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二元混合物在液体层上发生马兰戈尼爆裂的研究

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物理学报 2024年第7期73卷 232-243页

作者：谢科薇陶金成董裕力翁雨燕杨俊义方亮苏州大学物理与科学技术学院苏州215031

由于马兰戈尼效应,液滴在液体层表面自发铺展成薄膜的物理过程,在成膜技术、涂层工艺、以及纳米器件的制作等领域具有广泛的应用,但是铺展后液膜自发碎裂成小液滴的现象也被广泛观察到,这种现象限制了马兰戈尼效应应用的发展.本文基于... 详细信息

由于马兰戈尼效应,液滴在液体层表面自发铺展成薄膜的物理过程,在成膜技术、涂层工艺、以及纳米器件的制作等领域具有广泛的应用,但是铺展后液膜自发碎裂成小液滴的现象也被广泛观察到,这种现象限制了马兰戈尼效应应用的发展.本文基于以往的实验观察对液膜的碎裂机制进行完备的解释,并通过实验进行验证,指出了液滴薄膜中心与边缘蒸发速率的差异引起的马兰戈尼流动对液膜边界产生的微扰,使得液滴铺展到最大时边缘生长出指状液柱.此外,根据微扰模型推导出边界失稳的临界波长和最大波长的表达式,基于Plateau-Rayleigh不稳定性解释了指状液柱碎裂的原因.建立同心圆柱壳液柱模型简化计算,预测了不同黏度比的液滴在液体层上铺展为薄膜的浓度范围和发生马兰戈尼爆裂的位置区间,并通过实验验证了不同醇溶液发生马兰戈尼爆裂的浓度范围和位置区间.该理论解释将在成膜技术、涂层工艺等领域提供更加精细的理论指导;特别地,本文提出的同心圆柱壳简化模型为化工领域微量反应和纳米颗粒制备等研究领域中的一些技术难题提供新的解决思路.

关键词：铺展系数马兰戈尼效应边界失稳 Plateau-Rayleigh不稳定性

Al纳米颗粒高频局域等离激元效应对BCzVBi深蓝光有机发光器件发光效率的影响

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物理学报 2024年第3期73卷 273-283页

作者：王银霞白小川张勇李国庆西南大学物理科学与技术学院重庆400715

蓝紫光有机电致发光器件难以提升发光效率.本文以BCzVBi作为深蓝荧光材料,把Al纳米颗粒引入ITO/:PEDOT:PSS/TAPC/BCzVBi:BCPO/TmPyPb/Liq/Al有机发光器件的TmPyPb电子传输层,尝试用A1纳米颗粒的高频局域等离激元效应来改善此问题.在室... 详细信息

蓝紫光有机电致发光器件难以提升发光效率.本文以BCzVBi作为深蓝荧光材料,把Al纳米颗粒引入ITO/:PEDOT:PSS/TAPC/BCzVBi:BCPO/TmPyPb/Liq/Al有机发光器件的TmPyPb电子传输层,尝试用A1纳米颗粒的高频局域等离激元效应来改善此问题.在室温真空蒸镀Al膜,厚度为1 nm时,形成尺寸在10 nm量级的分散纳米颗粒.将这种颗粒膜插入TmPyPb层内距离BCzVBi:BCPO发光层x=4,8,12 nm处,与没有Al层的对比器件相比,器件的电流密度和发光亮度都会因载流子迁移率变差而下降.但在x=8 nm,两者都显著回升.其机理可能在于,x8 nm,到达Al颗粒的荧光衰减过多,又难以产生足够强的局域等离子体振荡.在x=8 nm,达到最大亮度的电压(9 V)没有变化,最大亮度从4200 Cd/m^(2)降到3500 Cd/m^(2),但电流密度也从335.19 mA/cm^(2)减小到145.71 mA/cm^(2),使得电流效率反而从0.88 Cd/A提高到2.36 Cd/A,从而把外量子效率提升了170%,效率滚降比则从78%降到30.5%,压减61%.在电流密度高达270 mA/cm^(2)时,电流效率和外量子效率也能提升66.5%.这些结果表明,Al纳米颗粒高频局域表面等离激元确实能够有效增强深蓝光有机发光二极管的发光性能.

关键词：深蓝荧光有机发光器件局域等离激元效应 Al纳米颗粒发光效率

基于第一性原理GGA+U方法研究Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)电子结构和光电性质

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物理学报 2024年第1期73卷 296-305页

作者：张英楠张敏张派胡文博辽宁师范大学物理与电子技术学院大连116029

采用基于密度泛函理论的GGA+U方法,计算了本征和Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)的形成能、能带结构、态密度、差分电荷密度和光电性质.结果表明,Si取代四面体Ga(1)更容易实验合成,得到的β-Ga_(2)O_(3)带隙和Ga-3d态峰值与实验结果吻合较好,且贫... 详细信息

采用基于密度泛函理论的GGA+U方法,计算了本征和Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)的形成能、能带结构、态密度、差分电荷密度和光电性质.结果表明,Si取代四面体Ga(1)更容易实验合成,得到的β-Ga_(2)O_(3)带隙和Ga-3d态峰值与实验结果吻合较好,且贫氧条件下更倾向于获得有效掺杂.Si掺杂后,总能带向低能端移动,费米能级进入导带,呈现n型导电性;Si-3s轨道电子占据导带底,电子公有化程度加强,电导率明显改善.随着Si掺杂浓度的增加,介电函数ε_(2)(ω)的结果表明,激发导电电子的能力先增强后减弱,与电导率的量化分析结果一致.光学带隙增大,吸收带边上升速度减慢;吸收光谱结果显示Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)具有较强的深紫外光电探测能力.计算结果将为下一步Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)实验研究和器件设计的创新及优化提供理论参考.

关键词： GGA+U方法 Si掺杂β-Ga_(2)O_(3) 电子结构光电性质

电极结构对电除尘器内电流体场影响的实验与模拟研究

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电工技术学报 2024年第16期39卷 5172-5181页

作者：李庆郭朋朋武磊张银楠乔音音何寿杰河北大学物理科学与技术学院保定071002

为了进一步提高电除尘器的除尘效率,该文采用数值模拟与实验相结合的方法研究了电极结构对电除尘器内电场特性及电流体场分布的影响。使用高速离子射流耦合电流体场的模拟方法建立了数值模型,分析了电除尘器内电流体状态及阳极板附近流... 详细信息

为了进一步提高电除尘器的除尘效率,该文采用数值模拟与实验相结合的方法研究了电极结构对电除尘器内电场特性及电流体场分布的影响。使用高速离子射流耦合电流体场的模拟方法建立了数值模型,分析了电除尘器内电流体状态及阳极板附近流速,同时使用粒子图像测速法对两种电极结构在不同电压下的电流体状态进行了测定。结果表明,错位板结构可以增强电晕放电强度,降低起晕电压,相较于线板式结构,起晕电压降低了29.41%,电晕电流提升近一倍。电压越高,电流体场受放电极产生的高速离子射流影响越大。入口风速会影响电流体场状态,当入口风速为0m/s时,电流体状态呈对称的双螺旋结构;入口风速提升至0.1m/s时,涡旋被挤压变形;继续增大入口风速,涡旋变形程度加大,且靠近入口处涡旋消失。错位板结构能显著降低收尘极板附近流速,当入口风速为0.9 m/s时,线板式与错位板除尘器收尘极板前1 cm平均流速分别为1.28 m/s和0.68 m/s。相比于采用普通的多物理场耦合方法,采用高速离子射流耦合电流体场方法得到的模拟结果与实验结果更加符合。

关键词：电流体场错位板离子风数值模拟粒子图像测速法

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基于T形四周期谐振慢波结构的X波段高功率微波产生技术的理论与仿真

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物理学报 2024年第9期73卷 95-102页

作者：骆新耀薛宇哲徐彻杜创洲刘庆想西南交通大学物理科学与技术学院成都610031

优化设计了T形四周期谐振慢波结构,并进行了高频理论分析.利用镜像法将T形波导单元进行脊波导化等效设计,并通过等效电路分析了等效脊波导的高频特性,由此进行T形波导的谐振频率与结构解析理论分析.在此基础上构造了T形四周期谐振慢波结... 详细信息

优化设计了T形四周期谐振慢波结构,并进行了高频理论分析.利用镜像法将T形波导单元进行脊波导化等效设计,并通过等效电路分析了等效脊波导的高频特性,由此进行T形波导的谐振频率与结构解析理论分析.在此基础上构造了T形四周期谐振慢波结构,对该结构进行色散特性分析,确定谐振模式和频率,得到了模式同步电压范围.最后基于提出的T形周期谐振慢波结构进行对应的相对论扩展互作用辐射源的仿真验证.通过三维粒子仿真模拟分析及优化设计,在448 kV注电压、400 A注电流和0.4 T的均匀轴向磁场条件下,得到了频率为9.8 GHz、平均输出功率71.4 MW的高功率微波,对应电子效率为39.8%.本文提出的以T形波导为单元的新型谐振慢波结构有效地利用较少周期实现高效率、高功率微波产生,为高功率微波科学提供了有效的高频结构的紧凑化方案.

关键词：高功率微波扩展互作用慢波结构渡越辐射振荡器

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渐近安全引力下的黑洞阴影和光环

物理学报 2024年第1期73卷 98-107页

作者：李慧玲黄雨萌杨承宇沈阳师范大学物理科学与技术学院沈阳110034

重点讨论了薄盘吸积与渐近安全(asymptotically safe,AS)引力修正参数对黑洞阴影和光环的影响.对于薄盘吸积,黑洞的暗区就是黑洞的阴影,而明亮的光环则是由直接像、透镜环和光子环组成的.对于吸积盘辐射源比强度,考虑了3个不同辐射轮廓... 详细信息

重点讨论了薄盘吸积与渐近安全(asymptotically safe,AS)引力修正参数对黑洞阴影和光环的影响.对于薄盘吸积,黑洞的暗区就是黑洞的阴影,而明亮的光环则是由直接像、透镜环和光子环组成的.对于吸积盘辐射源比强度,考虑了3个不同辐射轮廓模型.对辐射起始于最内圆轨道的二阶衰减函数模型,直接像、透镜环和光子环可以明显区分.直接像对黑洞光环亮度贡献最大,透镜环对光环亮度贡献很小,而光子环的贡献几乎可以忽略,且对应观测强度的峰值随AS引力参数的增加而减小,即对应光环亮度随修正参数的增大而变暗.对于辐射起始于光子球半径的三阶衰减函数模型,透镜环和光子环叠加在直接像上,使观测强度出现新的极值.这一极值随AS引力修正参数的增加而增加,且使得黑洞光环的亮度更亮.对辐射起始于事件视界的反三角衰减函数模型,透镜环和光子环在直接像上的叠加范围更大,观测到的光环更宽,且AS引力参数值越小,透镜环和光子环越难区分,黑洞光环的亮度越大.总之,研究表明,黑洞阴影半径的大小随AS修正参数的增加而减小,对于不同的AS引力修正参数,辐射源光强度、尤其是观测强度的辐射轮廓存在显著差异,导致黑洞的阴影和亮环明显不同.

关键词：黑洞阴影光环透镜环渐近安全引力

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引力透镜时间延迟研究进展

科学通报 2024年第1期69卷 80-95页

作者：廖恺武汉大学物理科学与技术学院武汉430072

引力透镜效应是天文学研究经常用到的重要工具.这个效应中一个有趣的现象是同一天体源在某些情形下能够产生多个像.这些像依次到达地球并被人们观测到.它们之间的到达时间差称为时间延迟,携带着丰富的天文学信息.针对不同的天体源,人们... 详细信息

引力透镜效应是天文学研究经常用到的重要工具.这个效应中一个有趣的现象是同一天体源在某些情形下能够产生多个像.这些像依次到达地球并被人们观测到.它们之间的到达时间差称为时间延迟,携带着丰富的天文学信息.针对不同的天体源,人们发展出特定的观测策略和算法来测量时间延迟.传统的时间延迟观测源为透镜化的类星体.它们的时间延迟是通过对比光变曲线来测量的.在韦布望远镜时代,类星体时间延迟将给出准确的哈勃常数测量值,以期解决当前“哈勃常数争论”.同时,随着时域天文学时代的开启,透镜化的瞬变源,例如各类型的超新星、伽马射线暴及其余辉、快速射电暴和引力波也将被人们大量观测到.对于这些源,时间延迟测量有可能变得更加容易和准确.瞬变源透镜系统将带给我们更多关于引力本性、暗物质性质以及宇宙膨胀的信息.本文基于国内外在时间延迟领域的最新研究进展,介绍了时间延迟的测量方法、测量现状以及它在检验基础物理、研究天体物理和宇宙学方面的应用.

关键词：引力透镜时间延迟类星体瞬变源宇宙学

BNZ组分对KNN基无铅压电陶瓷结构和性能的影响

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材料研究学报 2024年第1期38卷 51-60页

作者：李博森廖忠新高大强兰州大学物理科学与技术学院兰州730030

制备铌酸钾钠-锆酸铋钠(1-x)K_(0.48)Na_(0.52)Nb_(0.96)Sb_(0.04O3-x)(Bi_(0.5)Na_(0.5))ZrO_(3)二元系无铅压电陶瓷并表征其结构和性能,研究了BNZ组分对其结构和性能的影响。结果表明,这种系列压电陶瓷具有典型的钙钛矿结构。x=0.04... 详细信息

制备铌酸钾钠-锆酸铋钠(1-x)K_(0.48)Na_(0.52)Nb_(0.96)Sb_(0.04O3-x)(Bi_(0.5)Na_(0.5))ZrO_(3)二元系无铅压电陶瓷并表征其结构和性能,研究了BNZ组分对其结构和性能的影响。结果表明,这种系列压电陶瓷具有典型的钙钛矿结构。x=0.04的这种陶瓷最为致密,其相对密度为97.43%;压电性能最优:d_(33)=463 pC/N、k_(p)=0.55、Q_(m)=37。这种陶瓷材料在室温下处于三方-四方(R-T)两相共存状态并具有纳米畴结构,使其压电性能优异。

关键词：无机非金属材料压电陶瓷铌酸钾钠纳米畴温度稳定性

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植入式生物可降解电化学储能器件的研究进展

中国科学：技术科学 2024年第5期54卷 786-802页

作者：马煜淇盛鸿伟张浩硕兰伟兰州大学物理科学与技术学院兰州730000

新型生物可降解的植入式医疗电子器件在个性化健康监测和疾病的精准诊疗方面展现出巨大的应用潜力.然而,真正实现临床应用还面临着诸多挑战,尤其是缺乏与之相匹配的生物可降解能源器件.现有的植入式电池体积庞大、封装坚硬,与柔软的生... 详细信息

新型生物可降解的植入式医疗电子器件在个性化健康监测和疾病的精准诊疗方面展现出巨大的应用潜力.然而,真正实现临床应用还面临着诸多挑战,尤其是缺乏与之相匹配的生物可降解能源器件.现有的植入式电池体积庞大、封装坚硬,与柔软的生物组织机械失配.此外,电池所使用材料包含有毒有害物质,植入体内后存在严重的安全隐患,更重要的是服役结束后需要通过二次手术移除,这给患者带来了极大的身体和经济负担.具有瞬态特性和良好生物相容性的柔性供能器件为解决以上问题提供了新的途径.其中,生物可降解电化学储能器件具有独立的供电能力,基本不受外部条件约束,这与植入式医疗电子的特殊应用场景完美契合.基于此,本文重点综述了面向植入式医疗电子应用的生物可降解电池及超级电容器的最新研究进展,根据器件构型对其进行了分类讨论,内容包括工作原理、材料选择、电化学性能、降解行为等.最后探讨了各自所面临的一些问题和挑战,并对未来的发展方向进行了展望.

关键词：植入式医疗电子生物可降解电池超级电容器