黄土发育表土结皮过程和微结构分析的试验研究

对采自晋西离石的马兰黄土进行了模拟降雨试验，研究表土微结构与表土结皮发育过程的关系．模拟降雨强度为１．２ｍｍ／ｍｉｎ，降雨历时为１～３０ｍｉｎ．通过对表土微结构的变化观测可以清楚看到，在３０ｍｉｎ降雨过程中经历了两次表土结皮的形成过程．初始形成的表土结皮是很不稳定的，在表土结皮的初期发育阶段较容易被破坏．在稍后阶段形成的表土结皮会更加稳定．观测到的表土微结构变化过程揭示出它们是呈周期性变化：团聚体被破坏、土壤颗粒发生垂直和水平位移、表土结皮层和淋溶层的孔隙和结构不断形成和破坏、表土结皮的形成破坏、表土变得比较密实．土壤抗剪强度可以用标准锥体贯入仪来测定，由土壤含水量和土壤抗剪强度关系得到的表土结皮强度指标与观测到的表土微结构变化密切相关．     

一种制备纳米多孔金膜的方法

提出了一种制备纳米多孔金膜的新方法.将金和铜的合金进行热退火处理,然后利用稀酸进行腐蚀,制备纳米多孔薄膜;比较了合金配比和稀酸种类对薄膜形貌的影响;并利用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线光电子谱(XPS)对薄膜的形貌和组分进行了表征.     

双投影光固化成型方法研究

针对现有投影光固化成型系统的数字成像芯片尺寸有限、不能兼顾尺寸和精度的问题,研制了基于数字微反射镜成像的双投影光固化成型设备,通过两路不同成像倍率的光路拼接成型,提高了零件成型尺寸和精度。首先,提出了基于数字微反射镜的双投影光固化成型方案,研发了光学系统和机械结构。其次,进行了该系统4倍成像光路的光照强度均匀化测试、畸变校正测试、脱模方法测试和两个光路的单列条纹固化测试。最后,对双投影光固成型方法进行了实验验证,结果表明,该系统两个光路的单列像素固化特征平均宽度为55μm和8μm,并且采用双投影光固化成型方法可以同时满足成型尺寸和精度需求,还可进一步实现宏微结构一体化制造,用于微结构制造和生物制造的研究。     

高速液滴撞击下叶片表面微结构防水蚀性能研究

为了有效解决汽轮机叶片的水蚀问题，提高汽轮机运行的安全稳定性，基于水蚀频发位置的结构特点和水蚀特征，提出一种叶片表面微结构的防水蚀方法。这类方法中所包含的叶片表面微结构能在不影响叶型性能的前提下达到较好的防水蚀作用。基于防水蚀机理、结构经济性等多方面考量，设计了沟槽、条纹、球窝、球凸和锯齿共5种表面微结构，并采用两种叶片材料制成标准件及5种带结构试件，在团队自主设计的水蚀测试系统内进行水蚀性能试验。提出平均体积损失作为评价不同结构试件水蚀特性的参数，并使用无量纲抗水蚀性能参数进行对比排序。研究发现：在叶片材料表面布置锯齿形微结构后，叶片材料表面的抗水蚀性能最好，其抗水蚀性能系数是平面的1.57倍；布置条纹、沟槽、球窝3种结构均能在不同程度上提升表面抗水蚀性能。研究结果可为实际叶片防水蚀提供参考。     

离散位错动力学算法及其在材料塑性行为模拟中的应用

晶体材料的塑性变形由位错的运动演化而引起.离散位错动力学(discrete dislocation dynamics, DDD)通过直接模拟大量位错的演化而研究材料的塑性变形,因此能够揭示材料微结构-位错微结构-塑性力学行为之间内在的物理关联,并能够自然而然地捕捉塑性变形微米/亚微米特征尺度下本征的尺度效应.它所能模拟的尺度介于微观分子动力学模拟和宏观有限元模拟之间,在多尺度算法中起到承上启下的作用.本文首先系统地发展、完善和丰富了离散位错动力学-有限元(finite element method, FEM)叠加算法、DDD-FEM直接耦合算法(discrete-continuous method, DCM)以及离散位错动力学-扩展有限元(extended finite element method, XFEM)耦合算法等框架体系.在此基础上,利用这些方法对单晶镍基高温合金的塑性变形机理、晶体材料的断裂和损伤变形行为以及塑性行为的微尺度和微结构效应3个方面开展了系统的研究.所得模拟结果指导了基于微结构和位错机制的单晶镍基高温合金晶体塑性本构模型的建立,丰富和加深了人们对材料强化、循环塑性、断裂、损伤、尺度效应和微结构效应的认识.此外,离散位错动力学可进一步应用于诸如高温、高压、高应变率、化学腐蚀环境、高辐照等极端条件下晶体材料塑性行为的研究,是材料力学行为多尺度模拟研究中的重要一环.     

非晶硅太阳电池中吸收层的氢稀释微控作用

基于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备非晶硅太阳电池,通过微量调节氢稀释(R_H),研究其对本征非晶硅吸收层的光学带隙及微结构的影响。实验结果显示当R_H由6.5增加到10时,本征非晶硅吸收层的光学带隙由1.796eV提高到1.973eV,电池效率随R_H的降低先升高后降低。并在R_H=7时达到最大值,此时的本征非晶硅薄膜的光学带隙约为1.836eV,其电池效率达到8.4%(V_(oc)=897.2mV,J_(sc)=14.86mA/cm~2,FF=62.96%)。实验表明R_H的提高并不能单调增加电池的效率。通过对微结构的分析发现,这主要是由于R_H过低或过高时,其Si-H_2键成分比例较高,微结构因子R较大,使得薄膜中缺陷较多所引起电池恶化导致的。     

树叶状CuO微结构:低温水浴合成、影响因素和光催化降解性能

以CuCl2·2H2O和NaOH为起始反应物,在没有任何表面活性剂或模板的辅助下,于80℃的水浴中恒温60 min,快速合成了树叶状的CuO微结构.利用X-射线粉末衍射仪和场发射的扫描电子显微镜对所得产物的物相和形貌进行了系统的表征,并调查了起始反应物的摩尔比、反应的温度和时间等实验参数对最终产物形貌的影响.实验显示,所得的树叶状的CuO微结构在365nm的紫外光的照射下具有强烈的促进有机小分子降解的能力.这在环境治理与防护领域有潜在的应用.     

方柱微结构芯片射流冲击流动沸腾换热实验研究

对喷射条件下的电子芯片在FC-72中的流动沸腾换热进行了研究,并和同工况下的光滑芯片作了对比.实验选取的工况如下:过冷度为25、35℃;横流速度Vc为0.5、1、1.5m/s;喷射速度Vj为0、1、2m/s.实验采用的硅片尺寸为10mm×10mm×0.5mm,通过干腐蚀技术在其表面加工出30μm×120μm、50μm×120μm的方柱微结构.实验表明,所有芯片的换热性能都随过冷度和流速的增加而提高,方柱微结构能明显地强化芯片换热,而射流冲击进一步提高了芯片在高热流密度下的换热性能.同一横流速度下,喷射速度越大,换热性能越好,尤其是Vc=0.5m/s、Vj=2m/s时,强化效果最显著.随着横流速度的增加,射流冲击的强化效果减弱,临界热流密度值增幅减小.     

(1-x)Bi_(0.5)(Na_(0.8)K_(0.2))_(0.5)TiO_3-xNaSbO_3无铅压电陶瓷微结构与电学性能研究

采用传统压电陶瓷工艺制备了(1-x)B i0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3-xNaSbO3无铅压电陶瓷,利用XRD、SEM等测试技术表征了陶瓷的晶相结构和表面形貌,利用一些电学仪器测试了其介电和压电性能.结果表明,该体系陶瓷具有单相钙钛矿结构,适量的NaSbO3掺杂可以提高该陶瓷的致密性.在室温下,当掺杂量为0.5%时,该体系表现出较好的压电性能:压电常数d33和机电耦合系数kp分别达到107pC/N和0.209;当掺杂量为0.7%时,εr和tanδ分别为1 551和0.05.     

C覆盖层对FePt纳米薄膜微结构的影响

使用对靶直流磁控溅射和原位退火方法在普通玻璃基底上制备了C/FePt/Fe纳米颗粒薄膜.通过表征分析表明,加入C覆盖层对FePt薄膜的微结构有较大的影响.经过退火处理后C颗粒渗透到磁性层中,起到了隔离磁性颗粒和减弱颗粒间结合能的效果,并且减弱了磁性颗粒间强的交换耦合作用,最终使颗粒和磁畴减小,增加了L10结构的有序程度;样品获得了1 089kA/m的矫顽力.