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Nd,Gd:SrF_(2)晶体材料在宽带放大中的光谱增益特性

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物理学报 2023年第22期72卷 188-193页

作者：蒋东镔张颖姜大朋朱斌李纲孙立黄征卢峰谢娜周凯南粟敬钦中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳621900 中国科学院上海硅酸盐研究所上海201899

光谱的增益窄化是影响超短脉冲宽带放大的关键因素之一.本文利用Nd,Gd:SrF_(2)晶体发射光谱的特点,开展了宽带放大中的光谱增益特性理论和实验的研究.通过数值模拟,详细研究了激光增益介质在不同的光谱增益线型及不同增益倍数下,输出光... 详细信息

光谱的增益窄化是影响超短脉冲宽带放大的关键因素之一.本文利用Nd,Gd:SrF_(2)晶体发射光谱的特点,开展了宽带放大中的光谱增益特性理论和实验的研究.通过数值模拟,详细研究了激光增益介质在不同的光谱增益线型及不同增益倍数下,输出光谱的演化规律.Nd,Gd:SrF_(2)晶体光谱增益窄化特性研究实验结果表明,输入光谱半高宽为5 nm时,在140倍的增益条件下,Nd,Gd:SrF_(2)晶体的输出光谱宽度未见明显窄化,实验结果与理论计算分析相符合.研究结果为氟化物晶体在宽带啁啾脉冲放大的应用奠定了基础.

关键词：宽带放大增益窄化氟化物晶体氙灯泵浦

声发射技术在热障涂层失效机理中的研究进展及展望

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中国表面工程 2023年第2期36卷 34-53页

作者：曹枝军袁建辉苏怀宇万家宝苏佳卉吴倩王亮上海工程技术大学材料工程学院上海201620 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201899

热障涂层(TBCs)具有优异的高温抗氧化、高温力学和抗热腐蚀性能而备受关注,广泛应用于航空发动机和燃气轮机热端部件中。热障涂层服役环境的恶劣和涂层体系结构的复杂,极易导致涂层发生界面分层或剥落失效,因此通过对热障涂层的裂纹萌... 详细信息

热障涂层(TBCs)具有优异的高温抗氧化、高温力学和抗热腐蚀性能而备受关注,广泛应用于航空发动机和燃气轮机热端部件中。热障涂层服役环境的恶劣和涂层体系结构的复杂,极易导致涂层发生界面分层或剥落失效,因此通过对热障涂层的裂纹萌生和扩展问题进行实时监测,对于失效机理研究显得尤为重要。简述光激发荧光压电光谱(PLPS)、红外热成像(IRT)、阻抗谱(IS)的原理及其在热障涂层失效行为研究中的应用,重点介绍声发射技术在热障涂层失效机理方面的研究成果。基于声发射的热障涂层失效过程的信号分析和深度处理,结合声发射技术在热障涂层中的参数分析和波形分析,对热障涂层失效过程及失效形态进行模式识别,通过损伤程度的定量评估来进行热障涂层的寿命预测。对声发射技术在热障涂层失效预测及寿命评估指明了方向,并创新性地对未来声发射技术在热障涂层的疲劳损伤方面研究趋势提出展望。

关键词：热障涂层声发射失效机理模式识别机器学习

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等离子体喷涂环境障涂层高温失效研究进展

中国表面工程 2020年第3期33卷 33-49页

作者：庄铭翔都业源袁建辉王亮上海工程技术大学材料工程学院上海201620 中国科学院上海硅酸盐研究所计算中心上海201899

环境障涂层因具有良好的抗高温水氧腐蚀能力而备受关注,但是由于外部砂粒等对涂层表面的侵蚀作用,仅能满足抗水氧腐蚀,还不能达到未来航空器高温部端的要求,CMAS腐蚀是对环境障涂层的另一个挑战。环境障涂层多采用等离子体喷涂工艺制备... 详细信息

环境障涂层因具有良好的抗高温水氧腐蚀能力而备受关注,但是由于外部砂粒等对涂层表面的侵蚀作用,仅能满足抗水氧腐蚀,还不能达到未来航空器高温部端的要求,CMAS腐蚀是对环境障涂层的另一个挑战。环境障涂层多采用等离子体喷涂工艺制备。由于涂层在经历高低温冲击时,会不可避免地发生失效。针对这一事实,文中对涂层失效种类和失效方式进行了总结和归纳,同时还介绍了环境障涂层的产生和发展历程。从微观、介观到宏观的维度介绍了环境障涂层的选材;通过分析国内外在环境障涂层方面的研究结果,结合计算模拟对CMAS引起的失效、高温水蒸气引起的失效以及热冲击引起的失效,进行了详细的阐述并总结了相应的失效机理;最后指出了环境障涂层面向应用仍然需要解决的问题以及未来的研究趋势。

关键词：环境障涂层 CMAS 高温水氧腐蚀热冲击失效机理

基于原位声发射信号的热障涂层三点弯曲失效模式的机器学习

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硅酸盐学报 2023年第2期51卷 373-388页

作者：曹枝军袁建辉苏怀宇万家宝苏佳卉吴倩王亮上海工程技术大学材料科学与工程学院上海201620 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201899

由于热障涂层体系结构的复杂和服役环境的恶劣,极易导致涂层发生界面分层、宏观断裂和剥落失效。首先利用声发射技术实时监测了热障涂层在三点弯曲载荷下的失效过程,结合微观形貌特征、声发射参数分析、K-means聚类分析识别了热障涂层... 详细信息

由于热障涂层体系结构的复杂和服役环境的恶劣,极易导致涂层发生界面分层、宏观断裂和剥落失效。首先利用声发射技术实时监测了热障涂层在三点弯曲载荷下的失效过程,结合微观形貌特征、声发射参数分析、K-means聚类分析识别了热障涂层损伤失效模式。然后利用Fourier变换、小波包变换等分析了4种失效模式的波形特征,其中宏观断裂或剥落失效信号无明显频带,而基底变形、表面垂直裂纹、剪切型界面裂纹、张开型界面裂纹对应的频率分布范围分别在62.5~125.0 kHz、187.5~250.0 kHz、250.0~312.5 kHz、375.0~437.5 kHz。采用机器学习的方法对原位声发射信号进行了深度处理,提取小波能量系数作为机器学习反向传播神经网络的特征向量,结合收敛曲线、混淆矩阵、受试者工作特征曲线、F1值评价了该模型优劣性,实现了对于热障涂层失效模式的判别,为热障涂层失效预测和寿命评估提供参考价值。

关键词：热障涂层三点弯曲声发射失效模式反向传播神经网络

杂化泛函HSE和PBE0计算CsPbI缺陷性质的比较研究(英文)

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无机材料学报 2023年

作者：吴晓维张涵曾彪明辰孙宜阳中国科学院上海硅酸盐研究所中国科学院大学材料科学与光电工程中心

卤族钙钛矿材料在太阳能电池、发光二极管和光探测器等领域受到了广泛关注，这得益于其突出的载流子输运性质。缺陷容忍性是该类材料具有优异输运性能的关键，即材料中可能存在一定数量的本征缺陷，但是对载流子非辐射复合过程贡献很小... 详细信息

卤族钙钛矿材料在太阳能电池、发光二极管和光探测器等领域受到了广泛关注，这得益于其突出的载流子输运性质。缺陷容忍性是该类材料具有优异输运性能的关键，即材料中可能存在一定数量的本征缺陷，但是对载流子非辐射复合过程贡献很小。在卤族钙钛矿材料的缺陷研究中，密度泛函理论计算具有重要作用。尽管传统的半局域泛函(如PBE)能够得到与实验接近的禁带宽度，但是已有研究表明其不能准确描述材料的带边位置。采用更准确的杂化泛函，结合自旋轨道耦合(SOC)效应与充分的结构优化开展缺陷研究十分必要。文献中存在两种关于杂化泛函的选择，即屏蔽的杂化泛函HSE和非屏蔽的杂化泛函PBE0。本研究以正交相CsPbI3为例，系统比较了两种方法在缺陷性质计算上的差异。计算结果表明，对于体相性质，两种杂化泛函并无明显的差别。但是，对于缺陷性质，两种泛函出现定性的差别。HSE计算中预测的浅能级缺陷，在PBE0计算中大部分变为深能级缺陷，且缺陷转变能级和Kohn-Sham能级均出现定性差别。上述差别的本质在于，Hartree-Fock交换势具有长程作用特征，因而普通的杂化泛函如PBE0在计算量允许的超胞尺寸上无法得到收敛的结果，而HSE对上述交换势具有屏蔽作用，可采用相对小尺寸的超胞得到收敛的缺陷能级。本研究的结果表明，尽管HSE杂化泛函需要较大的Hartree-Fock混合参数(约0.43)，其仍是准确计算卤族钙钛矿缺陷性质的有效方法。

关键词：钙钛矿本征缺陷 CsPbI 杂化泛函第一性原理计算

Nd，Gd:SrF晶体材料在宽带放大中的光谱增益特性研究

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物理学报 2023年

作者：蒋东镔张颖姜大朋朱斌李纲孙立黄征卢峰谢娜周凯南粟敬钦中国科学院上海硅酸盐研究所中国工程物理研究院激光聚变研究中心

光谱的增益窄化是影响超短脉冲宽带放大的关键因素之一。本文利用Nd，Gd:SrF2晶体发射光谱的特点，开展了宽带放大中的光谱增益特性理论和实验的研究。通过数值模拟，详细研究了激光增益介质在不同的光谱增益线型及不同增益倍数下，输... 详细信息

光谱的增益窄化是影响超短脉冲宽带放大的关键因素之一。本文利用Nd，Gd:SrF2晶体发射光谱的特点，开展了宽带放大中的光谱增益特性理论和实验的研究。通过数值模拟，详细研究了激光增益介质在不同的光谱增益线型及不同增益倍数下，输出光谱的演化规律。Nd，Gd:SrF2晶体光谱增益窄化特性研究实验结果表明，输入光谱半高宽为5nm时，在140倍的增益条件下，Nd，Gd:SrF2晶体的输出光谱宽度未见明显窄化，实验结果与理论计算分析相符合。研究结果为氟化物晶体在宽带啁啾脉冲放大的应用奠定了基础。

关键词：宽带放大增益窄化氟化物晶体氙灯泵浦

SiC/SiC-哈氏合金异质连接机制及其氟熔盐腐蚀特性分析

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无机材料学报 2022年第4期37卷 452-458页

作者：王洪达冯倩游潇周海军胡建宝阚艳梅陈小武董绍明中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海200050 中国科学院上海硅酸盐研究所结构陶瓷与复合材料工程研究中心上海200050 东华大学分析测试中心上海201600 中国科学院大学北京100039

以Cu-2.67Ni钎料,采用钎焊工艺获得了SiC/SiC复合材料-哈氏合金异质接头,并研究了其在800℃的FLiNaK熔盐中的腐蚀行为。利用不同手段表征了接头微观结构和氟熔盐腐蚀行为。结果表明, Ni、Cr、Mo等合金元素以及SiC中的Si元素发生互扩散... 详细信息

以Cu-2.67Ni钎料,采用钎焊工艺获得了SiC/SiC复合材料-哈氏合金异质接头,并研究了其在800℃的FLiNaK熔盐中的腐蚀行为。利用不同手段表征了接头微观结构和氟熔盐腐蚀行为。结果表明, Ni、Cr、Mo等合金元素以及SiC中的Si元素发生互扩散。Cr元素替代Ni元素,在焊料–复合材料界面富集并形成不连续碳化物层。高温钎焊加速Ni扩散并侵蚀SiC,低温钎焊导致焊料熔融不充分。钎焊过程中的元素扩散改变了哈氏合金的组成,导致其耐腐蚀性能恶化。Cr与Si的选择性溶出导致钎焊接头及合金的腐蚀损伤,这与热力学计算结果一致。

关键词： SiC/SiC复合材料哈氏N合金 Cu-Ni合金钎焊接头腐蚀行为

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中国科学院大学材料与光电研究中心上海宇航系统工程研究所中国科学院上海硅酸盐研究所集成计算材料研究中心

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... 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

温度对CVD法在纤维表面制备BN涂层的影响

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材料工程 2018年第4期46卷 31-37页

作者：马良来高乐胡建宝乔振杰董绍明中国科学院上海硅酸盐研究所结构陶瓷与复合材料工程研究中心上海200050 中国科学院大学北京100049 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海200050

采用BCl_3-NH_3-H_2体系,在不同温度下通过化学气相沉积法在SiC纤维表面沉积BN涂层。研究温度对BN涂层的沉积速率、形貌、组成以及结构的影响。结果表明:在低温阶段(700~900℃),生长速率随着温度的增加而增大,该结果与阿仑尼乌斯定律相... 详细信息

采用BCl_3-NH_3-H_2体系,在不同温度下通过化学气相沉积法在SiC纤维表面沉积BN涂层。研究温度对BN涂层的沉积速率、形貌、组成以及结构的影响。结果表明:在低温阶段(700~900℃),生长速率随着温度的增加而增大,该结果与阿仑尼乌斯定律相一致,计算得出该反应表观活化能为57.2kJ/mol。涂层表面光滑致密,沉积均匀,沉积速率受表面反应控制。在900℃时,反应速率达到最大值(174nm/h),此时,反应速率由表面反应控制转变为物质运输控制。在高于900℃时,由于气相成核的缘故,沉积速率随着温度的增加而减小,涂层变得疏松粗糙。BN涂层为化学计量比1∶1的乱层结构,有序度随着制备温度的升高而增大。

关键词： CVD BN涂层沉积速率微观结构