二维四方排列半圆铝管／空气声子晶体的禁带特性

采用时域有限差分法，分析了声波在二维四方排列半圆铝管，空气组合声子晶体中的禁带特性．通过对半圆铝管壁厚、旋转角度的计算，得到了比整圆铝管结构具有更宽完全禁带的半圆铝管结构，并利用实验测试验证了理论分析的正确性．分析了不同凹形截面散射体沿IX方向的禁带特性，指出了半圆管形散射体在实现最大禁带宽度方面的优越性．     

一种新型双层电磁带隙结构及其在微波电路中的应用

提出了一种新型双层电磁带隙结构, 并分别用数值和实验的方法对这种结构的特性进行了分析. 在对这种结构单元的电磁特性分析的基础上, 给出了其集总参数等效电路, 并且讨论了这种结构的几何参数对电磁特性和等效参数的影响. 与已有的EBG结构相比, 该结构具有小型化及背向辐射小的特点. 基于单元结构的特性和等效电路, 设计了一种紧凑型转弯线带阻滤波器, 以及带阻型天线双工器. 理论和测量结果显示, 这种结构在微波和射频系统中具有潜在的应用价值.     

科学家研制出导电不导热的晶体材料

通常情况下 ,一种晶体的导电性能与其导热性能是密切“同步”的 ,即两种特性要么都好要么都差 ,但比利时科学家研制出的新晶体却能做到导电性能良好 ,导热性能较差。德国《科学画报》杂志网络版报道说 ,比利时列日大学的拉斐尔·赫尔曼等研制出的晶体 ,是由钴、锑两种金属构成的极其微小的“笼子”结构搭建成框架 ,每个小“笼子”中间由单个铊原子填充 ,微小的“笼子”之间联结非常松散。一种晶体材料的导热性 ,来自于原子整齐划一的振动。而新型晶体的微小“笼子”结构 ,使得整个材料在受热时 ,铊原子只能各自在可能的方向随机来回振动 ,而…     

无机功能晶体材料的结晶过程研究

功能晶体材料作为光、声、电等转换的重要介质,已经被广泛应用于能源、信息、航空航天等高新技术领域,是目前国际材料科学与工程学科发展的热点和前沿课题.结晶过程是制备功能材料的核心环节,结晶习性直接影响材料的光、电、磁、催化等功能特性.在无机材料的结晶过程中,晶体组成在微观上经历了从自由态离子到结晶态固体的相变过程.可以借助晶体组成离子的电负性及基团微观对称性的变化,研究结晶过程中聚集体的形成和结构演变规律.利用分子振动光谱能够从分子尺度上揭示非线性光学晶体材料在水溶液结晶过程中结晶学结构的形成过程,克服了传统原位观测手段中缺乏对非长程有序结构的确定.利用结晶生长的化学键合理论从热力学和动力学两个方面指导大块晶体的生长实践,合理调控晶体的生长表/界面热力学和动力学.将结晶生长的化学键合理论应用到大尺寸晶体提拉生长参数的设计和优化,成功搭建了大尺寸晶体智能生长系统,并成功生长了φ2″蓝宝石晶体、φ3″YAG晶体和φ4″铌酸锂晶体.     

光子晶体光纤进展及其应用

本文论述了光子晶体光纤的原理,介绍了国外光子晶体光纤的主要进展情况,首次提出了研制无育光子局域化和光子晶体相结合的新型传能光纤的设想,以及研制这种新型传能光纤的意义和它的潜在应用。     

利用光子晶体抑制大气窗口发射辐射的优化设计及实验研究

利用传输矩阵法讨论了光子晶体对大气窗口（8～14μm）内发射辐射的抑制作用.根据材料的光学特性,选择了Ge与ZnS作为光子晶体的组成材料.对光子晶体的结构进行了优化,优化值为Ge与ZnS的厚度分别为0.63和1.11μm,光学厚度比为1：1,周期数为8.利用蒸发镀膜制备了光子晶体,并对制得的光子晶体的光学性质进行了测定,验证光子晶体对大气窗口发射辐射的抑制作用.     

人工微结构材料与热的调控

人类目前利用能源的效率还很低,大量的能源以废热的形式被浪费掉了,因此对废热的处理和利用是关系到国民经济和环境保护的重大问题.通过人工微纳结构材料实现热能的转换及控制是近年来兴起的一个交叉领域,它涵盖了物理学、化学、材料科学、工程等诸多学科.本文综述了该领域的最新发展情况:包括微纳米结构对热电材料的热电优值的提升,声子晶体中热导率的急剧减小,热二极管等声子热能器件对热能的调控、以及热学隐身衣等热超构材料的理论设想和实验实现.最后,总结了中国在这个领域的研究现状,并展望了未来的发展方向和趋势.     

关于传播介质对振动声成像系统分辨率影响的探讨

本文从振动声成像的基本原理出发，以凹球面聚焦换能器分割形成的一种典型共焦换能器为例，通过引入点扩展函数PSF和轴向响应函数ARF，探讨了不同传播介质对振动声成像系统分辨率，特别是轴向分辨率的影响。研究表明，不同的传播介质对系统分辨率的影响不尽相同。为了提高系统分辨率，在特性与生物组织相似的情况下，应该尽量选用低温、液态且声速较低的物质作为传播介质。同时，声衰减系数的存在有利于轴向分辨率的提高。     

基于第一原理方法的有序Si50Ge50合金的声子谱的压力依赖性和热动力学属性

使用第一原理计算了有序闪锌矿合金Si50Ge50的声子谱，与0GPa压力下的能带结构和直到20GPa压力的声子扩散曲线的压力依赖性．计算发现，在14GPa时，横向声学模式由压力导致软化，声子频率达到0，这表明对称性被打破，在高压下有新相生成．     

点群10mm十次对称二维准晶平面弹性的复变解法及孔口问题

研究了点群10mm十次对称二维准晶平面弹性问题的复变函数解法. 首先将二维准晶平面弹性问题的位移势函数F用4个解析函数表示出来, 利用解析函数的性质, 经过大量的推导, 给出了准晶声子场和相位子场的位移、应力及边界条件的复变函数表示, 从而建立了点群10mm十次对称二维准晶平面弹性问题的复变解法的理论基础. 应用这一理论, 借助于复变函数中的保角变换, 解决了椭圆孔口问题. 当椭圆的短半轴趋于零时, 可得裂纹问题的解．计算结果表明, 当声子场-相位子场耦合时, 即使受自平衡力的作用, 对椭圆孔口问题, 声子场应力仍与材料常数有关, 这一性质表现出了准晶弹性与经典弹性的又一不同. 而当声子场-相位子场解耦时, 退化为经典弹性理论．另一方面, 本文是Muskhelishvili创立的经典弹性理论的复变解法在二维准晶平面弹性问题中的推广, 像经典弹性理论一样, 只要能找到点群10mm十次对称二维准晶平面弹性区域到单位圆的保角变换, 就可解决各种孔口和裂纹问题.     

高铁综合交通枢纽车站结构振动传播的测试分析

为深入研究高铁型综合交通枢纽车站在各类高铁列车低速进出站引起的振动传播特性与枢纽结构特性的关系,对南昌西站候车层进行大型现场实测.在候车大厅布设四类测点,从时域及频域方面研究高铁列车低速进出站引起的振动在候车层垂轨向和顺轨向的传递特性,同时研究梁柱、伸缩缝等不同结构位置对振动传播特性的影响.实测研究结果表明:振动传播受枢纽车站结构形式影响很大,梁柱结构的约束作用对高于40 Hz的高频振动传播抑制明显,大跨结构板跨中点振动响应最大;伸缩缝边缘出现振动响应显著增大现象,需要考虑此类三边支撑悬臂板板边位置的减振;综合交通枢纽车站的建桥分离结构,可以极大地阻隔40 Hz以上的高频振动,但低频振动仍可由结构-大地-结构传递,且衰减量很小;综合交通枢纽车站内综合竖向振动响应均大于水平向,占主导地位,但从分频频段来看,在低于5 Hz的低频段,水平振动大于竖向振动,同时水平振动传播衰减,受结构梁柱约束作用影响不明显.     

准相位匹配PPLN波导全光开关特性研究

本文利用一种具有半圆形极化畴结构的PPLN晶体，在慢变振幅近似条件下，基于二阶非线性效应并考虑到控制光和信号光简并二波耦合时周期性极化铌酸锂波导内的耦合模方程，用数值方法对小信号时相位失配情况下的全光开关特性进行了研究，分析了由于光栅周期、晶体温度和控制光波长变化引起的相位失配对输出的信号光功率的影响，并给出了输出信号光功率与控制光功率之间的关系曲线。发现在相位失配的情况下增大控制光的功率可以达到信号光的关断，具有较好的开关特性。     

考虑尺度效应的微平板声振耦合特性研究

长宽厚均处于微米级的微平板结构广泛存在于微机电系统(MEMS)中,开展其声振耦合特性研究对于MEMS在声激励下的稳定性研究以及微型声传感器的性能研究具有重要意义.针对声压激励下的四边简支微平板结构,基于Cosserat理论与Hamilton变分原理建立了考虑尺度效应的结构声振耦合理论模型,并结合流固耦合条件求解了声振耦合系统控制方程.基于理论模型开展数值计算,系统研究了尺度效应对微平板结构声振耦合性能的影响,具体讨论了不同尺度效应下板厚度、板长宽等关键系统参数对微平板声振耦合特性的影响,为MEMS中微平板结构的工程优化设计提供了理论参考.     

基于时域方法的结构声辐射模态研究

针对平板结构声辐射，采用瑞利积分构造辐射算子，在时域里给出声辐射模态的计算公式及其物理意义；讨论了其与频域声辐射模态之间的关系，明确了声辐射模态为辐射体的固有性质，可通过不同方法获得．进一步研究表明这些辐射模态能独立的辐射声功率，因此可实现对某一阶辐射模态进行单独控制而不影响其它各阶；特别是结构辐射声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定，这使得计算和控制结构辐射声功率大为简化，在此基础上运用时域声辐射模态进行振动结构辐射声功率的数值计算，并分别对影响计算精度的因素和计算结果进行了讨论和分析．     

电光调Q晶体研究进展

电光调Q激光系统由于峰值功率高,在医疗、美容、测量、加工以及军工等领域得到了广泛应用,而电光调Q晶体是获得高峰值功率激光脉冲输出的核心光电材料,随着短脉冲、高重率、大功率激光系统的应用需求发展和技术进步,对电光调Q晶体的性能要求也不断提高.本文对目前常用的电光调Q晶体的基本特性、晶体制备技术和电光调Q应用技术等研究进展进行了综述,主要包括铌酸锂晶体、磷酸二氘钾晶体、低温相偏硼酸钡晶体、磷酸氧钛铷晶体和硅酸镓镧晶体等,认为实用化的电光调Q晶体材料研究和开发工作亟待突破,在相当长一段时期内,电光系数高、激光损伤阈值高、性能稳定、温度适用性高和成本低的电光晶体材料探索仍然是晶体材料研究领域的重要课题.     

电磁带隙结构及左/右手结构的关系研究

提出了两类对偶的周期性电路，并根据色散关系证明了它们通带和阻带的分布情况．在此基础上，绘制了三个有代表性的实例的Brillouin图，用AgilentADS仿真了这三个实例的S参数，用实验验证了其中一个实例的S参数，并与根据色散关系得出的相位特性进行了比较．理论分析和实验证明了两类周期性电路在不同的频率范围内分别表现为电磁带隙特性、右手特性和左手特性，从而揭示了三类结构的内在联系，论证了同一物理结构在不同频段内实现三种特性的可能性。     

纳米晶体钒热稳定性的分子动力学模拟

用分子动力学技术, 结合分析型嵌入原子方法模拟计算了平均晶粒尺寸为2.86~7.50 nm的纳米晶体钒的微观结构及其热稳定性. 用原子键对分析技术区分了晶粒与晶界原子, 发现晶界原子所占的比例随晶粒尺寸的减小明显提高, 晶体中原子的平均能量要较普通单晶的高. 从原子平均势能、晶界原子比率以及径向分布函数随温度的变化关系得出纳米晶体钒的热稳定温度, 发现随晶粒尺寸的减小纳米晶体钒的热稳定温度明显降低. 最后还讨论了引起这种热稳定温度降低的原因.     

超声固体测温中的二维温度场重建算法研究

高分辨率的温度场重建算法是制约超声波无损探测固体内部温度分布的重要因素之一.本文基于多路超声探测方法,建立了超声测量二维固体结构内部温度分布的理论模型;从射线声学角度建立了二维声传播路径预测方法;在此基础上,从直接求解热/声耦合反问题角度入手,将二维瞬态非均匀温度场的重建问题转化为传播路径预测和等效热边界的反演问题,发展了一种高分辨率的结构内部二维非均匀温度场重建方法,并通过数值仿真分析了传播路径随温度的弯曲特性、算法的精度与抗噪性、测点位置分布对重建精度的影响规律等.数值对比表明,本文所建算法精度高、抗噪性强、适用性好,为实现超声固体测温中的二维温度场的高分辨率再现奠定坚实基础.     

循环变形铜单晶体中宏观形变带形成机制研究的新进展

系统研究了循环变形铜单晶体中的宏观形变带的产生规律和特征以及相应的位错结构,并对其形成机制进行了综合探讨。结果表明,形变带的形成可能与循环加载中产生的晶体不可逆旋转和宏观应力状态密切相关。对于不同取向铜单晶体,形变带可能具有很不要同的位错结构。     

变截面纳米线声子输运蒙特卡洛模拟

采用蒙特卡洛(MC)方法建立了声子在变截面硅纳米线内的输运模型, 以渐扩几何体与渐缩几何体为物理模型, 分别研究了在等热量与非等热量输入条件下2种模型的热整流效应和声子的输运特性. 模拟结果表明在2种条件下, 渐缩模型的热传导性能均高于渐扩模型. 在非等热量输入的条件下, 渐缩模型的热整流效应要大于等热量输入条件下的热整流效应.2种物理模型的主要区别在于体积的分布不同, 虽然在纳米尺度下边界散射作用明显, 但模拟结果表明边界散射对热传导的影响小于质量分布不同对声子输运的影响.