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应用于运动平台光电跟瞄系统的惯性参考单元研究综述

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光学精密工程 2024年第3期32卷 401-421页

作者：李醒飞何梦洁拓卫晓王天宇韩佳欣王信用天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 深海技术科学太湖实验室江苏无锡214000

目标的变化和任务的拓展对光电跟瞄系统提出了快速机动的要求,从地基平台到车载、船载、机载、星载等运动平台是光电跟瞄系统的重要发展趋势。基于惯性参考单元(Inertial Reference Unit,IRU)的视轴稳定方式是克服运动平台高频扰动,实... 详细信息

目标的变化和任务的拓展对光电跟瞄系统提出了快速机动的要求,从地基平台到车载、船载、机载、星载等运动平台是光电跟瞄系统的重要发展趋势。基于惯性参考单元(Inertial Reference Unit,IRU)的视轴稳定方式是克服运动平台高频扰动,实现光电跟瞄系统微弧度甚至亚微弧度级跟瞄的主要技术手段。针对运动平台光电跟瞄系统精确指向对载体基座扰动抑制的需求,分析和对比了IRU的各种技术方案,特别介绍了利用低噪声、宽频带惯性传感器敏感角扰动,并通过反馈控制实现视轴惯性稳定的系统方案。从此类IRU系统的工作原理出发,阐述了系统的两种工作模式及功能特点,建立了系统数学模型。然后,介绍了IRU的国内外研究进展及发展方向,指出惯性传感、支承结构和控制系统是决定IRU稳定能力的关键因素,梳理了三项关键技术的研究动态。最后,总结了IRU的空间应用情况,并结合目前的应用需求对其未来应用领域进行了探讨。

关键词：惯性参考单元运动平台光电跟瞄系统视轴稳定扰动抑制

激流丝扰动下回转体边界层流动转捩的模态特征

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实验流体力学 2024年第2期38卷 59-67页

作者：赵祎佳肖加兵刘建华李孝检赵明天津商业大学机械工程学院天津300134 天津大学机械工程学院天津300354 中国船舶科学研究中心深海技术科学太湖实验室无锡214082

水下航行体首部边界层转捩会产生较强的噪声,严重影响其通信及探测性能。为探明诱发水动力噪声的主要流动结构,本文以SUBOFF缩比模型为研究对象,采用高速水洞实验及大涡模拟方法,获得激流丝扰动下的水下回转体边界层流场。研究发现:边... 详细信息

水下航行体首部边界层转捩会产生较强的噪声,严重影响其通信及探测性能。为探明诱发水动力噪声的主要流动结构,本文以SUBOFF缩比模型为研究对象,采用高速水洞实验及大涡模拟方法,获得激流丝扰动下的水下回转体边界层流场。研究发现:边界层内流动在激流丝下游形成分离泡,在分离泡中后部发生转捩,诱发了大量多尺度非定常涡系。采用本征正交分解方法研究了边界层转捩区流向、法向速度脉动及压力脉动的模态特征,发现流向速度脉动的主导模态是分离泡及其沿流向的破碎和下游流向涡,其中分离泡区域流向速度脉动为低于3000 Hz的复合频率,下游流向涡为低于200 Hz的低频结构。法向速度脉动与压力脉动模态特征相似,都呈现出高频、宽频脉动特征,在分离泡附近强度最大。由此推测,分离泡及其破碎是边界层转捩的主要诱因,其诱发的法向速度脉动是产生高/宽频噪声的主要原因,流向速度脉动仅与低频噪声有关。

关键词：水下回转体激流丝大涡模拟本征正交分解模态特征

二维材料体系激子上转换发光研究进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第3期61卷 178-199页

作者：刘海毅齐鹏飞南开大学现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

上转换发光即发射光子能量高于激发光子能量的反斯托克斯过程,可以有效实现能量重整与转化,在生物成像、太阳能电池、光催化及光制冷等方面有着巨大应用前景。作为后摩尔时代战略性新材料,二维材料由于激子偶极矩强度大、线宽窄、无序... 详细信息

上转换发光即发射光子能量高于激发光子能量的反斯托克斯过程,可以有效实现能量重整与转化,在生物成像、太阳能电池、光催化及光制冷等方面有着巨大应用前景。作为后摩尔时代战略性新材料,二维材料由于激子偶极矩强度大、线宽窄、无序性低、束缚能高等优势,为实现室温高效激子上转换发光创造了有利条件,近年来吸引了研究者的广泛兴趣。本文首先介绍实现光子上转换的发光机制,包括声子辅助、双光子吸收、俄歇复合等途径,进而梳理基于六方氮化硼、单层过渡金属二硫化物、二维钙钛矿等典型二维材料体系的上转换发光效应研究,同时针对上转换发光效率低的问题,讨论对二维材料上转换发光的调控和增强方式,最后展望二维材料体系激子上转换发光效应的应用前景。

关键词：上转换发光材料二维材料激子非线性光学

电离辐射调控二维材料物性的机理与应用（特邀）

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光子学报 2024年

作者：高腾腾钱文启刘海毅王雪盈刘芳汛林思涵齐鹏飞南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室

在后摩尔时代，二维材料因其在高性能光电集成器件中的潜力而成为研究的焦点。尽管这些材料展现出优异的物理性能，但其在极端环境下的稳定性和可靠性，尤其是电离辐射对其性能的影响，仍是一个未被充分解决的问题。深入探讨了电离辐射... 详细信息

在后摩尔时代，二维材料因其在高性能光电集成器件中的潜力而成为研究的焦点。尽管这些材料展现出优异的物理性能，但其在极端环境下的稳定性和可靠性，尤其是电离辐射对其性能的影响，仍是一个未被充分解决的问题。深入探讨了电离辐射对二维材料微观结构和物性的影响，揭示了辐射引起的缺陷和掺杂如何改变材料的电学、光学和机械特性。强调了辐射类型和能量在决定二维材料器件性能中的重要性，指出适当的辐射参数可以提升材料性能，而过量辐射则可能导致性能下降。通过精确控制辐射参数，可以实现对二维材料性能的有效调控。还详细讨论了辐射处理后的二维材料在光刻和光传感等技术领域的应用，并对未来在空间探索、能源和国防等领域的应用前景和挑战进行了展望。

关键词：二维材料电离辐射微观结构调控光学性能调控

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水下作业装置直航状态水动力学研究

船舶工程 2024年第7期46卷 149-155,165页

作者：张港庆董建帅苏世杰殷宝吉晏飞江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212003 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 深海技术科学太湖实验室江苏无锡214082

为了研究不同雷诺数对水下作业装置水动力特性的影响,采用RANS控制方程和RNG k-ε湍流模型对水下作业装置进行数值模拟。首先对SUBOFF潜艇进行了数值模拟,并与试验值进行比较,验证数值模拟的有效性和可靠性。研究在直航的状态下不同雷... 详细信息

为了研究不同雷诺数对水下作业装置水动力特性的影响,采用RANS控制方程和RNG k-ε湍流模型对水下作业装置进行数值模拟。首先对SUBOFF潜艇进行了数值模拟,并与试验值进行比较,验证数值模拟的有效性和可靠性。研究在直航的状态下不同雷诺数对表面压力、涡量以及湍流动能的影响。数值模拟的结果表明,随着雷诺数增加,水下作业装置在迎流处表面压力增大,机械臂后涡量和湍流动能增大。研究结果可为水下作业装置的稳定性优化提供参考。

关键词：水下作业装置水动力雷诺数计算流体动力学

飞秒激光仿生调控材料表面浸润性:当前进展与挑战(特邀)

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中国激光 2024年第1期51卷 161-241页

作者：雍佳乐吴东中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230026

特殊浸润性表面在众多应用领域都发挥着重要作用,因而它的制备不论是在基础科学研究领域还是在工程实际应用方面都具有重要意义。可加工材料广泛以及擅长微纳结构精细设计的优势使飞秒激光成为一种制备各种超浸润微结构表面的有效工具... 详细信息

特殊浸润性表面在众多应用领域都发挥着重要作用,因而它的制备不论是在基础科学研究领域还是在工程实际应用方面都具有重要意义。可加工材料广泛以及擅长微纳结构精细设计的优势使飞秒激光成为一种制备各种超浸润微结构表面的有效工具。本综述系统总结了飞秒激光微加工技术在调控材料表面浸润性方面的研究进展。基于飞秒激光对材料表面微纳结构的设计和改性,可以实现超亲水与超疏水性、超疏油性、水下超疏气与超亲气性、液体灌注超滑表面、水下超疏聚合物性、超疏液态金属性、可调黏滞性、各向异性浸润性、智能可调浸润性等一系列极端浸润性质。这些特殊的浸润性使得飞秒激光作用后的材料获得了一系列实际应用,如防水/防油/防气、自清洁、液滴操控、液体图案化、浮力增强、微小液滴/气泡释放、油水分离、水气分离、防结冰、防腐蚀、水下减阻、水雾收集、微流控、柔性电路/电子器件、细胞工程、生物医疗、海水淡化、表面增强拉曼散射等。最后,本文总结讨论了飞秒激光调控材料表面浸润性技术的突出优势以及当前所面临的挑战。

关键词：激光技术飞秒激光微纳加工浸润性超疏水

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纳米镍颗粒改性钛合金微弧氧化膜的摩擦性能

表面技术 2024年第17期53卷 94-102页

作者：唐明奇禹业帅辛畅冯在强周波蒋正权王峰谢屹鹏闫镇威华北水利水电大学材料学院郑州450045 华北水利水电大学机械学院郑州450045 河南省锅炉压力容器检验技术科学研究院郑州450016

目的基于微弧成膜机制形成的类陶瓷氧化膜层中存在大量孔洞、裂纹和凸起,使得膜层的致密性和耐磨性不够理想。通过在钛合金微弧氧化膜中引入镍,从而改善膜层的组织结构,提高膜层的抗磨性能。方法利用不同含量纳米镍颗粒的碱性电解液,在... 详细信息

目的基于微弧成膜机制形成的类陶瓷氧化膜层中存在大量孔洞、裂纹和凸起,使得膜层的致密性和耐磨性不够理想。通过在钛合金微弧氧化膜中引入镍,从而改善膜层的组织结构,提高膜层的抗磨性能。方法利用不同含量纳米镍颗粒的碱性电解液,在TC4钛合金表面制备微弧氧化膜层。利用SEM、EDS、XRD、XPS对微弧氧化膜层的微观结构、截面形貌、相组成和元素组成进行分析,采用显微维氏硬度计和摩擦磨损试验机检测膜层的硬度和摩擦学性能。结果纳米镍颗粒的引入,使得微弧氧化膜的厚度增加,提高了膜层的致密性。当纳米镍颗粒的加入量(质量浓度)为2 g/L,且微弧氧化时间为45 min时,膜层表面微孔分布均匀,凸起和微裂纹较少。微弧氧化膜主要由金红石相和锐钛矿相组成,进入膜层的Ni主要以NiO的形式存在。在添加2 g/L纳米镍颗粒、微弧氧化时间为45 min时,制备的膜层硬度为452HV,抗磨性能表现最好,其摩擦因数一直稳定在0.75左右,抗磨性能相较于基础膜层提升了约67%。结论适当加入纳米镍颗粒及采用合理的微弧氧化时间能够减少膜层的微孔和微裂纹,进一步提高膜层的硬度和抗磨性能。

关键词：钛合金微弧氧化纳米镍颗粒膜层摩擦性能

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等离子体刻蚀建模中的电子碰撞截面数据

物理学报 2024年第9期73卷 1-25页

作者：陈锦峰朱林繁中国科学技术大学近代物理系合肥230026

半导体芯片是信息时代的基石,诸如大数据、机器学习、人工智能等新兴技术领域的快速发展离不开源自芯片层面的算力支撑.在越来越高的算力需求驱动下,芯片工艺不断追求更高的集成度与更小的器件体积.作为芯片制造工序的关键环节,刻蚀工... 详细信息

半导体芯片是信息时代的基石,诸如大数据、机器学习、人工智能等新兴技术领域的快速发展离不开源自芯片层面的算力支撑.在越来越高的算力需求驱动下,芯片工艺不断追求更高的集成度与更小的器件体积.作为芯片制造工序的关键环节,刻蚀工艺因此面临巨大的挑战.基于低温等离子体处理技术的干法刻蚀工艺是高精细电路图案刻蚀的首选方案,借助等离子体仿真模拟,人们已经能够在很大程度上缩小实验探索的范围,在海量的参数中找到最优工艺条件.电子碰撞截面是等离子体刻蚀模型的关键输入参数,深刻影响着模型预测结果的可靠性.本文主要介绍了低温等离子体建模的基本理论,重点强调电子碰撞截面数据在数值模拟中的重要作用.与此同时,本文概述了获取刻蚀气体截面数据的理论与实验方法.最后总结了刻蚀相关原子分子的电子碰撞截面研究现状,并展望了未来的研究前景.

关键词：电子碰撞截面干法刻蚀低温等离子体等离子体建模

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锅炉水冷壁管泄漏失效分析

化工设备与管道 2024年第3期61卷 22-26页

作者：马江陈帅甫赵延灵河南省锅炉压力容器检验技术科学研究院河南郑州450016 中国石油大学(华东) 山东青岛266580

针对某企业锅炉运行期间水冷壁管发生纵向开裂泄漏的问题进行了研究分析,在对取样的水冷壁管宏观形貌分析、化学成分分析、显微组织分析以及机械性能检测的基础上,结合锅炉的服役运行情况研究了水冷壁管泄漏失效的原因。水冷壁管因长期... 详细信息

针对某企业锅炉运行期间水冷壁管发生纵向开裂泄漏的问题进行了研究分析,在对取样的水冷壁管宏观形貌分析、化学成分分析、显微组织分析以及机械性能检测的基础上,结合锅炉的服役运行情况研究了水冷壁管泄漏失效的原因。水冷壁管因长期过热导致材料性能老化,最终发生了蠕变开裂引起泄漏失效。根据分析结果,提出了对应的解决方案和预防措施,避免同类型失效现象对锅炉安全运行的影响。

关键词：锅炉水冷壁管泄漏失效分析