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得益于铁磁材料极高自旋密度、强自旋-晶格相互作用及力学系统对信号的谐振放大,铁磁-力学系统在磁场精密测量领域展现出巨大潜力.本文研究了处于均匀磁场中的铁磁体所构成的铁磁扭摆振子(Ferromagnetic Torsional Oscillator,FMTO)的力学特性,分析了其作为磁传感器的探测性能;研究表明,FMTO磁传感器在基础噪声的影响下仍拥有超高的磁灵敏度,能够超越能量分辨率极限(Energy Resolution Limit,ERL)2~4个量级.随后针对FMTO磁传感器在新相互作用探测领域的应用进行了探讨,研究指出FMTO磁传感器测量的新相互作用耦合常数的下限领先ERL磁传感器5个量级,并超越现有实验结果2~9个量级。
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Shockley-Queisser（S-Q）模型定义的理想太阳能电池是光伏器件分析的一个重要里程碑。异质结太阳电池是光伏热门研究领域之一。本文基于光伏电池S-Q模型基础，针对异质结太阳电池空间势垒区能带不连续对光生载流子的输运存在的阻碍作用，修订S-Q模型中的假设，引入空间势垒区有限迁移率假设，推导异质结太阳电池光电转换方程，计算光电转换效率。5780K黑体辐射、电池温度300K条件下计算结果表明最高转换效率约为31%；异质结太阳能电池的开路电压可以超过窄带隙半导体的带隙限制；高迁移率、低串阻条件下，降低宽带隙半导体的光子吸收数目、增加窄带隙半导体光子吸收数目，异质结太阳电池存在效率损失。
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三维颗粒体系颗粒间接触力计算是散体力学研究的重难点. 以双弹性橡胶球为研究对象, 开展Micro-CT原位平压实验, 基于Hertz接触理论和Tatara大变形接触理论, 验证了弹性球接触模型, 获得了基于实验的弹性球接触力理论公式. 以三维颗粒体系为研究对象, 开展了Micro-CT原位探针加载实验, 获取颗粒二维图像序列, 经过系列数字变换得到数字体图像, 获得了不同加载状态下三维颗粒体系接触力网络, 分析了颗粒体系接触力分布及演化规律, 探究了强接触数量及分布演化与颗粒体系稳定性的联系. 研究结果表明: 基于实验的弹性球接触力公式能合理有效表征两颗粒间的接触力; 探针加载下颗粒间接触力呈现以探针压头接触点为起点, 向下方和四周逐级传递接触力的网状分布; 强接触数量占接触总数量的45%—50%, 分布贯穿于整个颗粒体系内部, 支撑起颗粒体系网络结构, 较大值集中于压头下方呈现树杈状分布; 加载过程中, z = 14 mm处建立了平衡点, 平衡点处, 强接触数量达到顶峰, 强接触力网络结构布满整个三维颗粒体系, 建立起承受外载荷的主要骨架, 随着加载继续, 强接触力的整体数值更高, 在颗粒体系内部分布也更加均匀.
, 最后更新时间: , 收稿日期: 2024-06-14
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铌酸钠基介电储能材料具有相对密度低、无铅及低成本等优点, 能够满足电子元器件向小型化、无害化、集成化和轻量化方向发展的重大需求. 本文通过在NaNbO3陶瓷中同时引入Bi(Mg0.5Sn0.5)O3和(Bi0.5Na0.5)0.7Sr0.3TiO3组分, 采用传统固相烧结法制备(1–x)[0.93NaNbO3-0.07Bi(Mg0.5Sn0.5)O3]–x(Bi0.5Na0.5)0.7Sr0.3TiO3(简称(1–x)(NN-BMS)–xBNST, 0.00 ≤ x ≤ 0.30)弛豫铁电陶瓷, 并利用X-射线衍射、扫描电子显微镜、紫外光谱和拉曼光谱等技术对陶瓷进行表征, 研究(Bi0.5Na0.5)0.7Sr0.3TiO3掺杂对NaNbO3陶瓷的物相组成、微观形貌, 以及介电和储能等电学性能的影响. 0.75(NN-BMS)-0.25BNST陶瓷具有优良的介电温度稳定性(25—160 ℃, Δε/ε25°C ≤ ±15%)和介电频率稳定性, 满足EIAZ8U标准, 具备在特殊环境下(高温/高频)工作的潜力. 另外, 0.75(NN-BMS)-0.25BNST陶瓷在较高的场强下(390 kV/cm)获得了良好的储能性能: 有效储能密度Wrec = 2.73 J/cm3, 储能效率η = 82.6%, 且性能在20—100 ℃的温度范围内具有高的温度稳定性. 研究表明0.75(NN-BMS)-0.25BNST陶瓷在无铅介电储能电容器中有着广阔的应用前景.
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激光选区熔化技术有望实现复杂形状非晶合金部件的制造, 但晶化现象难以避免. 基板是激光选区熔化装置的重要部件, 对打印件质量及微观结构有不容忽视的影响, 但关于其对打印样品影响的研究还不多见. 本文利用分子动力学模拟, 在原子尺度探究了Fe50Cu25Ni25非晶合金激光选区熔化过程中基板温度对晶化及原子团簇的影响. 研究发现, 基板温度低于750 K时, 面心立方(FCC)晶相结构的特征键对1421含量及相应的$ \left\langle{0, {\mathrm{ }}4, {\mathrm{ }}4, {\mathrm{ }}6}\right\rangle $面心立方团簇含量随基板温度升高而明显增加; 基板温度接近玻璃转变温度时, 键对和团簇的演变同时受玻璃形成能力、熔体和冷却速率等的共同影响. 本研究揭示了铁基非晶合金激光选区熔化过程中原子团簇随基板温度的演变及其原子尺度的晶化, 为理解与调控非晶晶化提供了新的思路.
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多模光纤的布里渊传感技术因其能够同时进行温度、应变等多参量的模态传输，具备更高的信息容量和传输效率而备受关注。此外，铌酸锂材料凭借其优异的电光特性，在传感领域展现出潜在应用价值，有望提供更高灵敏度和精度。然而，受工艺成熟度影响，目前光纤传感的研究多集中于硅基材料，以铌酸锂为纤芯材料的研究相对较少，其应用潜力被普遍低估。本文针对铌酸锂光纤中的布里渊散射效应的理论研究，通过有限元仿真技术，模拟微米量级铌酸锂光纤中各阶数模式的后向布里渊散射特性，分析光纤中前5个LP模(LP01、LP11、L P21、LP02和LP31)的模内受激布里渊散射特性，以探明铌酸锂微米光纤模态内后向布里渊散射特性。结果表明，铌酸锂光纤的有效折射率(2.1785~1.9797)、布里渊散射频移( 20.63~18.747 GHz )以及增益( 4.0115 m−1·W−1-13.503 m−1·W−1 )均随着模式阶数的增高而减小，模拟结果进一步表明，与普通硅结构光纤相比，铌酸锂光纤结构的布里渊增益有显著提高，预示其在传感方面的灵敏度也会更高。
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稳定的Casimir平衡点来源于Casimir能函数曲线在空间构成陷阱处的最小值. 本文提出了一种基于双液体的可调控Casimir平衡点. 在金属衬底上, 由于有机溶液和水之间的不相溶性, 形成分层液体体系. 密度低的溶液在上层, 而密度高的溶液在底层. 研究发现, 沉浸在甲苯或苯溶液中的金属悬浮薄片存在稳定的Casimir平衡点. 此外, 倒置的溴苯@水系统中也存在Casimir平衡点. 这些Casimir平衡点距离液体分层界面的高度可通过水层的厚度实现灵活调控. 最后, 还分析讨论了系统温度和水的离子浓度对Casimir平衡点的影响. 本文开辟了一种调控Casimir平衡点的新途径, 并对微纳尺度颗粒的“量子囚禁”具有重要意义.
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超导转子凭借其独特的物理性质, 在精密测量领域具有巨大的应用潜力. 超导转子磁悬浮装置可制作高精度角速度传感器, 在外界干扰力矩作用下, 极轴偏移初始位置是引起超导转子极轴漂移误差的原因, 其中球面误差和地球自转属于主要误差源, 对超导转子球面误差引起的极轴研究结果为提升转子漂移精度、进行误差补偿提供了一定参考. 速度进行补偿是实现超导转子磁悬浮装置高精度的关键步骤. 基于此, 开展了完整球形超导转子球面误差和地球自转对超导转子极轴偏移特性的影响因素研究. 首先, 本文基于矢量磁势方程对超导转子磁支承结构进行建模, 分析了理想状态下(即悬浮于球腔中心位置)超导转子表面的磁场强度分布, 研究了磁支承力特性. 然后分析了球面误差引起的超导转子的磁支承干扰力矩, 并基于超导转子动力学方程, 建立了超导转子动力学模型, 给出了不同转子结构参数下超导转子极轴漂移误差的分布规律. 最后, 探讨了地球自转对超导转子漂移测试的影响. 研究结果为后续提升转子漂移精度、优化转子结构设计和漂移测试方法的完善提供了参考.
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激光外差干涉测量是非接触振动探测的重要手段, 随着探测目标距离拓展, 人们对激光测振仪能量利用率和测量分辨力提出了更高的要求. 基于菲涅耳衍射积分、光纤耦合等相关理论, 建立了收发一体式光纤激光测振仪光场传递模型, 并基于散粒噪声受限假设, 提出粗糙目标回光情况仪器噪声基底评价方法. 结果表明, 收发望远镜焦距和口径共同决定系统能量利用率分布情况, 并进一步影响仪器测量分辨力. 针对激光波长为1550 nm, 光纤模场半径为5 μm, 对准距离为1 km的典型应用场景进行数值仿真实验, 收发透镜最优F数为3.3, 验证了模型的正确性, 仿真结果可作为光纤激光测振仪、激光测风雷达等收发镜头设计的依据.
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在裂纹模板法制备单层金属网格透明导电薄膜的基础上, 为提升其电磁屏蔽性能, 制备了双层金属网格透明导电薄膜. 通过旋涂法和提拉法工艺分别得到双层裂纹模板后, 进而制备相应的双层金属网格透明导电薄膜. 首先对同样条件下采用旋涂法制备的单层和双层金属网格透明导电薄膜样品进行性能测试和对比, 可知双层结构相对于单层的透光率下降了10.9%, 在Ku波段(12—18 GHz)测试的电磁屏蔽效能提升了30 dB. 另外, 对提拉法制备的双层金属网格样品也进行了测试, 与同样条件制备的单层金属网格样品相比, 双层结构在损失8.38%的透光率前提下, 在Ku波段的电磁屏蔽效能提升了20 dB. 测试结果表明, 制备的双层金属网格透明导电薄膜在牺牲一定透光性能前提下可明显提升电磁屏蔽性能. 通过对基于裂纹模板法的双层金属网格透明导电薄膜的制备和性能研究, 可以充分利用裂纹模板法工艺的低成本优势制备高电磁屏蔽性能的双层金属网格透明导电薄膜.
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光致发光光谱能够揭示半导体材料带隙、杂质能级等电子结构信息, 还可分析界面、载流子寿命、量子效率, 在紫外-近红外波段得到广泛应用. 在约4 μm以长红外波段, 由于热背景干扰强、光致发光信号弱、探测能力低, 光致发光光谱研究长期受限. 本文介绍了利用傅里叶变换光谱仪测量光致发光光谱的常规方法, 简述了为突破红外波段困境于1989年提出、历经20多年发展的连续扫描傅里叶变换双调制光致发光光谱方法及所受机理局限; 分析了2006年报道的基于步进扫描傅里叶变换光谱仪的红外调制光致发光光谱方法的抗干扰、灵敏度、信噪比优势, 列举了国际上诸多研究组对红外调制光致发光光谱方法有效性的例证和以此取得的应用研究进展; 总结了近年来宽波段、高通量扫描成像和空间微区分辨红外调制光致发光光谱测试方法发展以及从0.56—20 μm可见-远红外宽波段覆盖到千级通道光谱高通量检测、2—3 μm微区分辨红外调制光致发光光谱技术进步, 列举了应用研究稀氮/稀铋量子阱、HgCdTe外延膜、InAs/GaSb超晶格等可见-远红外半导体材料阶段结果和合作研究典型进展. 本文展现了红外调制光致发光光谱方法先进性和宽波段、高通量扫描成像与空间微区分辨光谱测试方法有效性, 预见了未来进一步应用研究方向.
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非弹性中子散射谱是材料科学和物理学研究中的关键工具, 其通过观测中子与物质相互作用后的能量和动量变化, 揭示材料的微观动力学特性. 该技术为定量描述材料的声子色散和磁性激发提供了重要信息. 非弹性中子散射谱仪根据单色中子的选择方法, 可分为三轴谱仪和飞行时间谱仪. 三轴谱仪具有高信噪比、高灵活性, 并且对特定测量点能进行精确追踪; 而飞行时间谱仪则通过多种手段显著提升实验效率. 非弹性中子散射谱仪的应用范围相当广泛, 在磁性、超导、热电、催化等诸多材料的机理研究方面, 均体现出其在推动前沿科学发展中的不可或缺性. 中国散裂中子源的高能非弹性谱仪是国内首台飞行时间中子非弹性谱仪, 凭借其创新的费米斩波器设计, 成功实现了高分辨率与多能量的共存, 同时实验可用的单束中子支数达到了国际领先水平.
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谷间电子散射机制对锗锡材料的电子输运及光电性能的影响至关重要。本文构建了锗锡材料G 和L能谷之间的谷间光学声子散射模型，研究其谷间电子转移效应。结果表明，散射率RΓL高于RLΓ约一个数量级，同时RΓL随Sn组分的增加而减小，并在Sn组分大于0.1时趋于饱和；而RLΓ几乎与Sn组分无关。谷间电子转移模型表明，Γ能谷电子填充率随Sn组分的增大呈现先增大后趋于饱和的规律，且与注入电子浓度关系不大。不考虑散射模型时，间接带Ge1-xSnx材料Γ能谷电子填充率与注入电子浓度关系不大；直接带Ge1-xSnx材料Γ能谷电子填充率与注入电子浓度相关，且电子浓度越低，Γ能谷电子填充率越大。研究成果有助于理解锗锡材料的电子迁移率、电输运和光电转换等微观机制，可为锗锡材料在微电子和光电子等领域提供理论参考价值。
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随着微观领域探索的不断深入，以光刻和各类刻蚀工艺为代表的微纳加工技术已被广泛应用于微米及纳米尺度的结构与器件制造，推动了集成电路、微纳光电器件、微机电系统等领域的不断革新。这不仅带动了设备性能的提升，还为微观物性调控机制的基础科学研究带来了新的机遇。近年来，作为一种新兴的微纳加工技术，扫描热探针技术（t-SPL）在二维材料加工、物性调控和纳米级灰度结构制造方面获得了实践应用，并展现出独特优势。本文将从扫描热探针技术的原理及特点出发，分析其在二维材料微纳加工及物性调控领域的最新研究进展，最后展望该技术的广阔应用前景。
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