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聚合物表面空间环境防护涂层热应力分析方法研究进展

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中国表面工程 2024年第2期37卷 115-136页

作者：徐梦芸张锦麟马佳玉唐登航许文彬王亮谷红宇章俞之宋力昕中国科学院上海硅酸盐研究所特种无机涂层重点实验室上海200050 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 上海宇航系统工程研究所上海201109 中国科学院上海硅酸盐研究所集成计算材料研究中心上海200050

柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。... 详细信息

柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。对于涂层应力的分析方法,主要可以分为基于试验测量以及基于数值仿真的有限元分析方法两类。梳理目前常见的试验测量方法,分析有损法和无损法试验测量的应用,整理归纳基于数值仿真的有限元分析方法的原理以及相关应用,比较不同方法的优缺点,总结其局限性以及应用前景。不同应力测试分析方法在材料的服役寿命和失效形式预测中发挥了重要作用,但传统的机械有损测量方法难对应力情况进行实时监测,近年来发展起来的无损法也存在一定的应用局限性,有限元模拟具有实时、全面的应力测量优点,但是与实际涂层模型具有一定的差距。基于目前试验方法与有限元仿真各自的局限性,提出将有限元仿真与试验表征结合成为进一步指导涂层设计的有效方法,有望有效预测涂层失效机制,优化涂层材料制备工艺,开发具有低应力结构的涂层材料,为聚合物表面用关键涂层材料的轻量化发展和长期可靠服役提供技术支撑。

关键词：聚合物材料空间环境防护涂层热应力应力分析方法有限元模拟

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锑化物超晶格红外探测器研究进展与发展趋势

红外与激光工程 2024年第3期53卷 61-71页

作者：张杰黄敏党晓玲刘益新陈颖超陈建新装备发展部某中心北京100034 中国科学院上海技术物理研究所上海200083

锑化物超晶格红外探测器具有均匀性好、暗电流低和量子效率较高等优点,其探测波长灵活可调,可以覆盖短波至甚长波整个红外谱段,是实现高均匀大面阵、长波、甚长波及双色红外探测器的优选技术,得到了国内外相关研究机构的关注和重视,近... 详细信息

锑化物超晶格红外探测器具有均匀性好、暗电流低和量子效率较高等优点,其探测波长灵活可调,可以覆盖短波至甚长波整个红外谱段,是实现高均匀大面阵、长波、甚长波及双色红外探测器的优选技术,得到了国内外相关研究机构的关注和重视,近年来取得了突破性的进展。文中从锑化物超晶格的基本技术原理出发,梳理总结了超晶格红外探测器的发展历程和当前进展,结合超晶格技术特点的分析,初步探讨了超晶格红外焦平面后续发展趋势。

关键词：锑化物超晶格红外探测器焦平面

高能皮秒拍瓦激光研究进展、技术挑战及发展趋势

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中国激光 2024年第11期51卷 100-127页

作者：姜有恩杨朋千潘雪张艳丽郭亚晶朱坪李大为崔勇欧阳小平陶华姜卓偲樊全堂华能唐顺兴肖奇张栋俊刘东宁黄鹏飞李祖强朱宝强马伟新朱俭李学春朱健强中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所中国科学院大学材料与光电研究中心

兼具高峰值功率和高脉冲能量两大特征的皮秒拍瓦激光与物质相互作用的物理效果跟脉冲信噪比、聚焦功率密度和时空调控精度等关键因素直接相关。深入研究了这三大因素相应的受限机制、关键技术以及神光II升级装置中皮秒拍瓦激光等典型代... 详细信息

兼具高峰值功率和高脉冲能量两大特征的皮秒拍瓦激光与物质相互作用的物理效果跟脉冲信噪比、聚焦功率密度和时空调控精度等关键因素直接相关。深入研究了这三大因素相应的受限机制、关键技术以及神光II升级装置中皮秒拍瓦激光等典型代表的最新技术进展，对于提升拍瓦激光性能具有指导作用。针对皮秒拍瓦激光的负载受限问题，从元器件损伤阈值、光场退化和洁净控制等方面进行了分析，并综述了基于等离子体光学的脉冲放大及压缩技术在突破高功率激光负载瓶颈的新研究动向。此外，皮秒拍瓦激光要从实验室走向更广泛的应用，还需要持续推进高效高能重复频率皮秒拍瓦激光的技术攻关。

关键词：激光技术拍瓦激光信噪比聚焦功率密度时空调控精度皮秒负载

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亚波长光栅与法布里-珀罗滤光片集成的高性能光谱偏振分光器

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红外与毫米波学报 2024年第2期43卷 179-186页

作者：朱远宇关学昱余沛其刘清权贾奇祥吴杰李辰璐李志锋王少伟中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083 上海科技大学物质学院上海201210 上海节能镀膜玻璃工程技术研究中心上海200083 中国科学院大学北京100049

光谱偏振成像技术是一种新型的光学成像技术,它不仅提高了目标的信息获取量,还降低了背景噪声,可以捕获目标细节,检测伪装目标。本文提出了一种将亚波长光栅与F-P滤光片相结合的光谱偏振测量器件,该器件可以获得超高光谱分辨率和偏振消... 详细信息

光谱偏振成像技术是一种新型的光学成像技术,它不仅提高了目标的信息获取量,还降低了背景噪声,可以捕获目标细节,检测伪装目标。本文提出了一种将亚波长光栅与F-P滤光片相结合的光谱偏振测量器件,该器件可以获得超高光谱分辨率和偏振消光比,并且光谱和偏振可以灵活调控。本文设计了一种光谱偏振同时分光器,可同时获得4个光谱通道的斯托克斯参数。仿真结果表明,其光谱分辨率为217,偏振消光比为106。实验结果表明,亚波长光栅的偏振消光比大于500,透射率为90%。全介质F-P滤光片的光谱分辨率为30,在长波红外波段的透射率为60%。该设计方法具有通用性,可用于可见光、红外甚至太赫兹等波段。得益于这些优点,器件在微型偏振光谱仪和全斯托克斯偏振检测等领域有很大的应用潜力。

关键词：光谱偏振分光器亚波长光栅法布里-珀罗滤光片光谱偏振

消除CDS折叠效应的增益自适应红外焦平面读出电路

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红外与激光工程 2024年第5期53卷 83-94页

作者：吴双张健怡陈洪雷丁瑞军中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

高动态范围是红外焦平面探测技术的先进发展方向之一。高集成度像元读出电路的动态范围受到小电荷存储容量和噪声的限制。所设计的增益自适应像元读出电路,小信号下为电容反馈跨阻放大器(CTIA),大信号下自动转换为变阻抗电阻反馈跨阻放... 详细信息

高动态范围是红外焦平面探测技术的先进发展方向之一。高集成度像元读出电路的动态范围受到小电荷存储容量和噪声的限制。所设计的增益自适应像元读出电路,小信号下为电容反馈跨阻放大器(CTIA),大信号下自动转换为变阻抗电阻反馈跨阻放大器(RTIA),实现小信号大增益、大信号小增益的自动切换,将集成3.86 fF积分电容的CTIA电荷容量拓展到1.63 Me^(–)。在15μm像元中心距的像元内集成相关双采样(CDS)结构,大幅减小噪声。对CDS大信号注入产生的折叠效应进行理论分析,并设计抗折叠结构。采用180 nm 3.3V CMOS工艺,完成640×512规模的读出电路的设计、仿真、流片、测试。测试结果显示,该电路可消除CDS折叠效应,噪声电子数17 e^(–),动态范围拓展到99.66 dB。

关键词：红外焦平面读出电路增益自适应抗折叠CDS CTIA 高动态范围低噪声

深冷循环对SiC/Al复合材料宏微观残余应力的影响

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金属学报 2024年第8期60卷 1031-1042页

作者：谷黎明冯效铭于朝张峻凡刘振宇何伦华卢怀乐李小虎王晨张晓东肖伯律马宗义中国科学院金属研究所、师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 中国科学技术大学、材料科学与工程学院沈阳110016 散裂中子源科学中心东莞523803 中国科学院物理研究所、北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 松山湖材料实验室东莞523808 中国科学院高能物理研究所北京100049

铝基碳化硅(SiC/Al)复合材料因其高比模量、高比强度和良好尺寸稳定性等特点广泛应用于精密光学领域。SiC/Al复合材料热处理过程中产生的宏/微观残余应力是影响其尺寸稳定性的关键因素。为了阐明残余应力的降低方法和效果,提高精密光学... 详细信息

铝基碳化硅(SiC/Al)复合材料因其高比模量、高比强度和良好尺寸稳定性等特点广泛应用于精密光学领域。SiC/Al复合材料热处理过程中产生的宏/微观残余应力是影响其尺寸稳定性的关键因素。为了阐明残余应力的降低方法和效果,提高精密光学零件的尺寸稳定性,本工作使用中子衍射和有限元模拟,分析了深冷循环处理对于体积分数为35%的SiC/6092Al复合材料在退火状态下宏微观残余应力的影响,研究了深冷循环次数、样品尺寸、增强相颗粒尺寸和深冷循环温度差等影响因素。结果表明,深冷循环能引起基体塑性应变,从而显著降低退火态SiC/Al复合材料的相应力,并且随着深冷循环次数的增加,单次循环相应力降低效果减弱。深冷循环导致的塑性应变集中在颗粒周围的基体,主要影响颗粒和周围基体的相应力大小,与样品尺寸无明显关联,并且深冷循环不增加退火态样品的宏观残余应力。复合材料多次深冷循环后的相应力降低量与SiC颗粒尺寸无关,并且,多次深冷循环对相应力的降低效果与深冷循环温度差关系较小,100~-196℃和200~-196℃进行多次深冷循环对相应力的改变十分接近。

关键词：深冷循环中子衍射残余应力有限元方法代表性体积单元

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天文应用红外焦平面读出电路研究

红外与激光工程 2024年第1期53卷 55-67页

作者：梁清华魏彦峰陈洪雷郭晶丁瑞军中国科学院上海技术物理研究所红外探测全国重点实验室上海200083

成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的前提... 详细信息

成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的前提下尽可能地降低电路功耗以减小电路辉光对器件暗电流的影响。同时,研究非破坏性读出的数字功能,实现了超长的积分时间和信号的多帧累积,并作为一种斜坡采样的策略有效地降低读出噪声。短波HgCdTe焦平面的测试结果符合理论设计预期,开启电路非破坏性读出功能,设置6 000 s的积分时间,当电路功耗调低至14.04 mW时暗电流为0.9 e-·pixel^(-1)·s^(-1)。读出噪声在两档增益下分别为50 e-(10 fF)和27 e-(5 fF),非线性度低于0.1%。

关键词：红外天文观测红外焦平面读出电路低功耗非破坏性读出读出噪声

分子筛拓扑结构对甲缩醛羰基化影响的反应机理研究

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无机盐工业 2024年

作者：高绍磊王莹利亓良中国科学院大连化学物理研究所低碳催化技术国家工程研究中心中国科学院大学

分子筛催化甲缩醛（DMM）羰基化制甲氧基乙酸甲酯（MMAc）反应是当前在基础研究与工业化中最有发展前景的C1化学反应之一。分子筛拓扑结构对DMM羰基化反应的活性及选择性影响较大。选择了分别具有十元环，十二元环孔道及超笼拓扑结构的... 详细信息

分子筛催化甲缩醛（DMM）羰基化制甲氧基乙酸甲酯（MMAc）反应是当前在基础研究与工业化中最有发展前景的C1化学反应之一。分子筛拓扑结构对DMM羰基化反应的活性及选择性影响较大。选择了分别具有十元环，十二元环孔道及超笼拓扑结构的MFI、MOR与FAU分子筛进行DMM羰基化对比。发现随分子筛可提供的反应空间的逐步增大，DMM羰基化的本征活性及选择性不断提高。羰基化选择性的提高是由于反应空间的增大削弱了两分子DMM的歧化过程，而羰基化活性则受羰基化过程中酰基生成与酰基转化两步基元反应的共同影响。本征活性测试中，FAU表现出比MFI高约9倍的活性。在原位红外实验中，直接观察到了DMM羰基化过程中MFI与FAU两种分子筛的甲氧基乙酰基中间体特征峰，该中间体特征峰相对强度可与羰基化选择性相关联。借助对构效关系的理解及原位红外实验，提出了可能的分子筛催化DMM羰基化及歧化反应机理并定性推导了羰基化动力学方程。

关键词：羰基化反应甲缩醛分子筛原位红外动力学

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大口径天线副面姿态测量技术研究进展

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第1期54卷 34-49页

作者：林上民张璇金玉王虎赖云强何文龙薛要克中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院大学光电学院北京101408 西安工业大学光电工程学院西安710021 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 中国科学院青年创新促进会北京100029 西安市空间敏感器光学技术工程研究中心西安710119

大口径反射面天线在较为复杂的风、热和重力等环境下极易发生反射面面形和姿态的偏离,导致天线效率降低.为满足大口径天线更高灵敏度和分辨率的要求,对副反射面姿态进行主动调整来实现电性能补偿是一种有效的手段,这就需要对天线副反射... 详细信息

大口径反射面天线在较为复杂的风、热和重力等环境下极易发生反射面面形和姿态的偏离,导致天线效率降低.为满足大口径天线更高灵敏度和分辨率的要求,对副反射面姿态进行主动调整来实现电性能补偿是一种有效的手段,这就需要对天线副反射面位姿进行准确的测量和评估.本文综述了国内外应用广泛且较为成熟的副反射面姿态测量和评估方法,并对世界上一些先进的大口径天线上的应用情况进行了比较和总结.最后对奇台110 m射电望远镜的副反射面姿态测量技术提出了关键问题和总结了适用的测量方法.

关键词：大口径天线副反射面姿态测量