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声悬浮条件下双水相液滴的蒸发与相分离

物理学报 2024年第3期73卷 153-160页

作者：贺华丹钟琦超解文军西北工业大学物理科学与技术学院西安710129

采用声悬浮无容器处理技术,研究了聚乙二醇-硫酸铵(PEG-AMS)双水相液滴的蒸发与相分离过程.双水相液滴蒸发过程中,液滴赤道直径的平方d^(2)随时间线性减小,同时液滴横纵比γ随时间线性增大.初始处于单相区的液滴随着水分蒸发可以跨越到... 详细信息

采用声悬浮无容器处理技术,研究了聚乙二醇-硫酸铵(PEG-AMS)双水相液滴的蒸发与相分离过程.双水相液滴蒸发过程中,液滴赤道直径的平方d^(2)随时间线性减小,同时液滴横纵比γ随时间线性增大.初始处于单相区的液滴随着水分蒸发可以跨越到双相区,进而发生相分离.声悬浮状态下PEG-AMS双水相液滴的相分离分为3个阶段:首先液滴内部形成富PEG相微滴,然后富PEG相微滴发生碰撞凝并同时向外迁移,最终液滴形成水平分层结构.对比分析了不同横纵比及不同成分的双水相液滴的蒸发和相分离过程,发现横纵比γ越大,富PEG相体积分数越小,则液滴蒸发速率越快;横纵比γ越大,富PEG相体积分数越大,则液滴相分离越快.这些发现有助于深入理解声悬浮条件下液滴的运动特性、蒸发动力学和相分离规律,并为材料的声悬浮无容器制备和加工提供依据.

关键词：声悬浮双水相液滴蒸发相分离

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静电悬浮条件下液态Zr_(60)Ni_(25)Al_(15)合金的热物理性质与快速凝固机制

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物理学报 2024年第8期73卷 287-295页

作者：金英捷耿德路林茂杰胡亮魏炳波西北工业大学物理科学与技术学院西安710072

采用静电悬浮实验技术测定了液态Zr_(60)Ni_(25)Al_(15)合金的热物理性质,并研究了其深过冷快速凝固过程.实验发现,液态合金所获得的最大过冷度可达316 K(0.25TL),其密度和表面张力与温度呈线性关系,而黏度则随温度呈指数变化.当过冷度... 详细信息

采用静电悬浮实验技术测定了液态Zr_(60)Ni_(25)Al_(15)合金的热物理性质,并研究了其深过冷快速凝固过程.实验发现,液态合金所获得的最大过冷度可达316 K(0.25TL),其密度和表面张力与温度呈线性关系,而黏度则随温度呈指数变化.当过冷度小于259 K时,凝固过程中发生两次再辉现象,分别对应着二相(Zr_(6)Al_(2)Ni+Zr_(5)Ni_(4)Al)共晶和三元(Zr_(6)Al_(2)Ni+Zr_(5)Ni_(4)Al+Zr_(2)Ni)共晶的快速生长.若过冷度超过259 K,凝固过程只发生一次再辉,3个化合物相均可从合金熔体中独立形核,形成三元不规则共晶组织.理论计算和实验表明,小过冷时Zr_(6)Al_(2)Ni相优先形核,而当过冷度足够大时,三相能够同时形核.

关键词：静电悬浮液态金属快速凝固共晶生长

液态亚共晶Al-4.5%Si合金中定向枝晶生长与组织调控

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中国有色金属学报 2024年第6期34卷 1938-1951页

作者：王昕王建元翟薇西北工业大学物理科学与技术学院西安710072

采用高温端上升式Bridgman定向凝固实验技术,在0.1~100μm/s跨三量级宽速域生长条件下,系统研究亚共晶Al-4.5%Si合金的组织形态演变机制,实现从平面晶到胞晶再到枝晶的全过程组织调控。当液相温度梯度保持200 K/cm恒定时,发现固液界面... 详细信息

采用高温端上升式Bridgman定向凝固实验技术,在0.1~100μm/s跨三量级宽速域生长条件下,系统研究亚共晶Al-4.5%Si合金的组织形态演变机制,实现从平面晶到胞晶再到枝晶的全过程组织调控。当液相温度梯度保持200 K/cm恒定时,发现固液界面失稳的临界生长速度为0.43μm/s,而发生胞枝晶转变的生长速度阈值是3.3μm/s。理论计算揭示出组成过冷(Composition supercooling,CS)区分布范围是2.6~10mm,相应的最大过冷度为2~193.8 K,而实际糊状区长度在2.8~6.2 mm区间变化。实验结果表明,定向枝晶生长模型Kurz-Giovanola-Trivedi(KGT)能够合理预测初生α(Al)枝晶顶端半径、顶端温度和顶端成分,而Hunt一次枝晶间距模型和Kurz-Fisher二次分枝间距模型均与实测结果相一致。初生α(Al)枝晶间的(α(Al)+Si)共晶生长机制定性地符合Jackson-Hunt(JH)经典共晶生长理论。

关键词：枝晶生长共晶生长定向凝固固液界面显微组织调控

超声场中气泡运动规律及其与枝晶相互作用机制

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物理学报 2024年第18期73卷 173-184页

作者：张心怡吴文华王建元张颖翟薇魏炳波西北工业大学物理科学与技术学院西安710072

采用有限元模拟和高速摄影实验研究了液体中单个气泡在超声作用下的振荡及溃灭规律,并揭示了气泡空化与邻近枝晶间的相互作用机制.结果表明,增大驱动声压促使气泡振荡模式由体积振荡转变为分裂振荡,从而显著地提升液体中的瞬态压强和流... 详细信息

采用有限元模拟和高速摄影实验研究了液体中单个气泡在超声作用下的振荡及溃灭规律,并揭示了气泡空化与邻近枝晶间的相互作用机制.结果表明,增大驱动声压促使气泡振荡模式由体积振荡转变为分裂振荡,从而显著地提升液体中的瞬态压强和流动速度.当气泡下方存在一个枝晶时,随着驱动声压的增加,二次分枝的断裂模式发生从高周疲劳断裂向低周疲劳断裂再到过载断裂的转变,且断裂周期呈幂函数下降趋势.气泡距离枝晶越近,压缩状态下气泡的纵向半径逐渐大于横向半径,且压缩时间增加,最小气泡体积降低.另外,气泡与枝晶距离的减小导致气泡溃灭产生的最大压强显著降低,而最大流速呈现先增大后降低的趋势.若二次分枝的根部半径减小或长度增加,二次分枝疲劳断裂周期数显著减小,从而更容易诱发枝晶碎断.理论计算的气泡膨胀收缩和二次分枝断裂过程与实验结果基本一致,表明本文构建的模型能够准确预测超声场中的气泡运动及其与枝晶相互作用过程.

关键词：功率超声气泡动力学枝晶碎断有限元模拟

多元Ti-Cu基合金非晶形成过程的分子动力学模拟与落管实验研究

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中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 477-489页

作者：徐山森常健翟斌燕鹏旭林茂杰魏炳波西北工业大学物理科学与技术学院西安710072

采用DeePMD计算方法和落管快速凝固实验技术,研究了液态Ti_(41.5)Cu_(37.5)Ni_(7.5)Hf_(5)Sn_(5)Zr_(2.5)Si合金的非晶凝固机制.分子动力学计算结果显示,液态合金原子的总第一近邻配位数随系统温度的降低而增加,而Ti原子的第一近邻原子... 详细信息

采用DeePMD计算方法和落管快速凝固实验技术,研究了液态Ti_(41.5)Cu_(37.5)Ni_(7.5)Hf_(5)Sn_(5)Zr_(2.5)Si合金的非晶凝固机制.分子动力学计算结果显示,液态合金原子的总第一近邻配位数随系统温度的降低而增加,而Ti原子的第一近邻原子数则随着温度的降低而减少.同时,随着系统温度的降低,液态合金中二十面体和类二十面体团簇的数量显著增多,但中心Ti原子的比例却发生了衰减.在非晶凝固过程中,Ti原子表现出与大尺寸原子的弱亲和性和对二十面体团簇的弱构建性.在自由落体实验中,合金液滴所能达到的过冷度随液滴直径的减小而增大,其凝固组织主要由少量的富Cu相、极细的非规则(Ti_(2)Cu+TiCu)共晶和非晶相组成.当合金液滴直径减小至566μm时,合金凝固组织中开始出现非晶相,相应的临界过冷度ΔT_(C)为312 K(0.27T_(L)).非晶相体积分数随着液滴尺寸的减小而增大.如果合金液滴直径小于317μm,晶体相的形核与生长被完全抑制,凝固组织由全部非晶相组成.

关键词：非晶合金分子动力学液态结构自由落体深过冷

三元Fe_(73)B_(22)Nb_(5)合金的快速凝固组织控制与物理性能研究

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中国科学：技术科学 2024年第2期54卷 304-314页

作者：糜晓磊胡亮魏炳波西北工业大学物理科学与技术学院西安710072

本文研究了三元Fe_(73)B_(22)Nb_5合金快速凝固过程中的组织演变规律,系统分析了凝固组织与合金微观力学性能以及室温磁学性能的关联机制.实验测定出合金固相线温度为1410 K,液相线温度为1525 K.在近平衡凝固条件下,初生Fe_(2)B相率先析... 详细信息

本文研究了三元Fe_(73)B_(22)Nb_5合金快速凝固过程中的组织演变规律,系统分析了凝固组织与合金微观力学性能以及室温磁学性能的关联机制.实验测定出合金固相线温度为1410 K,液相线温度为1525 K.在近平衡凝固条件下,初生Fe_(2)B相率先析出,剩余液相形成(FeNbB+αFe+Fe_(2)B)三元共晶.自由落体过程中合金液滴的过冷度随其直径的减小呈指数关系单调递增,最大过冷度可达352 K (0.23T_L).实验表明,基于过冷度对相组成的强烈影响,可以实现对合金微观力学性能和磁学性能的调控.随着过冷度的增大,初生Fe_(2)B相的生长被抑制,共晶组织体积分数逐渐增加.三元共晶中的FeNbB相对合金的微观力学性能有着显著的强化作用,其硬度为15.1 GPa,杨氏模量为170.7 GPa.深过冷条件下,液态合金快速凝固全部形成非规则三元共晶组织.溶质截留效应使得Nb元素分布更为均匀,FeNbB相体积分数明显增大,合金硬度最高可达1197 HV,矫顽力则由79 Oe锐减至54 Oe.

关键词： Fe-B-Nb合金快速凝固组织控制力学性能磁学性能

基于稀疏光电探测阵列的轻武器终点弹道关键参数测量

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光子学报 2024年第7期53卷 94-106页

作者：杨子钰陈丁沈岭南西安工业大学兵器科学与技术学院西安710021

为了有效、准确、可靠地获取轻武器终点弹道的关键参数(包括射击精度、弹丸飞行速度、弹道姿态角和射击频率等),提出了一种基于稀疏分布光电探测器阵列的测量方法。根据弹丸激波在终点弹道横截面的传播速度分布特性,结合稀疏光电探测阵... 详细信息

为了有效、准确、可靠地获取轻武器终点弹道的关键参数(包括射击精度、弹丸飞行速度、弹道姿态角和射击频率等),提出了一种基于稀疏分布光电探测器阵列的测量方法。根据弹丸激波在终点弹道横截面的传播速度分布特性,结合稀疏光电探测阵列结构参数构建一种测量模型,精确解析出关键参数测量结果。通过数值模拟仿真分析测量误差变化规律,可知探测靶面内从中心向四周的坐标测量误差逐渐减小,姿态角测量误差随坐标差值的增大而减小,速度测量误差随靶距的增加而减小。实弹射击对比实验结果表明,该测量方法能够满足轻武器终点弹道关键参数测试要求,与以往的方法相比,具有探测靶面积足够大、无探测盲区、成本较低、安装调试方便等优点。

关键词：靶场测试光电探测激波效应轻武器终点弹道参数

四元Gd_(55-x)Zr_(x)Al_(23)Ni_(22)非晶合金的凝固形成机理和微观力学性能研究

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中国科学：技术科学 2024年第7期54卷 1357-1367页

作者：武博文胡亮糜晓磊魏炳波西北工业大学物理科学与技术学院西安710072

本文研究了不同成分Gd_(55-x)Zr_(x)Al_(23)Ni_(22)(x=0,15,25,35,45,55)非晶合金的凝固形成机理和微观力学性能变化规律.实验发现,由于Zr-Gd体系中存在不互溶间隙,液态四元Gd-Zr-Al-Ni合金在深过冷条件下发生亚稳相分离.只有当Zr与Gd... 详细信息

本文研究了不同成分Gd_(55-x)Zr_(x)Al_(23)Ni_(22)(x=0,15,25,35,45,55)非晶合金的凝固形成机理和微观力学性能变化规律.实验发现,由于Zr-Gd体系中存在不互溶间隙,液态四元Gd-Zr-Al-Ni合金在深过冷条件下发生亚稳相分离.只有当Zr与Gd不共存时,液态三元Gd_(55)Al_(23)Ni_(22)和Zr_(55)Al_(23)Ni_(22)合金可以快速凝固形成单相非晶.在530 K的过冷度下,液态Zr_(45)Gd_(10)Al_(23)Ni_(22)合金发生形核长大型亚稳相分离,并凝固为球状结构双相非晶.液态Gd_(55-x)Zr_(x)Al_(23)Ni_(22)(x=15,25,35)合金分别在189,336和438 K过冷度时发生调幅分解型亚稳相分离,均形成网状结构双相非晶.随着非晶AM-Zr相体积分数增加,非晶合金的平均硬度从3.95 GPa提高到7.95 GPa,弹性模量由58.27 GPa增大到101.37 ***元素含量的升高使非晶合金的抗磨系数由5.2×10^(10)Pa增加到3.81×10^(11)Pa,表观摩擦系数从0.11减小到0.05.

关键词：快速凝固亚稳相分离双相非晶微观力学性能

铁基纳米粒子改性碳布复合材料的制备及其在微生物燃料电池阳极中的应用

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分析化学 2024年第4期52卷 566-577页

作者：李桂莲陆闽侨侯月腾王帆哈尔滨工业大学化工与化学学院哈尔滨工业大学生命科学与技术学院

微生物燃料电池（Microbial fuel cells, MFCs）可将废水中的有机物直接转化为电能，提供了可持续电能的潜在解决方案。然而，MFCs在实际应用中存在细菌负载能力低、阳极与电化学活性生物膜之间的胞外电子传递（Extracellular electron ... 详细信息

微生物燃料电池（Microbial fuel cells, MFCs）可将废水中的有机物直接转化为电能，提供了可持续电能的潜在解决方案。然而，MFCs在实际应用中存在细菌负载能力低、阳极与电化学活性生物膜之间的胞外电子传递（Extracellular electron transfer, EET）效率相对较差等不足。本研究采用绿色高效的微波辅助方法和高温退火工艺，成功制备了铁基纳米粒子改性碳布（Fe3C/Fe@CC），此复合材料具有较好的生物相容性和电催化活性，可作为MFCs的阳极材料。实验结果表明，基于Fe3C/Fe@CC复合材料的MFCs的功率密度高达2209 mW/m2，相比基于纯碳布阳极的MFCs（1933 mW/m2）提高了17%，这主要是因为Fe3C/Fe@CC能够有效提高微生物与电极之间的EET效率，增大电化学活性表面积，同时促进产电菌地杆菌（Geobacter）的富集。本研究采用微波辅助和高温退火方法快速制备了高导电复合阳极，为MFCs阳极的大规模制备提供了一种新方法。

关键词：微生物燃料电池胞外电子转移铁基纳米粒子改性碳布阳极微波辅助合成方法

来源：博看期刊