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材料的非简谐性描述符

物理学报 2024年第5期73卷 289-296页

作者：李环娅周柯尹万健苏州大学能源学院能源与材料创新研究院江苏省先进碳材料与可穿戴能源技术重点实验室苏州215006

非简谐效应是诸如软模相变、负热膨胀、多铁性和超低热导率等材料性质的根源.已有的关于量化材料非简谐性的方法没有给出清晰准确的非简谐性描述符,并且计算流程复杂,需要极其耗时的分子动力学模拟.故亟需提出一个可以快速计算的非简谐... 详细信息

非简谐效应是诸如软模相变、负热膨胀、多铁性和超低热导率等材料性质的根源.已有的关于量化材料非简谐性的方法没有给出清晰准确的非简谐性描述符,并且计算流程复杂,需要极其耗时的分子动力学模拟.故亟需提出一个可以快速计算的非简谐性描述符,用来理解、评估、设计和筛选具有强非简谐性的功能材料.本研究将晶格非谐性分解为单声子非谐性σ_((q,j))^(A),并提出温度依赖的晶格非谐性的定量描述符A_(ph)(T).该描述符既可以定量描述从Si,GaAs,CdTe,NaCl到CsPbI_(3)的晶格非谐性的变化趋势,又可以成功预测非简谐效应驱动的体积模量和晶格热导率性质的变化.本工作提出的非简谐性描述符能够快速量化材料非简谐性,并且可直观地展现材料非简谐效应的声子模态分布.本方法计算简单、高效且有效,可为基于非简谐性筛选与设计材料打下基础.

关键词：非简谐效应声子非简谐晶格热导率第一性原理计算

电弧熔丝增材制造传热传质数值模拟研究现状与展望

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机械工程学报 2024年第8期60卷 65-80页

作者：张云舒吴斌涛赵昀丁东红潘增喜李会军宁夏大学材料与新能源学院银川750021 江苏自动化研究所连云港222006 南京工业大学机械与动力工程学院南京211816 伍伦贡大学机械、材料、机电与生物工程学院澳大利亚伍伦贡2522

电弧熔丝增材制造具有设备成本低、制造效率高等特点,在航空航天、舰船、武器装备等领域具备广阔的应用前景。在复杂热循环的条件下,电弧行为、熔滴过渡、熔池流动与凝固以及沉积内部热积累效应等因素的耦合作用是决定结构成形与质量的... 详细信息

电弧熔丝增材制造具有设备成本低、制造效率高等特点,在航空航天、舰船、武器装备等领域具备广阔的应用前景。在复杂热循环的条件下,电弧行为、熔滴过渡、熔池流动与凝固以及沉积内部热积累效应等因素的耦合作用是决定结构成形与质量的关键,也是实现控形控性的理论基础。基于电弧熔丝增材制造的物理过程数值模拟研究现状,综述了不同热源类型电弧增材制造工艺过程中的物理机制,揭示了不同沉积过程传热传质行为的内在关联与区别。在此基础上,概述了常见形貌缺陷的形成机理、影响因素与其抑制策略,总结了不同主动控热控形控性方法的机制与特点,探讨了当前电弧熔丝增材制造传热传质数值模拟过程中存在的主要问题,并对其未来发展应用提出了思考与建议。

关键词：电弧熔丝增材制造数值模型传热传质形貌缺陷控热控形控性

氧化石墨烯改性纤维增强水泥基材料的拉伸性能

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建筑材料学报 2024年第5期27卷 400-407页

作者：罗素蓉姚佳敏周恩泉王世杰福州大学土木工程学院福建福州350116 福建省建筑设计研究院有限公司福建福州350001

为了提高聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基材料的力学性能,将氧化石墨烯(GO)引入PVA纤维增强水泥基材料中,探究GO掺量在0%~0.05%范围内对材料单轴拉伸性能的影响.结果表明:掺入适量的GO能够有效提高材料的单轴拉伸性能,当GO掺量为0.01%时,2... 详细信息

为了提高聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基材料的力学性能,将氧化石墨烯(GO)引入PVA纤维增强水泥基材料中,探究GO掺量在0%~0.05%范围内对材料单轴拉伸性能的影响.结果表明:掺入适量的GO能够有效提高材料的单轴拉伸性能,当GO掺量为0.01%时,28 d时材料的初裂拉伸强度、极限拉伸强度和极限拉伸应变均达到最大值,与未掺GO的对照组相比分别提高了26.97%、31.28%、23.25%;适量的GO可以优化孔隙结构,减少材料内部缺陷,促进水化产物的生成,使微观结构致密化,增强纤维和基体间的界面结合力,从而改善PVA纤维增强水泥基材料的宏观性能.

关键词：氧化石墨烯水泥基材料单轴拉伸性能微观性能聚乙烯醇(PVA)纤维

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双光子光刻中感光材料的回顾与挑战(特邀)

中国激光 2024年第12期51卷 254-277页

作者：董芸何向明徐宏清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

双光子光刻是一种自上而下的微纳制造技术,具有超越衍射极限的空间分辨率,并且可通过激光直写构建三维立体结构,在微电子器件、微纳光学、生物医药、超材料等领域中都有着难以取代的应用价值。随着应用场景的扩展,双光子光刻胶的发展亟... 详细信息

双光子光刻是一种自上而下的微纳制造技术,具有超越衍射极限的空间分辨率,并且可通过激光直写构建三维立体结构,在微电子器件、微纳光学、生物医药、超材料等领域中都有着难以取代的应用价值。随着应用场景的扩展,双光子光刻胶的发展亟须从聚合物材料扩展到无机、金属等多元材料体系。然而,如何利用引发剂的双光子吸收效应实现新材料的高效光致溶解性变化,以及如何开发新型光刻材料体系以实现更高的空间分辨率、刻写速率,仍是双光子光刻材料领域所面临的挑战。将从双光子感光材料的角度,回顾自由基型、阳离子型等双光子引发剂的分子设计和光敏特性,以及聚合物光刻胶和无机-有机复合光刻胶构建三维结构的策略和材料特点。通过对双光子感光材料中的材料体系、反应机理和引发剂体系的综述,以期为未来双光子光刻材料的选择和设计提供参考。

关键词：双光子光刻微纳制造三维微结构光刻胶光敏剂无机-有机杂化材料

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有源缓冲型逆变器功率解耦技术研究

电机与控制学报 2024年第6期28卷 98-108页

作者：陈亦文童筱涵吕涛李文博江加辉福州大学福建省新能源发电与电能变换重点实验室福建福州350116 中国长江电力股份有限公司湖北宜昌443002 青岛大学电气工程学院山东青岛266071

为实现单级单相升压逆变并能有效抑制直流侧二次纹波电流,提出一种带有源缓冲的电流型逆变器电路拓扑,研究该逆变器的6种电路模态并提出其两模态调制策略和三模态调制策略,设计2种调制策略下的模型预测控制策略,提供主电路参数设计准则... 详细信息

为实现单级单相升压逆变并能有效抑制直流侧二次纹波电流,提出一种带有源缓冲的电流型逆变器电路拓扑,研究该逆变器的6种电路模态并提出其两模态调制策略和三模态调制策略,设计2种调制策略下的模型预测控制策略,提供主电路参数设计准则。从储能电感电流的最大脉动量与二次纹波含量两方面对2种调制策略进行对比分析,得出了三模态调制策略具有更好纹波抑制效果的结论。对2种调制策略下的逆变器进行仿真分析,仿真结果表明,三模态调制下电路的输出电压总谐波失真率、电感电流相对脉动量与二倍频含量均低于两模态调制下的数据。设计并搭建500VA 48VDC/220V50HzAC有源缓冲型单级单相升压逆变器实验装置,给出了三模态调制下基于模型预测控制的逆变器实验波形,进一步证实了所提研究方案在实现单级升压逆变的同时具有二次纹波抑制能力。

关键词：单相逆变器单级升压调制策略有源缓冲功率解耦模型预测控制

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汽车用热成形钢激光焊接研究现状及发展趋势

中国激光 2024年第11期51卷 550-569页

作者：杨上陆许伟陶武张家志张旭志中国科学院上海光学精密机械研究所激光智能制造技术研发中心上海201800 福州大学先进制造学院福建晋江362200 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

汽车产业不仅是国民经济战略性、支柱性产业,还是体现一个国家先进制造技术水平的标志性产业。热成形钢具有强度高、成形性能好、可制造几何形状复杂的零部件等优点,是实现新能源汽车高安全性最重要的轻量化高性能结构材料之一,已被广... 详细信息

汽车产业不仅是国民经济战略性、支柱性产业,还是体现一个国家先进制造技术水平的标志性产业。热成形钢具有强度高、成形性能好、可制造几何形状复杂的零部件等优点,是实现新能源汽车高安全性最重要的轻量化高性能结构材料之一,已被广泛应用于汽车安全部件的制造。激光拼焊技术结合热冲压技术可将不同厚度或强度的钢板焊接并成形出所需零部件,对于优化汽车车身性能、提高汽车安全性、降低制造成本、推动汽车轻量化发展具有重要意义。本文详细介绍了热成形钢的特点和应用,以及热成形钢激光焊接技术的研究进展和应用现状,分析了镀层热成形钢激光焊接的难点,综述了镀层热成形钢激光焊接缺陷的改进方法,最后对热成形钢及其激光焊接技术进行了总结,并展望了其未来的发展趋势。

关键词：激光技术热成形钢激光焊接镀层铝偏析焊丝

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综合能源系统建模与能流计算方法研究综述

高电压技术 2024年第4期50卷 1376-1391页

作者：陈飞雄颜熙颖邵振国李壹民郑翔昊张河数字能源福建省高校重点实验室(福州大学) 福州350108 国网福建省电力有限公司泉州供电公司泉州362000

围绕综合能源系统的能流计算问题,从网络模型及求解、不确定性能流分析方法2个层面综述了各类能流计算方法。首先,在综合能源系统网络特性建模方面,讨论了偏微分方程模型、动态特性模型和稳态特性模型及其求解方法。其次,归纳了应对系... 详细信息

围绕综合能源系统的能流计算问题,从网络模型及求解、不确定性能流分析方法2个层面综述了各类能流计算方法。首先,在综合能源系统网络特性建模方面,讨论了偏微分方程模型、动态特性模型和稳态特性模型及其求解方法。其次,归纳了应对系统外部输入不确定性的概率和区间2类传统能流分析方法,以及概率-区间混合不确定性能流分析方法。最后,从工程应用角度分析当前综合能源系统能流计算的难点与热点,进而对其发展方向进行展望。

关键词：综合能源系统网络特性模型能流计算不确定性分析方法概率-区间方法

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交流故障电弧作用下电缆碳化的实验与仿真研究

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中国电机工程学报 2024年

作者：唐昭晖许志红叶骁勇福建省新能源发电与电能变换重点实验室福州大学电气工程与自动化学院

电缆碳化路径是电气火灾的一类重要致因。电缆绝缘材料经故障电弧烧蚀后形成碳化路径搭接在电缆之间或电缆与大地之间构成导电回路，极易导致短路和电气火灾，严重威胁电力系统的安全稳定运行。探究电缆碳化路径的机理是业界关注的重要... 详细信息

电缆碳化路径是电气火灾的一类重要致因。电缆绝缘材料经故障电弧烧蚀后形成碳化路径搭接在电缆之间或电缆与大地之间构成导电回路，极易导致短路和电气火灾，严重威胁电力系统的安全稳定运行。探究电缆碳化路径的机理是业界关注的重要问题。该文依托课题组研发的实验平台的工况条件对故障电弧引起电缆绝缘材料碳化过程进行实验与仿真研究。通过热重试验，初步构建了绝缘材料的热解动力学模型。通过神经网络将热解动力学参数衍伸到电弧的高升温速率条件，为建立电缆碳化路径仿真提供反应机理和参数的基础。在此基础上，提出一种电路-电弧-热解耦合模拟方法，建立了交流故障电弧作用下电缆碳化路径的三维数值模型，计算了电弧的热、流耦合作用下电缆的碳化发展过程，探讨了热解动力学参数及热解产气流速对故障电弧及电缆碳化的影响。结果可为研究电缆电弧故障的机理奠定理论基础。

关键词：电缆电弧等离子体碳化多物理场耦合

理论指导构建Cu-O-Ti-O_(v)活性位点及其高效电催化还原硝酸根研究

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第4期59卷 293-302页

作者：聂翼飞颜红萍鹿苏微张宏伟齐婷婷梁诗景江莉龙福州大学化肥催化剂国家工程研究中心福建福州350002 清源创新实验室福建泉州362801

面向国家绿色低碳战略目标,变革化石资源合成氨技术路线变得尤为迫切,开发可再生能源制“绿氨”将成为合成氨领域未来的重要发展方向.将工业废水中的硝酸根(NO_(3)-)电催化还原为氨(NO_(3)RR),既可有效回收氨,又能消除硝酸根污染影响.然... 详细信息

面向国家绿色低碳战略目标,变革化石资源合成氨技术路线变得尤为迫切,开发可再生能源制“绿氨”将成为合成氨领域未来的重要发展方向.将工业废水中的硝酸根(NO_(3)-)电催化还原为氨(NO_(3)RR),既可有效回收氨,又能消除硝酸根污染影响.然而,NO_(3)RR涉及缓慢的八电子转移过程,含有多种反应中间体,其反应机理复杂不明.此外,水系电解液中存在的析氢竞争反应也为高效NO_(3)RR催化剂的开发设计带来了巨大的挑战.为突破高效催化剂的发展瓶颈,本文通过理论模拟,在低成本的催化剂上设计了高效的NO_(3)RR催化活性位点,并利用简单的制备策略合成了目标催化剂.同时,结合原位表征技术,阐明了NO_(3)RR的反应路径及催化机理.本文通过密度泛函理论(DFT)计算发现,Cu/TiO_(2)催化剂上的Cu-O-Ti-O_(v)结构具有较好的NO_(3)-还原活性,该结构不仅能够促进反应中间体NOx-的吸附和活化,还能有效抑制竞争析氢反应,从而降低NO_(3)RR的反应能垒.在该结构上,NO_(3)RR的反应路径为:NO_(3)^(*)→NO_(2)^(*)→HONO^(*)→NO^(*)→*NOH→*N→^(*)NH→*NH2→*NH_(3)→NH_(3).基于理论计算结果,分别采用浸渍法和尿素水解法制备了系列富含Cu-O-Ti-O_(v)结构的Cu/TiO_(2)催化剂.氮气等温吸附-脱附曲线、拉曼光谱(Raman)、电子顺磁共振波谱、X射线光电子能谱(XPS)和傅立叶红外光谱等结果发现,相比于采用浸渍法制备的系列Cu/TiO_(2)催化剂,采用尿素水解法制备的Cu/TiO_(2)(CT-U)催化剂具有更大的比表面积以及更多的Cu-O-Ti-O_(v)位点,说明尿素水解法可提高Cu颗粒在TiO_(2)载体表面的分散度,增强Cu颗粒与TiO_(2)载体之间的相互作用,提高Cu/TiO_(2)催化剂表面的Cu-O-Ti-O_(v)位点含量.将以上制备出的催化剂应用于催化NO_(3)RR中,结果表明,在-1.0 V ***还原电位下,CT-U催化剂上氨产率可达3046.5μg h^(-1) mgcat^(-1),高于大多数文献报道结果.循环稳定性测试结果表明,在Cu/TiO_(2)催化剂上构建Cu-O-Ti-O_(v)位点还能显著抑制电催化反应过程中Cu物种从Cu/TiO_(2)催化剂上溶出,从而显著增强催化剂的稳定性.此外,设计制备了不含氧空位的Cu/TiO_(2),TiO_(2)-x,Cu,Cu_(2)O以及CuO催化剂,并将其用于催化NO_(3)RR.结果发现,上述催化剂上的氨产率皆明显低于CT-U催化剂,说明Cu,Ti以及O_(v)构成的Cu-O-Ti-O_(v)结构具有较好的催化协同作用,从而显著提升了NO_(3)RR反应活性.最后,通过原位Raman及原位XPS表征检测反应中间体,验证了由DFT模拟出的NO_(3)RR反应路径.综上,通过在Cu/TiO_(2)催化剂上理论指导构建Cu-O-Ti-O_(v)活性位点,实现了NO_(3)RR性能的有效提升.Cu-O-Ti-O_(v)结构中的多位点协同作用不仅促进了NO_(x)-的吸附和活化,而且抑制了电催化过程中Cu物种从催化剂上的溶出,从而提高了催化剂的稳定性.本研究为设计高效稳定的NO_(3)RR催化剂提供了新思路.

关键词：电催化硝酸盐还原合成氨 Cu-O-Ti-O_(v)位点协同催化 Cu/TiO_(2)催化剂