圆周玥甘为群中国科学紫金山天文台院暗物质与空间天文重点实验室中国科学技术大学天文与空间科学学院

获得真实的日面观测图像,是用户基于太阳望远镜开展科学和应用研究的基础,而平场定标是科学数据生产过程中的必要步骤之一,因为平场定标可以扣除太阳望远镜在成像过程中产生的不均匀性.“夸父一号”又名先进天基太阳天文台(Advanced Spa... 详细信息

获得真实的日面观测图像,是用户基于太阳望远镜开展科学和应用研究的基础,而平场定标是科学数据生产过程中的必要步骤之一,因为平场定标可以扣除太阳望远镜在成像过程中产生的不均匀性.“夸父一号”又名先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)卫星的载荷之一,莱曼阿尔法太阳望远镜(Lyman-alpha Solar Telescope, LST),包括3台科学仪器,具体来说是由一个双波段太阳日冕仪(Solar Corona Imager, SCI)以及白光太阳望远镜(White-light Solar Telescope, WST)和莱曼阿尔法全日面太阳成像仪(Solar Disk Imager, SDI)这两个全日面太阳望远镜构成. WST和SDI的探测器是互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS),其平场本身的主要特征是由于激光退火造成的条纹结构,当CMOS探测器在紫外波段使用时会产生一定的衰减与辐射损伤,并且探测器上的水汽凝结和有机物的积累等污染,也会对所得平场产生一定影响.主要展示了ASO-S卫星发射两年多来,载荷LST的两个仪器WST和SDI在轨平场定标时使用的偏摆方案及其优化以及获得的平场图像和其随时间的演化情况等,并简要地介绍了WST和SDI探测器随时间的衰减和辐射损伤情况.

关键词：太阳:耀斑太阳:日冕物质抛射太阳:光球太阳:紫外辐射

MC-ICP-MS 测定岩石标准物质的钒同位素组成

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岩矿测试 2025年第1期44卷 63-74页

作者：徐丽怡于慧敏丁昕黄方中国科学技术大学地球和空间科学学院岩石圈演化与环境演变全国重点实验室安徽合肥230026 中国科学院比较行星学卓越创新中心中国科学技术大学安徽合肥230026

随着分析方法的发展和分析精度的提升,钒同位素已经越来越多地被用于各种地质过程研究。为了确保钒同位素分析测试过程中,可以有效地监控数据的准确度和精度,方便国际各实验室之间的数据对比,同时考虑到早期国际上常用美国地质调查局(US... 详细信息

随着分析方法的发展和分析精度的提升,钒同位素已经越来越多地被用于各种地质过程研究。为了确保钒同位素分析测试过程中,可以有效地监控数据的准确度和精度,方便国际各实验室之间的数据对比,同时考虑到早期国际上常用美国地质调查局(USGS)的标准物质面临着库存不足等问题,本文采用多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)测定了一系列国际地质标准物质和国家地质标准物质的钒同位素组成,δ51V值的测试精度优于0.08‰。本文选取的标准物质主要来自日本地质调查局(GSJ)和中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所(IGGE),包括一个安山岩(JA-1),三个玄武岩(JB-3、JB-1b和GBW07105),一个辉长岩(JGb-1),一个辉绿岩(GBW07123)以及一个土壤(GBW07454),钒含量范围为77~635μg/g,涵盖了目前大部分火成岩和部分土壤等天然样品含量的范围。这些标准物质除了土壤GBW07454,其他标准物质的钒同位素组成未曾被报道。经测量表明,辉长岩标准物质JGb-1具有最高δ51V值,为−1.05‰±0.08‰,安山岩标准物质JA-1具有最低δ51V值,为−0.34‰±0.06‰,其余标准物质的δ51V值变化范围为−0.72‰~−0.81‰,均落在MORB范围内。本文对这些标准物质钒同位素组成的报道,丰富了钒同位素研究的标准物质数据库,有助于未来在更多领域开展钒同位素研究。

关键词：钒同位素火成岩 MC-ICP-MS 标准物质高精度分析方法

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环境友好型量子点LED电子注入和泄漏调控策略:刷新绿光InP基QD-LED性能记录

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科学通报 2025年

作者：卞阳阳严笑寒陈斐唐爱伟樊逢佳申怀彬河南大学特种功能材料教育部重点实验室高效显示与照明技术国家地方联合工程研究中心北京交通大学物理科学与工程学院发光与光信息技术教育部重点实验室中国科学院微观磁共振重点实验室中国科学技术大学物理学院合肥微尺度物质科学国家研究中心科学仪器制造与应用安徽省重点实验室

发光二极管（light emitting diode, LED）显示照明是我国的支柱半导体产业,加快新兴显示照明LED研究,对于增强我国的产业竞争有着重要的意义.基于荧光量子点的电致发光器件（quantum dot based light-emitting diode, QD-LED）,相对于...

发光二极管（light emitting diode, LED）显示照明是我国的支柱半导体产业,加快新兴显示照明LED研究,对于增强我国的产业竞争有着重要的意义.基于荧光量子点的电致发光器件（quantum dot based light-emitting diode, QD-LED）,相对于以往LED具有色域更广、色纯度更高、能耗更低等优势,有望在超高清显示屏和高端照明等领域得到广泛应用,已经成为世界各国竞相争夺的下一代主流发光显示技术制高点之一[1～3].

关键词：

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活动星系核吸积盘中白矮星碰撞及其观测效应

科学通报 2025年

作者：张书瑞罗沿袁业飞中国科学技术大学天文与空间科学学院中国科学技术大学天文系中国科学院星系与宇宙学研究重点实验室 Department of Physics and Earth Science University of Ferrara

活动星系核（active galactic nuclei,AGN）盘中的白矮星（white dwarf,WD）很可能会迁移到内区,并形成由两白矮星与中心超大质量黑洞（supermassive black hole,SMBH）组成的限制性三体系统.多体模拟发现该三体系统通常是不稳定的,会... 详细信息

活动星系核（active galactic nuclei,AGN）盘中的白矮星（white dwarf,WD）很可能会迁移到内区,并形成由两白矮星与中心超大质量黑洞（supermassive black hole,SMBH）组成的限制性三体系统.多体模拟发现该三体系统通常是不稳定的,会导致两白矮星在近遇（close encounter）过程中相撞.该事件率可达300 Gpc-3yr-1,相当于观测到的Ia型超新星的1%.白矮星相撞会引发热核爆炸,爆炸的能量主要转化为碎片的动能,碎片再与AGN吸积盘碰撞将动能转化为内能,并产生特征性光变:迅速上升后以L∝t-2.8衰减,时标为几小时到月的量级,具体取决于SMBH质量.后续对盘的破坏还可能导致变脸AGN现象.回落碎片撞击盘物质产生的高能辐射主要在硬X射线到软γ波段,光度可达■1043erg s-1,有望被未来的MeV探测器观测到.另外,AGN吸积盘可能是重元素产生的工厂,白矮星相撞产生的碎片将显著增加AGN吸积盘的金属丰度.

关键词：活动星系核吸积盘白矮星碰撞

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锥型全吸收式激光辐照能量测量装置设计

光电子·激光 2025年

作者：耿劲谭逢富管雯璐虞天成程乙轮吴德成中国科学技术大学激光与物质相互作用全国重点实验室中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所南京电子设备研究所南湖之光实验室中国人民解放军国防科技大学

为了准确测量激光辐照能量，设计了一种锥型全吸收式激光辐照能量测量装置，该装置具备测量精度高、小型轻量化及模块化设计便于集成等优点。首先通过光学追迹仿真，在满足轻量化的前提下优化了锥体设计参数以实现最佳的理论吸收效率。... 详细信息

为了准确测量激光辐照能量，设计了一种锥型全吸收式激光辐照能量测量装置，该装置具备测量精度高、小型轻量化及模块化设计便于集成等优点。首先通过光学追迹仿真，在满足轻量化的前提下优化了锥体设计参数以实现最佳的理论吸收效率。随后在温度实验中得出测温电阻阻值与温度的线性关系，并通过温度标定实验建立了装置响应值与温度的线性拟合方程。最后搭建光路并进行能量测量装置响应标定实验，获取并分析了响应数据，提出了一种逃逸能量的补偿方法。实验结果显示，经补偿后的测量结果与功率计测量结果偏差为1.968％，表明该装置在激光辐照能量测量方面具有较高准确度，为激光能量测量提供了重要参考，对激光发射系统性能及激光传输特性的评估具有重要意义。

关键词：激光辐照能量能量锥光线追迹仿真测温电阻逃逸能量补偿

金红石TiO2材料热电子弛豫动力学第一性原理计算研究

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中国科学:物理学力学天文学 2025年第1期 113-121页

作者：师展郑镇法郑奇靖赵瑾中国科学技术大学物理系中国科学技术大学精准智能化学重点实验室中国科学技术大学合肥国家实验室中国科学技术大学合肥国家微尺度物理科学研究中心美国匹兹堡大学物理与天文系

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMDk）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为Ei... 详细信息

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMDk）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV.结果显示,热电子弛豫过程主要包括两个阶段:（1）首先,热电子被散射到第一布里渊区的等能面上,形成热电子系综,此过程能量基本保持不变,只有动量发生变化,称为动量弛豫过程.对于Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV两种情况,动量弛豫时间均在15-25 fs之间;（2）随后,热电子系综作为一个整体逐渐弛豫至导带底,这一阶段称为能量弛豫过程,其中Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV的能量弛豫时间分别为39和97 fs.在热电子弛豫过程中,其能量通过电声耦合转移给体系晶格,激发更多的声子,TiO2是一种离子晶体,在热电子弛豫过程中,Fr?hlich电声耦合起到了关键作用,导致大部分热电子的能量转移至Γ点的A1g声子,激发了Ti-O拉伸的纵光学支声子.我们的研究为理解金红石TiO2体内的热电子弛豫与能量转化过程提供了新的理论基础.

关键词：第一性原理计算电声耦合热电子弛豫动量空间非绝热分子动力学