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基于声黑洞设计理论的径向夹心式径-弯复合换能器

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物理学报 2024年第8期73卷 159-168页

作者：刘洋陈诚林书玉陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声重点实验室西安710119

基于弯曲波在声黑洞(acoustic black hole,ABH)结构中振幅不断增大的特性,提出了一种新型径向夹心式径-弯复合换能器,该换能器由径向夹心式圆环换能器与外围的环形ABH结构组成.ABH结构的存在实现了换能器径向振动与弯曲振动之间的转换,... 详细信息

基于弯曲波在声黑洞(acoustic black hole,ABH)结构中振幅不断增大的特性,提出了一种新型径向夹心式径-弯复合换能器,该换能器由径向夹心式圆环换能器与外围的环形ABH结构组成.ABH结构的存在实现了换能器径向振动与弯曲振动之间的转换,提高了换能器的声辐射性能.利用几何声学的方法建立了ABH结构弯曲振动的解析模型,给出了其弯曲振动的本征频率,并结合有限元方法讨论了换能器机电转换性能随尺寸变化的关系.通过有限元方法给出了该换能器在空气中的辐射声压场、辐射声强以及辐射指向性,仿真结果表明,ABH结构的存在能够改善换能器弯曲振动的机电转换性能,提高换能器的声辐射性能,使换能器呈现出一定的辐射指向性.最后通过实验对换能器样机的电阻抗特性以及振动模态进行测量,实验结果与仿真相符合.

关键词：声黑洞换能器径向振动弯曲振动

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铁电材料催化抗菌研究进展

工程科学学报 2024年第9期46卷 1702-1712页

作者：张妍车俊岭贾艳敏西安邮电大学理学院西安710121 陕西师范大学物理与信息技术学院西安710062

研究和发展抗菌技术对保障人类的生命健康至关重要.铁电材料是具有自发极化,且自发极化能够被外电场所转向的一类材料.在外加场的刺激下,铁电材料内部电偶极子的有序排列被打破,表面的束缚电荷重新分布,被释放的正负电荷与周围介质中的... 详细信息

研究和发展抗菌技术对保障人类的生命健康至关重要.铁电材料是具有自发极化,且自发极化能够被外电场所转向的一类材料.在外加场的刺激下,铁电材料内部电偶极子的有序排列被打破,表面的束缚电荷重新分布,被释放的正负电荷与周围介质中的氧气和水发生反应,生成具有强氧化性的活性物质(如·OH,O_(2)^(-))来灭活细菌.结合铁电材料具备良好的压电、热释电及光伏性质,以及响应快(10^(-6) s)、机电耦合系数高的独特优势,与催化技术相结合已发展成为一种新兴的灭菌技术.本综述从铁电材料的压电催化抗菌、热释电催化抗菌及光催化抗菌三个方面,对前人报道的关于铁电材料催化抗菌的工作进行了总结梳理,并分别阐述了铁电材料在不同类型催化过程中的抗菌机制.

关键词：铁电材料抗菌压电催化热释电催化光催化

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弹性聚合物固态电解质界面膜保护金属锂负极

硅酸盐学报 2024年第7期52卷 2187-2196页

作者：卢微王子豪赵安顺于明希杜米赵雪张文静刘梅冯明吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室吉林师范大学信息技术学院吉林师范大学物理学院

固态电解质界面膜（SEI）的性质直接影响着锂金属电池中金属锂负极的稳定性。本文通过原位紫外光聚合方法构筑了弹性聚合物人工固态电解质界面膜（EP-SEI）保护的金属锂负极。这种EP-SEI具有优异的均匀性、稳定性和弹性，在电池循环中... 详细信息

固态电解质界面膜（SEI）的性质直接影响着锂金属电池中金属锂负极的稳定性。本文通过原位紫外光聚合方法构筑了弹性聚合物人工固态电解质界面膜（EP-SEI）保护的金属锂负极。这种EP-SEI具有优异的均匀性、稳定性和弹性，在电池循环中促进锂离子均匀沉积。这些特性可以抑制锂枝晶的生成，缓冲金属锂负极在循环时的体积变化，有效保护金属锂负极。这种EP-SEI保护的金属锂负极组装的LFP||Li电池和NCM811||Li电池在0.5 C倍率下的最高容量分别可达到164.1 m A·h·g-1和187.1 m A·h·g-1，并稳定循环500圈。

关键词：人工固态电解质界面金属锂负极锂金属电池聚合物高弹性

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基于容器内壁反射能量变化的液位超声检测方法

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振动与冲击 2024年第8期43卷 257-262页

作者：张跳跳贺西平刘昱陕西师范大学物理学与信息技术学院西安710119

置于液罐外壁液面高度附近处的收发探头发射声束透过罐壁在其内壁产生一投影面积,提出利用液体在该投影面积中的占比与能量之间的关系来检测液位的变化。计算探头接收到的回波信号能量,该能量值与液面高度成反比,由此定征液面位置。搭... 详细信息

置于液罐外壁液面高度附近处的收发探头发射声束透过罐壁在其内壁产生一投影面积,提出利用液体在该投影面积中的占比与能量之间的关系来检测液位的变化。计算探头接收到的回波信号能量,该能量值与液面高度成反比,由此定征液面位置。搭建试验系统,采集回波信号,将算得的接收能量值代入占比面积表达式得到相对探头的液面位置。计算的液面位置与实际液面位置相吻合,两者的误差仅小于2.465 mm。有限元仿真计算也验证了探头接收能量与液位变化的关系。

关键词：超声波液位检测回波能量

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双排斜槽纵-扭复合振动压电超声换能器

应用声学 2024年

作者：陈奕豪林书玉陕西师范大学物理学与信息技术学院

为了提升纵-扭复合振动换能器的输出效率，该文研究了双排斜槽纵-扭复合振动压电超声换能器，其由一个夹心式压电超声换能器和一个带有双排斜槽的空心圆柱传振杆组成。给出双排斜槽纵-扭复合振动压电超声换能器的等效电路图，推导了输... 详细信息

为了提升纵-扭复合振动换能器的输出效率，该文研究了双排斜槽纵-扭复合振动压电超声换能器，其由一个夹心式压电超声换能器和一个带有双排斜槽的空心圆柱传振杆组成。给出双排斜槽纵-扭复合振动压电超声换能器的等效电路图，推导了输入阻抗和频率方程。基于有限元仿真软件分析了斜槽的排数和双排斜槽的倾角、间距、长度、宽度、深度和传振杆周向刻槽数量等几何形状对纵-扭复合振动压电超声换能器共振频率和输出端平均扭转量的影响。设计和加工了换能器，实验测试表明理论共振频率与实验结果吻合较好，双排斜槽纵-扭复合振动压电超声换能器可以有效提升输出端平均扭转量和纵向-扭转振动的比率。

关键词：双排斜槽纵-扭换能器扭转振动等效机电图共振频率

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超磁致伸缩换能器设计和实验

应用声学 2024年

作者：王一凡贺西平陕西师范大学物理学与信息技术学院

设计了一款窗型(双棒)和一款单棒结构频率为20 kHz的超磁致伸缩换能器，以输出振幅大、稀土棒内磁场均匀、棒受到应力小为优化目标对换能器的磁路进行了优化设计，并仿真计算了换能器的振动及声性能参数，如振型、输出振幅、阻抗圆和工... 详细信息

设计了一款窗型(双棒)和一款单棒结构频率为20 kHz的超磁致伸缩换能器，以输出振幅大、稀土棒内磁场均匀、棒受到应力小为优化目标对换能器的磁路进行了优化设计，并仿真计算了换能器的振动及声性能参数，如振型、输出振幅、阻抗圆和工作一定时间的温升。结果表明，窗型和单棒换能器稀土棒轴向磁场均匀度分别为92.31%和86.52%；1 A激励电流窗型换能器的输出振幅为6.3 μm，单棒换能器为5.0 μm；1 A激励电流窗型换能器工作15 min温度升高了47.8 ℃，单棒换能器相同电流、相同工作时间温度升高了57.8 ℃。对试制的两款换能器测试表明，窗型和单棒换能器的质量分别为2274 g和2166 g，长、宽分别为134 mm、124 mm和134 mm、90 mm；相同激励电流下窗型换能器的输出振幅是单棒换能器的1.4倍，工作相同时间窗型换能器温升比单棒换能器低6 ℃；窗型换能器的电声效率为67.88%，单棒换能器为65.2%。更大的输出位移提高了工作效率、拓宽了换能器的应用领域；更低的温升可以延长换能器的使用寿命、提高工作稳定性；更高的电声效率有利于实现节能降耗和提升经济效益的目标。这为实际应用时的选择提供了参考。

关键词：超磁致伸缩换能器仿真计算窗型结构阻抗圆

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多晶材料散射模型及识别实验研究

物理学报 2024年第3期73卷 134-142页

作者：刘昱贺西平贺升平陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声重点实验室西安710119 泸州高新技术研究所泸州646000

超声波识别在国防、军事、航空航天、核设施等高科技领域具有重要的应用价值.利用超声波可以实现对个体金属材料的识别,但现有研究侧重于识别材料超声信号差异的算法,缺乏识别机理.本文以2A12铝合金为例,利用6个晶粒在尺寸、形状、排布... 详细信息

超声波识别在国防、军事、航空航天、核设施等高科技领域具有重要的应用价值.利用超声波可以实现对个体金属材料的识别,但现有研究侧重于识别材料超声信号差异的算法,缺乏识别机理.本文以2A12铝合金为例,利用6个晶粒在尺寸、形状、排布方向以及排列顺序不同时,建立了10个2A12铝合金微结构的初级模型,以此类比多晶金属材料的复杂微观结构.利用Comsol有限元软件仿真计算了金属材料不同微观结构中的超声波时域信号,并将回波信号中的的背向散射信号提取为超声指纹.定义了特征差异Q,量化了具有不同微结构的散射模型间的超声指纹的差异.结果表明,微观结构的细微变化也会导致超声信号出现差异,其中晶粒尺寸的变化对信号的影响更为显著.随后提出了超声识别算法,并对4块形状完全一致的2A12铝合金样品进行了识别实验.识别结果表明,利用超声指纹可以准确识别出目标样品,且各样品间的超声指纹有显著区别.最后对样品进行了扫描电子显微镜实验,所得电子显微镜图片显示了各样品真实微观结构的形貌与差异,证实了所建立的超声散射模型的有效性.

关键词：超声散射微观结构多晶材料超声识别有限元方法

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基于学生学习过程引导视角的中美高中物理教材比较研究——以力学部分内容为例

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物理教学 2024年第5期46卷 70-76页

作者：高月于一真郭芳侠陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西710119

基于学生学习过程引导视角从定向、执行、反馈三个环节七个维度对中国2019年人教版高中《物理》和美国2013年版《物理:原理与问题》中译本两版教材的力学部分进行量化分析。分析得出:两国教材的学习过程引导设计各有所长。两国教材的动... 详细信息

基于学生学习过程引导视角从定向、执行、反馈三个环节七个维度对中国2019年人教版高中《物理》和美国2013年版《物理:原理与问题》中译本两版教材的力学部分进行量化分析。分析得出:两国教材的学习过程引导设计各有所长。两国教材的动机激发大部分都选择通过提供情境素材或提供情境素材并设置情境问题来进行,中国水平稍高;目标生成方面的设计都需要进一步改善;旧知激活方面,都注重向学生展示新旧知识间的联系,以促进新知识生成;新知理解方面,两国教材大都通过让学生参与思维性或体验性活动来理解新知识;新知应用方面,中国教材在安排实践性应用活动上还有所欠缺;梳理总结方面,中国教材需要改进,需注重帮助学生建立知识架构;检测反思方面,两国教材都选择课后习题的方式进行,水平适中,但需要重视对知识生成方法的考查。

关键词：学习过程设计教材比较高中物理

基于混叠模态Lamb波能量衰减特性的液位检测研究

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声学学报 2024年第3期49卷 458-463页

作者：刘昱贺西平张跳跳李斌陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声重点实验室西安710119 西北工业大学航海学院西安710072

提出了一种利用混叠模态Lamb波检测液位的方法。利用具有单侧液体负载的Lamb波的频散方程求得了相速度频散曲线,分析了波的离面位移和接收信号能量衰减的关系,选择激励了对液位变化敏感的Lamb波模态。仿真计算了不同角度入射波对应的混... 详细信息

提出了一种利用混叠模态Lamb波检测液位的方法。利用具有单侧液体负载的Lamb波的频散方程求得了相速度频散曲线,分析了波的离面位移和接收信号能量衰减的关系,选择激励了对液位变化敏感的Lamb波模态。仿真计算了不同角度入射波对应的混叠接收时域信号及其对应的能量。实验测试结果表明,包含B4模态波为主的混叠波的检测区分度远高于其他模态混叠波和纵波,该结果与理论计算相符。

关键词：液位检测 Lamb波频散曲线混叠模态