Application of Raman spectroscopy in carbon nanotube-based polymer composites

Raman spectroscopy has been widely used to identify the physical properties of carbon nanotubes (CNTs), and to assess their func-tionalization as well as orientation. Recently, Raman spectroscopy has become a powerful tool to characterize the interfacial properties between CNTs and polymer matrices. This review provides an overview of micro-Raman spectroscopy of CNTs and its application in studying CNT reinforced polymer composites. Based on the specific Raman band shifts relating to the mechanical deformation of CNTs, Raman scattering can be used to evaluate the interactions between the CNTs and the surrounding polymer in the composites, and to detect the phase transitions of the polymer, and investigate the local stress state as well as the Young’s modulus of the CNTs. Moreover, we also review the current progress of Raman spectroscopy in various CNT macroarchitectures (such as films, fibers as well as composite fibers). The microscale structural deformation of CNT macroarchitectures and strain transfer factors from macroscale architectures to microscale structures are inferred. Based on an in situ Raman-tensile test, we further predict the Young’s modulus of the CNT macroarchitectures and reveal the dominating factors affecting the mechanical performances of the CNT macroarchitectures     

Determination of Mechanical Properties of Micromembranes with Compressive Residual Stress

A novel model of a load-deflection method to determine the mechanical properties of micromembranes with compressive residual stress is described. Since thin film structures are frequently used in micro devices, characterisation of mechanical properties of thin films is desired by the design and fabrication of micromachines. In this paper, the mechanical properties of thin micromembranes under compressive stress are characterised, which are fabricated by bulk micromachining. The relation between the center deflection and the load pressure on a square membrane is deduced by modelling the membrane as an elastic plate having large deflection with clamped boundaries. According to the model, whether the membrane has initial deflection or not has no effect on the measurement result. The Young's modulus and residual stress are simultaneously determined. The mechanical properties of siliconoxide, silicon nitride membranes and composite membranes of polysilicon with silicon nitride are measured.     

P型ZnO：N薄膜的拉曼及光电特性研究

采用电子柬蒸发技术在石英衬底上制备了ZnO薄膜,以N离子注入的方式及后期退火处理实现N掺杂ZnO薄膜．借助拉曼散射光谱、透射光谱和霍尔测试等手段研究了ZnO：N薄膜的拉曼及光电特性．结果表明：所有样品均呈现ZnO纤锌矿结构,在ZnO：N薄膜拉曼光谱中发现与N相关的振动模式（位于272．5,505．1和643．6cm-）,分析表明N已掺入ZnO薄膜中;霍尔测试表明,通过适当退火处理后,ZnO：N薄膜向P型转变,其空穴浓度为7．73x10^17cm-3,迁移率为3．46cm2V-1s-1,电阻率为2．34Ωcm．然而,长期进行霍尔跟踪测试发现ZnO：N薄膜的P型性能随时间并不稳定,结合拉曼散射光谱和第一性原理计算分析认为由于p-ZnO：N薄膜中存在残余压应力,同时薄膜中还出现了易补偿空穴的施主缺陷（N2）o是P型不稳定的根本原因．     

三峡工程二期围堰堰体材料流变本构模型研究

三峡工程二期围堰堰体结构材料主要成分是风化砂和石碴料,通过采样和实验分别得到了这两种材料的力学特性和基本性质,总结了其变形规律.在实验成果和实测的基础上,分析研究了围堰填料的应力应变关系.提出了三参量堰体材料流变本构模型,该模型既可以描述材料的蠕变过程行为,又能描述材料应力松弛特性,符合大多数材料的粘弹性力学特性,能够很好的分析研究围堰堰体结构的应力应变.     

金属材料微塑性变形的研究

本文讨论了微塑性变形对金属零构件力学行为的意义。对20Cr、40Cr及60Si2Mn等钢试样的实验研究表明,微塑性变形抗力既受到显微组织结构的影响,又受到残余应力的影响。微塑性变形与试样中的残余应力之间有着密切的关系。由此观点出发,提出了对负残余应变现象的解释。对于不同应力水平下循环加载时微塑性变形的变化情况也进行了测试,并将此结果与疲劳过程中残余应力松弛的规律进行了比较与分析。     

纳米压痕试验在纳米材料研究中的应用

纳米材料由于其本身特殊的尺度,呈现出与体材料完全不同的力学、摩擦学性质.纳米压痕试验作为一种在纳米尺度进行力学、摩擦学性质表征的有效手段,已经被成功地运用于单层/多层薄膜、超薄膜、纳米线/管等纳米材料的纳米摩擦学研究中.在硬度、弹性模量的测量以及弹性/塑性形变、应变强化等现象的研究中已经取得了许多重要的成果.但是,目前的纳米压痕试验还存在着重复性差、精确定量困难、缺少统一的测试标准等问题.寻找解决这些问题的方法,是纳米压痕试验未来发展中的重要课题.     

增材-微锻造加工工艺应力场数值模拟研究

激光熔丝增材制造过程中,材料快热快冷的特点使熔覆层产生不利于表面强度的残余应力,而增材-微锻加工工艺可提高增材制件的加工质量,改善增材制件微观组织及力学性能缺陷.以TC4为研究对象,通过超声微锻造工具头与熔池保持一定的相对距离做进给运动,对材料表面进行高频次冲击与滚压,使熔覆层表面得到改善和强化.对增材-微锻加工工艺进行顺序热结构耦合数值模拟研究,分析加工过程中熔覆层应力场变化情况.研究表明:对尚未冷却的增材熔覆层表面进行超声微锻造,熔覆层由于热源加载产生的残余拉应力转化为较为有益的残余压应力,降低了熔覆层表层缺陷发生的概率.不同的超声振幅、进给速度以及锻造温度参数对残余压应力及法向变形量有较大影响.     

激光喷丸成形金属板料的研究

激光喷丸成形金属板料是一种新技术.即用高功率短脉宽的强激光辐照板材,当激光诱导的冲击波幅值超过板材的动态屈服极限时,板材的表层产生了不可恢复的微观塑性变形,从而使板材在厚度方向上产生了不均匀残余应力而使板料发生宏观变形.板材变形的形状受激光脉冲参数、冲击次数、喷丸的轨迹以及板材的机械性能等多种因素影响.板料成形后,表面留有有益的残余压应力而延长了零件的疲劳使用寿命.     

应力水平对2219铝合金腐蚀损伤力学性能的影响

为明确应力水平及暴露时间对2219铝合金腐蚀损伤力学性能的影响,选择在不同应力水平作用下暴露于EXCO腐蚀溶液中,经不同时间加速腐蚀后的2219铝合金试样,开展表面蚀坑深度测量、力学性能测试、拉伸断口形貌观察试验。结果表明,应力水平、暴露时间都是影响试样应力腐蚀损伤发展从而影响材料力学性能变化的重要因素。在腐蚀的初期阶段,即0.0~1.5 h,应力水平因素的影响有限;当暴露时间大于等于2.0 h,应力水平引起的以蚀坑平均深度为表征的腐蚀损伤更加显著。但在试验时间（2.5 h）内,应力水平对腐蚀损伤所产生的影响小于暴露时间,因而对材料力学性能变化的影响也小于暴露时间。腐蚀损伤造成的点蚀坑、微裂纹破坏了材料的连续性,使试样材料的抗拉强度、延伸率、弹性模量等力学性能指标下降,是促使材料在拉伸试验中没有经过充分的塑性变形阶段就发生瞬间断裂的重要原因。深度大的点蚀坑、微裂纹,可能成为断口主裂纹的起源。     

川中红层岩体结构裂隙发育特征及多尺度分析

四川盆地红层岩体宏细观裂隙发育,是影响其卸荷变形、吸水风化膨胀和工程特性的控制因素,近年来出现的多起高速铁路深挖红层路堑型路基持续超限上拱变形病害与此有关.为了解红层软岩裂隙发育特征,在原位岩体所有节理裂隙进行现场调查和测量统计基础上,采用统计岩体力学的方法,从不同尺度对岩体结构裂隙进行了深入系统的分析.结果表明,大尺...     

网架焊接空心球节点残余应力实测及数值模拟

为了研究焊接空心球节点中管球连接焊趾处残余应力的分布规律和数值大小,采用盲孔法对球面焊趾和管面焊趾处的焊接残余应力进行测定。得到焊接残余应力数值大小和分布规律。并采用Visual-Environment有限元模拟软件得到焊缝处温度场和残余应力场,以及残余应力分布曲线。结果表明:焊接残余应力在整个焊接空心球节点上呈周期性、随机性的特点,两者规律性吻合良好。同时,由有限元分析结果可知球面及管上均存在残余拉应力及残余压应力,并且在整个试件上焊接残余应力处于自平衡状态。研究结果将为后续研究焊接空心球节点网架结构的疲劳性能奠定基础。     

激光冲击强化对Ti2AlNb合金微观组织及残余应力的影响

Ti2AlNb(O-Ti2AlNb)具有优异的力学性能,在航空发动机方面有远大应用前景.激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP)是一种先进的表面改性技术,能够在材料表面诱导产生高幅值、大深度的残余压应力,改善材料微观组织,提高材料抗疲劳、高温氧化等性能.本文采用激光冲击强化对Ti2AlNb合金进行表面改性,并研究其组织演变、残余应力以及高温环境对性能的影响.结果表明:激光冲击强化能够显著减小Ti2AlNb合金近表面的晶粒尺寸.显微硬度由冲击前的350 HV提升到395 HV;在冲击区域近表面产生了约-377 MPa的残余压应力;而在高温环境中,由激光冲击强化所诱导的材料近表面残余应力随时间逐渐释放,在600℃条件下,残余应力释放较为缓慢;而在720℃条件下,残余应力迅速释放.     

纳米材料在体外诊断技术中的应用研究进展

 由于纳米材料具有独特的光、磁、电、热性能,可用于产生不同类型的检测信号、放大检测信号的强度及简化检测过程等,因此基于纳米材料的体外诊断技术具有广阔的应用前景。介绍了半导体量子点、金纳米颗粒和磁性氧化铁纳米颗粒等典型纳米材料的性能特点,综述了近年来将具有优异光学性能的半导体量子点、电性能和热性能的金纳米颗粒和超顺磁性的氧化铁纳米颗粒等纳米材料应用于检测核酸、蛋白、小分子、细菌和病毒等的研究进展,并对其未来的发展涉及的纳米材料的宏量制备及修饰、自动化检测及临床评价等方面做了简单评述,以助力纳米体外诊断技术的发展。     

贵金属纳米材料用于生物成像研究进展

 贵金属纳米材料在光稳定性、光信号强度、生物兼容性等方面具有其他材料无法比拟的优势,已成功应用于各科学研究领域,尤其是在生命科学与生物医学研究等方面具有广阔的应用前景。本文简介贵金属纳米材料在荧光成像、拉曼成像、暗场成像的成像原理及优缺点,综述贵金属纳米材料在生物成像方面的最新研究进展。随着纳米合成技术的快速发展及检测手段的提高,贵金属纳米材料将会从基础的科学研究领域更全面地走向实际应用。而单分子光谱和光学显微成像技术取得了长足的进步,很有可能带给生物成像表征手段一次全新的革命。     

Nuclear Science Technology and Nano Science Technology

Nuclear science and technology can play a unique role in nano-science and technology, due to its nuclear characteristics and properties. In many cases nuclear science and technology can acquire intriguing results to help solve some basic scientific problems in nano science and technology, which are often difficult or even impossible for non-nuclear routes. In this review some latest achievements made in this aspect will be selectively introduced with the emphasis on the work done in our laboratory. The work includes （1） nuclear reactions for synthesis of novel nanornaterials; （2） nuclear spectroscopy for characterization of nanomaterials; and （3） nuclear analytical techniques for study of nanoeafety and nanotoxicology. Some practical examples to demonstrate the roles of nuclear science and technology will be briefly described.     

工艺参数优化下连杆摆动副衬套结构强度研究

文中运用有限元法仿真了强力旋压下衬套中产生的残余应力,并基于温度等效模拟法获得了考虑残余应力下的连杆摆动副结构强度特性,进而开展了针对连杆摆动副衬套刚强度特性受减薄率、进给比和热处理温度等衬套工艺参数的规律分析和优化计算.结果表明,减薄率、主轴转速、进给比对残余应力值影响不大,残余应力值沿轴向呈对称分布,且两端较大;在连杆摆动副中,残余应力会使连杆摆动副工作中的应力与变形增大,残余应力较大处增幅明显,而对接触压力影响较小;由响应面优化该型衬套的应力和变形下的最优工艺参数为减薄率28.37%、进给比0.154和热处理温度261.73℃.      

核技术与纳米技术

Nuclear science and technology(NST,here after)are based on nuclear properties,nuclear structures,nuclear effects,nuclear reactions,and nuclear radiations that highly rely on nuclear spectroscopy and nuclearfacilities,like nuclear reactors and accelerators…     

砼-土界面抗剪特性试验研究

利用改进的直剪装置对砂岩泥岩混合土料和不同粗糙表面的混凝土块进行直剪试验,观察土料变形特征,探究不同的界面粗糙度对砼-土界面剪切特性的影响。通过简化应力应变关系曲线的方法得出计算参数,利用峰值剪应力得出接触面抗剪性能,分析切向刚度系数k的意义。通过观察可以证实土体的基本变形阶段和破坏变形阶段的过程,即达到峰值剪应力前的基本变形过程,之后的破坏变形过程。结合试验现象对两个阶段的土体摩擦过程进行分析,即土体与结构物接触面的摩擦过程和土体与残余在结构物上的土体的摩擦过程。     

基于机器学习的梯度点阵材料优化设计

点阵材料具有轻质、抗冲击、高能量吸收等特性，因而在航天飞行器承载部件设计等领域有广阔应用前景. 通过对点阵材料内部杆径进行合理的梯度设计，可以提高点阵材料在高速冲击载荷作用下的动态力学性能. 利用仿真模拟数据，基于随机森林模型实现了梯度点阵材料的动态力学响应预测和结构参数优化. 以面心立方（face center cubic，FCC）结构梯度点阵材料为研究对象，通过对杆径参数的调整实现点阵材料密度的梯度化设计. 通过LS-DYNA软件计算了密度分布不同的梯度点阵材料受到冲击载荷作用时的动态力学响应，包括冲击端面与支撑端面接触应力随时间的变化曲线. 基于随机森林模型，以各层胞元的相对密度为输入，实现对点阵材料端面峰值应力的预测，并基于Gini指数分析出对不同端面处峰值应力影响最大的胞元层. 将网格搜索算法与训练好的随机森林对接，分别以两个端面上的峰值应力最高作为优化目标，获得点阵材料各层胞元相对密度的最优值. 模型对梯度点阵材料端面峰值应力的预测误差在5%以内. 数值模拟验证结果表明，优化后所得梯度点阵材料相应端面上的峰值应力高于仿真数据集内任何结构.