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介质微球光场调控制备多级银微纳结构及其表面增强拉曼光谱研究(特邀)

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中国激光 2024年第4期51卷 266-277页

作者：陈冰冰闫胤洲赵晨赵艳蒋毅坚北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院北京100124

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种高灵敏的分子振动指纹光谱技术。光辅助化学还原制备SERS衬底具有成本低、环境适用性强等优势,但在微纳结构多样化制造方面存在局限性,限制了SERS衬底的检出性能。笔者系统研究了介质微球独特的聚焦特性,... 详细信息

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种高灵敏的分子振动指纹光谱技术。光辅助化学还原制备SERS衬底具有成本低、环境适用性强等优势,但在微纳结构多样化制造方面存在局限性,限制了SERS衬底的检出性能。笔者系统研究了介质微球独特的聚焦特性,揭示了微球直径对聚焦光场分布的调控规律,在微球底部实现了可控的光场空间分布,实现了多级银微纳结构的快速光还原合成。进一步,通过优化制备参数(前驱液浓度比、激光辐照功率及辐照时间),成功制备了具有优异拉曼增强效果的多级银纳米颗粒/银微环/介质微球(AgNPs/AgMRs/MS)复合结构。通过介质微球和多级银微纳结构(AgNPs/AgMRs)中的光场耦合,即微球聚焦、多级银微纳结构局域表面等离激元共振以及复合结构定向发射等,实现了10^(-14)mol/L的痕量检测,增强因子可达9.50×10^(9),为光化学还原制备高性能介质-金属复合SERS衬底提供了新思路。

关键词：光谱学表面增强拉曼光谱多级银微纳结构光化学还原介质微球

冷却速率对Al-4%V中间合金含V相类型及尺寸的影响

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稀有金属 2024年第5期48卷 618-631页

作者：蒙毅李岑杨越北方工业大学机械与材料工程学院北京100144

Al-V中间合金制备工艺参数直接影响其中不同含V相的形成。将Al-V中间合金熔体在1150℃条件下,分别浇入“楔形”水冷铜模、石墨模和耐火材料模,制备不同冷却速率条件下的Al-4%V(质量分数)中间合金。定量统计合金中不同含V相占比、平均尺... 详细信息

Al-V中间合金制备工艺参数直接影响其中不同含V相的形成。将Al-V中间合金熔体在1150℃条件下,分别浇入“楔形”水冷铜模、石墨模和耐火材料模,制备不同冷却速率条件下的Al-4%V(质量分数)中间合金。定量统计合金中不同含V相占比、平均尺寸和尺寸分布等本征参数,探究这些参数受平均凝固冷却速率(v_(s))的影响规律。结果表明:当v_(s)处于120.4~308.5℃·s^(-1)的范围时,只形成Al_(3)V相,其面积占比随v_(s)的增大先增加后降低,最大面积分数达到14.56%。当v_(s)低于120.4℃·s^(-1)时,随v_(s)升高Al_(3)V面积占比迅速增加而Al_(10)V面积占比迅速降低直至最终几乎消失;而当v_(s)高于308.5℃·s^(-1)时,反而是Al_(3)V面积占比随v_(s)升高而迅速减少直至最终几乎消失,Al_(10)V面积占比大幅增加。v_(s)升高可有效细化Al_(10)V相和Al_(3)V相:当v_(s)较低(≤54.0℃·s^(-1))时,v_(s)的增加对Al_(3)V相细化效果更显著;反之,当v_(s)超过54.0℃·s^(-1)时,v_(s)的增加对Al_(10)V相细化效果更显著,其平均尺寸最小可低至4.1μm^(2)。v_(s)对Al_(10)V相尺寸波动的影响比Al_(3)V相的大:Al_(10)V相的尺寸波动随v_(s)的降低而增大,而Al_(3)V相尺寸波动随v_(s)的增大先增加后降低,v_(s)在120.4℃·s^(-1)时Al_(3)V尺寸波动最大。

关键词：中间合金 V结晶相凝固冷却速率尺寸分布

纳秒脉冲电压幅值和上升/下降沿时间对大气压氮气DBD均匀性的影响

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高电压技术 2024年第2期50卷 852-860页

作者：李梦遥王歆昀赵昱雷刘峰方志南京工业大学电气工程与控制科学学院南京211816

大气压氮气介质阻挡放电在材料改性、环境保护、消毒灭菌、臭氧合成以及流动控制等领域具有广阔的应用前景,放电均匀性是影响其应用效果的关键。通过电学及光学诊断方法研究了电压幅值、上升/下降沿时间、及重复频率对纳秒脉冲氮气DBD... 详细信息

大气压氮气介质阻挡放电在材料改性、环境保护、消毒灭菌、臭氧合成以及流动控制等领域具有广阔的应用前景,放电均匀性是影响其应用效果的关键。通过电学及光学诊断方法研究了电压幅值、上升/下降沿时间、及重复频率对纳秒脉冲氮气DBD均匀性和放电过程的影响。利用灰度分析方法和等效电路模型定量分析放电图像和电压电流波形,得到放电均匀性和电学微观参数。结果表明:增加电压幅值或重复频率,氮气DBD均匀性呈现不均匀到均匀再到不均匀的变化规律,并且频率较低时的氮气DBD需要更大的电压幅值以实现均匀放电;增大脉冲上升或下降沿时间会导致放电均匀性显著下降,且相比于下降沿,上升沿对放电均匀性影响更大。测量发射光谱对比了不同纳秒脉冲参数下化学活性物种含量的变化,发现增大电压幅值、重复频率均会导致N_(2)各激发态粒子谱线强度增强;脉冲上升沿或下降沿时间的增加使主要粒子谱线强度下降。此研究揭示了纳秒脉冲参数对N_(2)DBD过程影响机制,有利于制备均匀、稳定且高活性的大气压等离子体源。

关键词：纳秒脉冲脉冲参数介质阻挡放电氮气均匀性

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高温热处理对Al_(x)CoCrFeNi(0.5≤x≤0.8)高熵合金微观组织及力学性能的影响

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材料工程 2024年第1期52卷 249-258页

作者：曹雷刚王帆侯鹏宇杨越崔岩北方工业大学机械与材料工程学院北京100144

采用电弧熔炼法制备Al_(x)CoCrFeNi(0.5≤x≤0.8)高熵合金,研究1100℃高温热处理对合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:铸态合金依次呈现为FCC枝晶组织(x=0.5和0.6)、类共晶组织(x=0.7)和BCC/B2枝晶组织(x=0.8)。相应地,合金屈服... 详细信息

采用电弧熔炼法制备Al_(x)CoCrFeNi(0.5≤x≤0.8)高熵合金,研究1100℃高温热处理对合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:铸态合金依次呈现为FCC枝晶组织(x=0.5和0.6)、类共晶组织(x=0.7)和BCC/B2枝晶组织(x=0.8)。相应地,合金屈服强度和抗拉强度分别由291 MPa和733 MPa(x=0.5)提升至1004 MPa和1423 MPa(x=0.7),伸长率由39.7%(x=0.5)降低至6.8%(x=0.7)。经1100℃高温热处理,FCC枝晶相脱溶析出大量棒状B2相,可以提升合金强度,而BCC/B2调幅组织转变为FCC和B2双相组织(FCC相含量增加),可以提升合金塑性。因此,以FCC枝晶组织为主的Al0.5CoCrFeNi合金高温热处理后屈服强度和抗拉强度分别提升至370 MPa和866 MPa,伸长率降低至30.1%。相比而言,Al_(0.6)CoCrFeNi合金调幅组织体积分数有所增加,两种相变对合金组织和性能影响均较大,故而热处理态合金力学性能基本不变。Al_(0.7)CoCrFeNi和Al_(0.8)CoCrFeNi合金调幅组织体积分数更高,热处理态合金均表现为FCC和B2双相组织,合金塑性提升,强度降低。其中热处理态Al_(0.7)CoCrFeNi合金伸长率提升至14.2%,屈服强度和抗拉强度分别降低至586 MPa和1092 MPa。

关键词：高熵合金热处理相变微观组织力学性能

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Ti65钛合金热变形行为及本构方程

塑性工程学报 2024年第2期31卷 120-128页

作者：李萍许海峰孟淼虞仁海薛克敏合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009

利用WDW-100H万能试验机对Ti65钛合金进行了等温恒应变速率热压缩实验,变形温度为840~1010℃,应变速率为0.001~0.1 s^(-1),建立了应变补偿型Arrhenius本构方程和热加工图。结果表明:在840~880℃内流动应力曲线波动较大,在880℃时峰值应... 详细信息

利用WDW-100H万能试验机对Ti65钛合金进行了等温恒应变速率热压缩实验,变形温度为840~1010℃,应变速率为0.001~0.1 s^(-1),建立了应变补偿型Arrhenius本构方程和热加工图。结果表明:在840~880℃内流动应力曲线波动较大,在880℃时峰值应力与稳定后应力之间的降幅最小,为24%,对温度敏感性较大;在920~1010℃内流动应力曲线较为平稳,在920℃时峰值应力与稳定后应力之间的降幅最大,为30%,对温度敏感性较小。采用应变补偿型Arrhenius本构方程可以较好地预测Ti65钛合金在变形条件为840~1010℃和0.001~0.1 s^(-1)下流动应力的变化规律。根据相关系数R=0.994和平均相对误差e AARE=6.9%可以判断出该模型精度较高,平均应变速率敏感性指数m为0.31。在应变为1.0时建立热加工图,发现Ti65钛合金在低温高应变速率下可能会发生失稳,在低温低应变速率下会发生再结晶行为。最终得出Ti65钛合金的最佳热变形工艺参数,即温度区间为940~980℃,应变速率区间为0.01~0.001 s^(-1)。

关键词： Ti65钛合金热变形行为本构方程热加工图

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碳纤维复合材料飞机蒙皮表面漆层激光清洗工艺研究

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中国激光 2024年第12期51卷 72-85页

作者：顾军义李文琴苏轩徐杰郭斌哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院广东深圳518055 哈尔滨工业大学郑州研究院河南郑州450046 哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150080

激光清洗碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)表面涂层一直面临着形貌破坏与基体过热的风险。为了明晰工艺参数对激光清洗CFRP飞机蒙皮表面油漆的影响规律,探究CFRP表面油漆的激光清洗机理,进行了红外纳秒激光清洗CFRP表面油漆的实验。首先... 详细信息

激光清洗碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)表面涂层一直面临着形貌破坏与基体过热的风险。为了明晰工艺参数对激光清洗CFRP飞机蒙皮表面油漆的影响规律,探究CFRP表面油漆的激光清洗机理,进行了红外纳秒激光清洗CFRP表面油漆的实验。首先利用田口正交阵列开展了不同参数下的清洗实验。随后采用信噪比(S/N)与方差分析(ANOVA)探讨了激光功率、扫描速度、搭接率与重复频率等工艺参数对油漆清洗深度、表面粗糙度和清洗温度的影响。最后借助红外热成像与高速摄像技术,对激光清洗过程中的温度响应、羽流形成与消逝及漆层动态行为进行了观测。研究结果表明:搭接率是影响清洗深度、表面粗糙度和清洗温度的最主要参数,扫描速度与激光功率的影响同样显著,而重复频率的影响不显著。CFRP表面油漆的激光去除机制主要以激光热效应造成的热烧蚀、气化为主。

关键词：激光技术激光清洗碳纤维增强复合材料除漆机理清洗工艺

电化学储能及传感用细菌纤维素及其复合材料的研究进展

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复合材料学报 2024年第6期41卷 2745-2760页

作者：王静李彩云万怡灶天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学复合材料研究院先进纺织复合材料教育部重点实验室天津300387 华东交通大学先进材料研究院南昌330013

细菌纤维素(Bacterial cellulose,BC)来源丰富,是一种绿色环保的可再生材料。BC具有优异的物理化学特性,是具有多样性应用潜力的生物聚合物材料,随着能源和生态环境的持续恶化,对于开发先进储能技术亟待实现,BC在电化学储能、传感及能... 详细信息

细菌纤维素(Bacterial cellulose,BC)来源丰富,是一种绿色环保的可再生材料。BC具有优异的物理化学特性,是具有多样性应用潜力的生物聚合物材料,随着能源和生态环境的持续恶化,对于开发先进储能技术亟待实现,BC在电化学储能、传感及能源转换领域展现出广阔的应用前景,受到诸多关注。本文对BC做了简要介绍,以BC及其复合材料在电化学储能及传感领域的种类、不同处理及改性手段对BC结构与性能的影响为线索,系统地对BC在电化学储能及传感领域的应用进展进行了概述,对其在新型电子器件及能源转换领域的发展也有所涉及,最后对BC在电化学储能及传感材料的研究进展及发展方向进行了总结和展望。

关键词：细菌纤维素复合材料储能传感研究进展

高导热碳/碳复合材料表面高发射率涂层的制备及性能

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复合材料学报 2024年

作者：薛正航张守阳张若茜宋强刘文琪西北工业大学材料学院

高导热碳/碳（HTC-C/C）复合材料表面的红外发射率较低，导致其辐射散热能力较差，为进一步提高其热管控能力，需要在其表面涂覆高发射率涂层。通过使用压缩空气喷涂法在HTC-C/C复合材料表面制备了兼具高红外辐射和抗热震性能的碳纳米管... 详细信息

高导热碳/碳（HTC-C/C）复合材料表面的红外发射率较低，导致其辐射散热能力较差，为进一步提高其热管控能力，需要在其表面涂覆高发射率涂层。通过使用压缩空气喷涂法在HTC-C/C复合材料表面制备了兼具高红外辐射和抗热震性能的碳纳米管（CNTs）/炭黑（CB）复合涂层，在沉积一定量的热解碳（PyC）后，使涂层在保持高红外发射率的同时获得了更强的界面结合性能。探究了热震和高温热处理对高发射率涂层组织和性能的影响。结果表明，当CNTs与CB质量比达到最优比例时，制备得到的涂层发射率达0.94以上，经60次300℃?-196℃热循环的抗热震性能测试后未发生开裂和剥落现象，具有良好的热稳定性。涂层中的纳米碳材料在热处理后微观有序程度发生改变，导致涂层发射率呈现波长依赖性，但是由于各个波段的协同作用，全测试波段（1-22 μm）发射率波动较小。

关键词：高发射率涂层碳/碳复合材料碳纳米管炭黑热解碳抗热震性能

钬离子掺杂氟氧钇亚微米晶的荧光量子化表征与温度传感特性研究

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光子学报 2024年第4期53卷 187-197页

作者：赵昕于婧李德胜林海大连工业大学信息科学与工程学院大连116034

采用水热合成法和高温煅烧法相结合制备了Ho^(3+)/Yb^(3+)共掺杂三方晶系的YOF亚微米晶体,该晶体具有较强的量子产率和良好的灵敏度。在977 nm激光泵浦下对晶体颗粒的上转换发光性能进行表征,利用荧光光谱测试系统绘制出样品的光谱功率... 详细信息

采用水热合成法和高温煅烧法相结合制备了Ho^(3+)/Yb^(3+)共掺杂三方晶系的YOF亚微米晶体,该晶体具有较强的量子产率和良好的灵敏度。在977 nm激光泵浦下对晶体颗粒的上转换发光性能进行表征,利用荧光光谱测试系统绘制出样品的光谱功率分布。计算了光量子数分布和量子产率等绝对荧光参量。展示了在303~433 K温度范围内的荧光上转换发光性能并计算了灵敏度。测试结果表明,在977 nm激光激发下泵浦功率密度为73 m W/mm~2时,总光通量达到3.35 mlm,Ho^(3+)的绿光和红光的量子产率分别为2.97×10^(-5)和1.40×10^(-5),较高的量子产率确保了足够的荧光强度来实现温度反馈。在303 K时有最大相对灵敏度为0.437%K^(-1),当温度升至433 K时相对灵敏度仍能保持在0.331%K^(-1)。因此Ho^(3+)/Yb^(3+)共掺杂YOF亚微米晶体作为一种高效发光和高温度灵敏度材料为温度传感领域提供了一种潜在的选择。

关键词：稀土掺杂 YOF亚微米晶体上转换光子定量量子产率实时温度反馈