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三维网络填料增强聚合物基复合材料导热性能的研究进展

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复合材料学报 2024年第7期41卷 3301-3321页

作者：周正荣颜秀文何峰徐冬黄荣进李来风中国科学院理化技术研究所低温科学与技术重点实验室北京100190 中国电子科技集团公司第四十八研究所(长沙半导体工艺设备研究所) 长沙410111 中国科学院大学未来技术学院北京100049

聚合物在超导技术、航天航空、电子电路、动力电池、换热器等领域的应用十分广泛。随着器件的小型化、密集化和高功率,对于整体的散热要求越来越高,但是聚合物作为器件和设备粘接、封装等工艺的关键材料,热导率仅为0.2 W/(m·K),完全不... 详细信息

聚合物在超导技术、航天航空、电子电路、动力电池、换热器等领域的应用十分广泛。随着器件的小型化、密集化和高功率,对于整体的散热要求越来越高,但是聚合物作为器件和设备粘接、封装等工艺的关键材料,热导率仅为0.2 W/(m·K),完全不能满足目前的散热需求,因此亟需提升聚合物的导热性能。由于在聚合物基体中构建连续的导热路径能极大提高聚合物的导热系数,往往能提高数倍或数十倍,因此采用三维网络填料增强聚合物导热性能是最为常用的一种方法之一。本文主要对用构建三维网络填料来增强高分子材料的导热性能的相关研究进行了整理,以制备方式的不同,将其归类为自组装法、相分离法、模板法、取向分布法等方法。最后,从制备方法的热导率提高值、可行性、稳定性等方面进行了总结分析,并对三维网络填料增强的聚合物基导热复合材料的未来发展前景进行了展望。

关键词：导热系数复合材料聚合物三维网络增强无机填料

基于低误差并行计算加速的OFDR实时处理技术

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中国激光 2024年第14期51卷 225-234页

作者：帅禄玮张柳欣叶蕾王照勇高侃叶青中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 上海中科神光光电产业有限公司上海201815

针对光频域反射计(OFDR)数据处理量大、实时性差的缺点,提出了一种基于低误差并行计算加速的OFDR数据处理结构,并采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现该结构,以满足高精度OFDR系统有效数据的实时处理需求。将OFDR数据处理过程分为可直... 详细信息

针对光频域反射计(OFDR)数据处理量大、实时性差的缺点,提出了一种基于低误差并行计算加速的OFDR数据处理结构,并采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现该结构,以满足高精度OFDR系统有效数据的实时处理需求。将OFDR数据处理过程分为可直接实时处理与难以实时处理部分。针对前者,提出了带有双门限比较器的扫频非线性校正算法,以降低重采样误差;针对后者,使用乒乓操作与并行计算加速数据处理,并根据FPGA的计算特点设计了一种具有动态精度的旋转因子,以便在保证计算无溢出的情况下取得最小的计算误差。在实验室搭建了测试系统,该系统的空间分辨率优于0.82 mm,测试长度在74.5 m以上,长度测试误差小于0.3 mm。测试结果显示:该系统的计算误差减小至10^(-7),相比固定精度下的10^(-5)减小了2个数量级;数据处理速度是计算机的11倍以上,在有效处理点数大于3000的情况下实现了20 frame/s的实时处理,验证了该系统可以有效加速OFDR的数据处理过程。

关键词：光通信光频域反射计(OFDR) 可编程逻辑门电路(FPGA) 实时处理与解调计算误差并行计算

智慧农业助力粮食生产节本增产增效的“九步法”

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中国科学院院刊 2024年第1期39卷 198-209页

作者：高树琴胡兆民王竑晟张晓博张玉成中国科学院计算技术研究所北京100190 呼伦贝尔农垦集团呼伦贝尔021008 中国科学院科技促进发展局北京100864 北京国科伏羲科技有限公司北京100080

粮食安全是治国理政的头等大事。新中国成立以来,高标准农田建设、农业机械化发展、农业技术提升等均为粮食增产增效作出了贡献。在当前严守18亿亩耕地红线的局势下,大水大肥等依靠农用物资投入提升粮食产量的增长效应已进入平台期,持... 详细信息

粮食安全是治国理政的头等大事。新中国成立以来,高标准农田建设、农业机械化发展、农业技术提升等均为粮食增产增效作出了贡献。在当前严守18亿亩耕地红线的局势下,大水大肥等依靠农用物资投入提升粮食产量的增长效应已进入平台期,持续增产的空间有限。在信息化、智能化、物联网、大数据和人工智能等新技术快速发展的背景下,将数字经济与农业传统产业融合,发展智慧农业,将是我国粮食增产增效的新增长点。围绕粮食生产的产前、产中、产后3个阶段,针对从整地到粮食入库的全过程,文章提出了智慧农业的“九步法”,即“两精”“三变”“三减”“一用”,并分别阐述了每个环节的内涵、存在的技术瓶颈和对粮食生产节本增效的作用。最后,针对我国智慧农业发展,就大数据的获取、标准化、应用和安全提出了建议。

关键词：粮食安全智慧农业农业大数据 “九步法”

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高熵稀土单硅酸盐环境障涂层局域结构的原子对分布函数解析

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金属学报 2024年第8期60卷 1130-1140页

作者：王浩宇吕熙睿陈琦熊瑛罗志新张洁王京阳中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家实验室沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院合肥230000 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司沈阳110043

调控稀土单硅酸盐(RE_(2)SiO_(5))环境障涂层热膨胀系数,优化其与碳化硅纤维增强碳化硅(SiC_(f)/SiC)陶瓷基复合材料基体热膨胀系数匹配性,是其应用于高推比航空发动机的关键。本工作基于RE_(2)SiO_(5)/Yb_(2)Si_(2)O_(7)/Si三层结构涂... 详细信息

调控稀土单硅酸盐(RE_(2)SiO_(5))环境障涂层热膨胀系数,优化其与碳化硅纤维增强碳化硅(SiC_(f)/SiC)陶瓷基复合材料基体热膨胀系数匹配性,是其应用于高推比航空发动机的关键。本工作基于RE_(2)SiO_(5)/Yb_(2)Si_(2)O_(7)/Si三层结构涂层体系,对比研究了采用与基体热膨胀系数匹配优的(Y_(1/4)Ho_(1/4)Er_(1/4)Yb_(1/4))_(2)SiO_(5)面层与典型Yb_(2)SiO_(5)面层涂层体系的抗热冲击性能,发现Yb_(2)SiO_(5)面层热膨胀系数偏大造成的应力累积,是导致三层结构涂层失效的主要原因。依据中子衍射数据,分析中子对分布函数,对2种单硅酸盐局域结构特征进行解析。结果表明,高熵稀土单硅酸盐中多种稀土元素协同作用,降低了[ORE_(4)]四面体畸变程度,表现为热膨胀系数减小。提出通过合理选择稀土元素组合,扰动[ORE_(4)]局域结构畸变,有望实现稀土单硅酸盐热膨胀系数的定向调控。

关键词：中子衍射原子对分布函数稀土硅酸盐环境障涂层燃气热冲击

聚丙烯基薄膜储能的影响机制及优化策略研究进展

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电工技术学报 2024年第7期39卷 2193-2213页

作者：张传升章程任成燕黄邦斗邢照亮邵涛等离子体科学和能源转化北京市国际科技合作基地中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 先进输电技术全国重点实验室国网智能电网研究院有限公司北京102209

双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜因其具有良好的绝缘、损耗低、金属化后具有自愈性能等特性而被广泛应用于薄膜电容器。目前BOPP薄膜电容器也面临单位体积内储能密度低、高温性能差等问题,无法满足设备集约化、小型化的发展趋势,亟须开展聚丙... 详细信息

双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜因其具有良好的绝缘、损耗低、金属化后具有自愈性能等特性而被广泛应用于薄膜电容器。目前BOPP薄膜电容器也面临单位体积内储能密度低、高温性能差等问题,无法满足设备集约化、小型化的发展趋势,亟须开展聚丙烯基薄膜储能密度提升研究。该文首先介绍了影响介质储能特性的极化与击穿机制,为改性方案的开发提供了必要理论依据。其次,仔细探讨了现有工业生产工艺所引发的多种不利因素与关键挑战,为改性方案与生产实际相结合寻找到介入点;深入挖掘了现有调控手段,如基体调控、结构设计优化以及表面修饰等,分析了无机与有机组分掺杂、“三明治”结构、功能层沉积与接枝等方案的优势和不足,并归纳了诸如量子尺寸效应调控等新颖方法。最后,从工业生产角度提出了高效率、低成本的改性方法并探讨了相应的机制,并对未来研究重点进行了总结与展望。

关键词： BOPP 薄膜储能密度材料改性击穿自愈

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苛刻环境用金属基复合材料表面性能研究进展

中国表面工程 2024年

作者：王林静李可鑫周若男肖雪莲王方明郝开元赵晨辰张国田常可可中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室中国科学院大学材料与光电研究中心北京石油机械有限公司

随着我国航空航天、海洋、核能、高端制造等工业的快速发展，重大工程机械装备面临日益苛刻的服役环境，多因素强耦合环境使机械系统的安全可靠服役面临严峻挑战。金属基复合材料可设计性强，通过合理设计结合制备工艺，能够实现优异的... 详细信息

随着我国航空航天、海洋、核能、高端制造等工业的快速发展，重大工程机械装备面临日益苛刻的服役环境，多因素强耦合环境使机械系统的安全可靠服役面临严峻挑战。金属基复合材料可设计性强，通过合理设计结合制备工艺，能够实现优异的强韧一体化力学性能，经过表面改性后更是兼具高比强度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优势，实现多性能协同。金属基复合材料作为结构与表面功能一体化材料在重大工程领域发挥着日益重要的作用。综述航空航天、海洋钻探、核用密封、精密加工和装甲防护五类典型苛刻环境用金属基复合材料的服役环境、材料性能要求、主要金属基复合材料体系及其面临的挑战，介绍典型的金属基复合材料制备工艺及表面改性技术，提出针对不同金属基复合材料体系制定合适的制备工艺以及表面改性技术是开发综合性能优异的金属基复合材料的有效手段，针对典型应用环境面临的突出表面问题，即摩擦、腐蚀、氧化，梳理金属基复合材料表面性能研究现状，指出改善金属基复合材料耐磨性、耐蚀性和抗氧化性的策略，并对金属基复合材料未来的发展方向进行展望，为开发强韧性、耐磨、防腐、耐高温等结构-表面功能一体化金属基复合材料提供思路。

关键词：苛刻环境金属基复合材料表面性能

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压水堆二回路碱化剂与材料的相容性研究进展

中国腐蚀与防护学报 2024年第2期44卷 267-277页

作者：冀跃飞郝龙王俭秋李庆华郑跃于沛柯伟中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 广东腐蚀科学与技术创新研究院广州510700 中国核电工程有限公司北京100083

综述了国内外压水堆二回路碱化剂的应用情况及其与二回路结构材料相容性的研究进展。首先介绍了碱化剂的国内外发展历程;其次,从材料类型、水化学、碱化剂物理化学性质等3个角度讨论了碱化剂与材料的相容性;最后,论述了碱化剂调节pH的原... 详细信息

综述了国内外压水堆二回路碱化剂的应用情况及其与二回路结构材料相容性的研究进展。首先介绍了碱化剂的国内外发展历程;其次,从材料类型、水化学、碱化剂物理化学性质等3个角度讨论了碱化剂与材料的相容性;最后,论述了碱化剂调节pH的原理,并详细介绍了有机胺分子与材料表面氧化膜间的作用机制。

关键词：二回路碱化剂水化学乙醇胺结构材料

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 92-119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上海201800 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

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

航机CMC热端部件用热喷涂涂层的机遇与挑战

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无机材料学报 2024年第10期39卷 1077-1083页

作者：陶顺衍杨加胜邵芳吴应辰赵华玉董绍明张翔宇熊瑛中国科学院上海硅酸盐研究所中国科学院特种无机涂层重点实验室上海201899 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与超微结构国家重点实验室上海200050 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司沈阳110043

随着航空发动机涡轮前燃气入口温度的不断攀升,陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite, CMC)以其轻质、高强、抗氧化、对裂纹不敏感、耐温性能优异等特点,成为新一代航空发动机高温部件的首选基体材料。但CMC存在抗高温水氧侵蚀性能... 详细信息

随着航空发动机涡轮前燃气入口温度的不断攀升,陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite, CMC)以其轻质、高强、抗氧化、对裂纹不敏感、耐温性能优异等特点,成为新一代航空发动机高温部件的首选基体材料。但CMC存在抗高温水氧侵蚀性能不足等问题,发动机CMC热端部件用热喷涂涂层成为亟待解决的技术瓶颈。本文结合国外航空发动机热端部件选材方案的更迭及工程应用实例,分析了发动机热端部件采用高温合金+气膜冷却+热障涂层方案的技术局限性,明确了CMC+适量气膜冷却+环境障碍涂层方案的技术优势;综述了CMC用热与环境障碍涂层(Thermal and Environmental Barrier Coatings, TEBCs)和环境障碍可磨耗封严涂层(Environmental Barrier Coatings-Abradable Sealing Coatings, EBCs-ASCs)的研究进展、应用情况以及近些年国内外学者的研究成果;辨析了面向更高温燃气来流时热喷涂环境障碍涂层面临的机遇与挑战,为后续TEBCs的组分和结构设计以及制备明确了方向,并对今后研究工作的重点进行了展望。

关键词：热喷涂环境障碍涂层热与环境障碍涂层可磨耗封严涂层陶瓷基复合材料专题评述