基于热力学理论的电介质性质研究

电介质材料在物理学的研究中具有非常重要的地位.文章由外电场对电介质作功出发分别推导了电介质所满足的热力学基本方程和Maxwell微分关系,并且由此出发导出了在绝热条件下电介质温度随电场强度变化的规律、介电常数的温度系数变化的规律、等温电致伸缩效应和压电效应的表达式.通过分析可以得出结论,对于介电常数的温度系数(TKE)小于零的电介质,在绝热条件下减小外电场时,电介质的温度将降低.因此利用这个效应可以使电介质通过绝热去电获得致冷效应.     

电介质边界的电象法

本文在全空间充满两种电介质,且介质分界面为一无限大平面的电象法基础上,详尽论述了全空间充满三种电介质其界面为两平行无限大分界面的电象法问题,并指出了全空间充满多层电介质且界面为平行无限大分界面的点电荷(系)或平行于界面的线电荷(系)静电问题仍可用电象法求解.     

乙醇胺接枝聚天冬氨酸仿生低温保护剂的合成及性能

基于抗冻蛋白的结构和功能特点,合成了仿生低温保护剂乙醇胺接枝聚天冬氨酸。利用红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(1H NMR)分析聚合物结构,通过非等温差示扫描量热法(DSC)分析聚合物的抗冻性能并利用光学显微镜观察在低温下聚合物溶液冰晶形态。实验结果表明,聚合物具有良好的抗冻性能。接枝率较高时,具有较好的热滞活性,冰点降低程度较大,冰晶体积较小且较圆润。接枝率80%时,热滞活性最高,达0.44℃,保护剂质量浓度存在阈值为5 mg/mL。该仿生低温保护剂为现代低温保护技术提供了一种新的可能。     

铕-镉异金属配位聚合物的制备及向Eu_2O_2S/CdS异质结转化的研究

以2,3-二巯基丁二酸(DMSA)为配体,以Eu~(3+)和Cd~(2+)为中心金属离子,采用低温水热合成方法成功制备了粒径为20~40 nm的铕-镉异金属配位聚合物纳米粒子.在氮气氛围保护下将该配位聚合物进行热处理得到了Eu_2O_2S/CdS的异质结构.详细考察了煅烧温度对合成产物的影响,结果表明:温度是制备异质结材料的关键因素.对合成的产物进行了表征,并对配位聚合物的荧光性能进行了研究.     

三明治结构PVDF电介质材料的设计及性能研究

实验将MXene/PVDF(聚偏氟乙烯)(A)作为介电增强相,将BN(氮化硼)/PVDF(B)作为击穿增强相,交替涂膜制成三明治(ABA型)结构PVDF复合电介质材料。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射(XRD)对复合电介质薄膜的结构、形貌以及填料的分散状态进行了表征,并着重研究了材料的介电性能及储能特性。结果表明:三明治结构电介质材料能协调介电与击穿之间的矛盾,起到协同增强电介质材料储能密度的效果。其中,A_(2.5)B_2A_(2.5)型PVDF复合电介质材料的介电常数达25.1(100Hz下),是纯PVDF的2.5倍,介电损耗仍保持较低水平(tanδ=0.03);此外,与MXene/PVDF 2.5wt%单层膜相比,其击穿强度提升了2倍(110.28MV·m~(-1)),储能密度提高了201%(1.35J·cm~(-3))。     

高频电场与正应力场协同作用下聚合物的热响应特性

目前高分子材料成型方法都采用高温塑化、低温成型的成型机理进行加工.这一过程消耗了大量的能量,并造成聚合物及其添加剂的热降解,降低了塑料的性能和可回收性.因此,文中在聚合物热压成型加工中引入高频电场,使物料在正应力和高频电场协同作用下实现低温塑化,研究物料在高频电场中发生热响应的压力、温度依赖性,以及在临界塑化温度点下制备的聚合物片材的力学性能,建立合理的温升模型.研究表明:材料极性越强,其介电损耗越高,物料吸热能力越强;极性材料和非结晶性聚合物吸热量随成型压力的增大而增大,而非极性的结晶性聚合物吸热量存在最佳吸热压力点;均聚物具有最佳吸热温度点,而多相的共聚物吸热量随加工温度呈指数增长;施加高频电场试样的拉伸性能显著提升,证实了协同低温塑化行为的存在.     

新型电介质:Metamaterials(特异材料)与光子晶体材料

作者对目前国际研究热点的Metamaterials(有特异材料,奇异材料,超常材料,左手性材料,负折射率材料,异向材料,元材料等多种中文译名)与光子晶体材料(即光子带隙材料、电磁波带隙材料)的原理与构成方法作了基本的介绍.作者还讨论了这两类新型电介质的共性问题与个性问题.并且讨论与介绍了这两类新型电介质材料的实现方法与应用前景,同时就这两类材料在微波频段的应用与制备技术作了专门的讨论.     

介质阻挡放电及其在聚合物表面刻蚀中的应用

介质阻挡放电(DBD)是在大气压条件下产生非平衡等离子体的一种常规技术,在许多方面有着广泛的应用.介绍了笔者自行研制的DBD装置,讨论了使用该装置所产生的常压低温等离子体对聚合物材料表面刻蚀处理后,材料上染率、粗糙化、润湿性、生物相容性和表面形貌等方面的变化.探讨了DBD在这些方面的应用前景.     

AlGaAs混晶中的Sn施主深能级

用DLTS(深能级瞬态谱)及光照DLTS方法研究了不同组分(x=0.26、0.40、0.53)的 Al_xGa_(1-x)As:Sn材料。所有实验样品的DLTS谱都出现两个多子谱峰A和B。在光照下,低温处的A峰更为明显。实验分别测量了A、B能级的发射及俘获的瞬态过程,用混晶无序引起能级展宽模型拟合了实验数据,得到它们的发射激活能,俘获势垒及其组分关系。分析表明,A 及B能级同属于Sn替位施主杂质,并证明DX中心深能级的复杂性。     

APhen-CdS纳米微粒/聚合物复合材料的制备及其性能研究

通过原位本体聚合法制备了一系列透明的APhen-CdS纳米微粒/聚合物复合材料.透射电镜(TEM)测试显示,APhen-CdS微粒均匀的分散在聚合物中,微粒直径仍保持2-5nm,荧光光谱(PL)表明,APhen-CdS微粒在聚合物中仍然保持其光学性质,而且当聚合物材料中加入甲基丙烯酸 (MAA),甲基丙烯酸环氧丙酯 (GMA)作为共聚单体时,聚合物材料的发射峰发生蓝移,且发光强度也增强,这可能是由于APhen-CdS微粒与聚合物单体发生反应或相互作用.热重分析(TGA)表明,聚合物复合材料具有良好的热力学稳定性.     

Action of space charge on aging and breakdown of polymers

The study on how space charges affect aging and breakdown of polymers becomes one of the most important domains. Most of the models are based on the injected charges increasing the local field to induce the breakdown of polymers and breaking the large molecule chains. These models ignore the effects of space charge on the microstructure of dielectric materials. In this review, with the calculation of the electromagnetic energy and the electromechanical energy around a trapped charge and with some new experimental results, it is proved that aging and breakdown in polymers are caused during the detrapping of the trapped charges. Aging and breakdown of the polymers are related to the release of the electromechanical energy around trapped charges.     

电荷沉积对大气压介质阻挡放电特性的影响

采用CCD影像法对大气压介质阻挡放电电荷沉积效应进行了实验研究.结果表明,沉积电荷是由微流光放电产生的,由沉积电荷构成的界面域等离子体会受激励电压、激励频率、DBD结构等因素影响;沉积在电介质表面的电荷主要是能量较高的电子,它们显著地影响着等离子体化学过程;窄间隙、薄电介质层结构、高频激励以及优良的电介质材料可以有效地增强界面域效应,进而提高了DBD反应器的性能.     

Direct measurement of electrical transport through DNA molecules

Attempts to infer DNA electron transfer from fluorescence quenching measurements on DNA strands doped with donor and acceptor molecules have spurred intense debate over the question of whether or not this important biomolecule is able to conduct electrical charges. More recently, first electrical transport measurements on micrometre-long DNA 'ropes', and also on large numbers of DNA molecules in films, have indicated that DNA behaves as a good linear conductor. Here we present measurements of electrical transport through individual 10.4-nm-long, double-stranded poly(G)-poly(C) DNA molecules connected to two metal nanoelectrodes, that indicate, by contrast, large-bandgap semiconducting behaviour. We obtain nonlinear current-voltage curves that exhibit a voltage gap at low applied bias. This is observed in air as well as in vacuum down to cryogenic temperatures. The voltage dependence of the differential conductance exhibits a peak structure, which is suggestive of the charge carrier transport being mediated by the molecular energy bands of DNA.     

高氏聚合物击穿理论的验证及其在电缆上的应用

高氏聚合物击穿理论虽已发表4年,但是,它的核心部份——电子非辐射能量的转移,尚未被实验验征.本文以一种聚合物作为添加剂,掺杂到聚乙烯中,降低了聚乙烯的深陷阱浓度,增加了浅陷阱浓度。试验结果表明,这种掺杂能明显提高聚乙烯的树枝起始电压和击穿电压,从而间接证明了这种能量转移的存在.与传统的消除静电方法不同,以一种聚合物掺杂到聚乙烯中,几乎不影响聚乙烯作为优良的电介质,但能降低或消除注入的空间电荷效应,因而为今后研制超高压直流塑料电缆的绝缘开辟了新的方向;也为我国目前辐射交联聚乙烯电缆在生产过程中的带电问题找到了解决的办法.     

An all-organic composite actuator material with a high dielectric constant

Electroactive polymers (EAPs) can behave as actuators, changing their shape in response to electrical stimulation. EAPs that are controlled by external electric fields--referred to here as field-type EAPs--include ferroelectric polymers, electrostrictive polymers, dielectric elastomers and liquid crystal polymers. Field-type EAPs can exhibit fast response speeds, low hysteresis and strain levels far above those of traditional piezoelectric materials, with elastic energy densities even higher than those of piezoceramics. However, these polymers also require a high field (>70 V micro m(-1)) to generate such high elastic energy densities (>0.1 J cm(-3); refs 4, 5, 9, 10). Here we report a new class of all-organic field-type EAP composites, which can exhibit high elastic energy densities induced by an electric field of only 13 V micro m(-1). The composites are fabricated from an organic filler material possessing very high dielectric constant dispersed in an electrostrictive polymer matrix. The composites can exhibit high net dielectric constants while retaining the flexibility of the matrix. These all-organic actuators could find applications as artificial muscles, 'smart skins' for drag reduction, and in microfluidic systems for drug delivery.     

Zn_(0.95)Co_(0.05)O的介电性质研究

通过在高温下(473~1 073 K)对离子电导率、交流电导率以及介电常数和损耗的测量,来研究Zn0.95Co0.05O体系的电学及介电性质,获得了体系的离子导电和交流导电的活化能,以及介电常数和损耗随温度和频率的变化关系.     

Validation of full cavitation model in cryogenic fluids

Numerical simulation of cavitation in cryogenic fluids is important in improving the stable operation of the propulsion system in liquid-fuel rocket. It also represents a broader class of problems where the fluid is operating close to its critical point and the thermal effects of cavitation are pronounced. The present article focuses on simulating cryogenic cavitation by implementing the “full cavitation model”, coupled with energy equation, in conjunction with iterative update of the real fluid properties at local temperatures. Steady state computations are then conducted on hydrofoil and ogive in liquid nitrogen and hydrogen respectively, based on which we explore the mechanism of cavitation with thermal effects. Comprehensive comparisons between the simulation results and experimental data as well as previous computations by other researchers validate the full cavitation model in cryogenic fluids. The sensitivity of cavity length to cavitation number is also examined. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50706042)     

TGS铁电相变的时域方法研究

利用时域方法在 TGS 单晶居里点附近以±0.001℃的恒温精度研究了铁电相变的过程,观察到驰豫机构可分为晶格和电子云畸变、电畴运动、和自发极化电偶极矩的屏蔽电荷的激发三种成分.介电损耗在10~(-3)—10~3Hz 频程的峰值表明,在铁电相变过程中晶体和外界的能量交换主要来自屏蔽电荷的激发.     

介质阻挡放电中介质温度对放电时间特性的影响

在大气压氩气介质阻挡放电中,研究了不同电介质温度对放电时间特性的影响.实验发现当外加电压较低时,正负半周的放电时间波形没有明显的差别;而当外加电压较高时,正负半周的放电脉冲个数明显不同.分析表明,电介质温度可以改变其介电常数而影响壁电荷的积累,进而使放电特性发生改变.     

空间红外相机高精度低温光学扫描技术研究

为了解决空间红外相机低温光学系统中的高精度像方扫描问题,研究了基于压电双晶片驱动器的低温扫描技术。分析了低温光学系统的辐射特性。根据该驱动器的运动特点,设计了与之相匹配的扫描运动机构,并在低温下测试了其扫描性能。实验结果表明,在120 K低温下,该扫描系统的扫描幅度能够达到1.2°,扫描精度达到80μrad,基本能够满足低轨红外扫描相机的应用要求。