空间介质充放电研究现状及展望

空间环境与航天器介质材料相互作用引起的介质充放电现象是威胁航天器安全运行的重要因素之一.尤其是随着航天器工作电压的提高,该问题尤为突出,严重制约了高电压、大功率航天器的发展.本文综述了国内外空间介质充放电领域的研究现状、存在的问题及未来发展.首先,介绍了空间介质充放电现象及其危害,当前我国航天器发展对空间介质的工程需求;分析了空间介质充放电发展历程及新时期深空探测、国际空间站的发展对空间介质的新要求和挑战.其次,从介质充放电机理、放电抑制措施、数值计算和计算机仿真等方面,总结了介质表面充放电和介质深层充放电的研究现状和存在问题.再次,介绍了空间介质充放电试验与材料特性的研究热点问题.包括:电子辐射下表面电位衰减与材料特性;电子辐射下介质内部空间电荷原位测量与材料特性;电子辐射下介质真空沿面闪络特性.最后,结合当前研究中存在的问题,展望了空间介质带电领域亟需解决的科学问题.     

锂离子在石墨烯材料中的嵌入脱出机制

采用还原氧化石墨法制备了石墨烯材料, 运用X 射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电、循环伏安和电化学阻抗谱(EIS)等对其结构、表面形貌和电化学嵌锂性能进行了表征. XRD, SEM 和AFM 研究结果表明, 所制备的材料主要为层数少于10 层的石墨烯材料; 充放电结果表明, 石墨烯材料电极具有较高的可逆容量和较好的循环性能, 但也存在较大的首次不可逆容量, 不可逆容量主要归因于首次充放电过程中石墨烯材料表面固体电解质相界面膜(SEI 膜)的形成和充放电循环过程中石墨烯材料的自发堆叠. EIS 结果表明, 石墨烯材料电极表面SEI 膜主要在0.95~0.7 V 之间形成, 测得锂离子在石墨烯材料电极中电化学嵌入反应的对称因子α 为0.446.     

碎片清理发动机概念探索

提出空间碎片发动机的新概念和一种空间碎片清理的新方式.空间碎片发动机立足于空间碎片清理工作,将捕获到的空间碎片通过机械方式分解后,使用球磨等物理方式将碎片粉碎到一定细度,并通过电子束充电使粉末带电.带电粉末在静电粉末加速器中加速后高速喷出,为空间碎片清理航天器进一步变轨提供动力.这些带电粉末将在太阳风及地球磁场的作用下飘离地球周围.一方面,该碎片发动机清理了地球周围的空间碎片,为人类可持续利用空间环境提供保障,另一方面,为航天器获得动力提供足够工质,延长了清理器在轨寿命和飞行距离,提高了单次发射的工作效能.此外,由于航天器不需要携带大量燃料,可持续的推进剂供应,也将为小行星探测和行星际航行提供更好的思路.     

单轴式静电悬浮无容器处理研究

“无容器”是空间环境的主要特征之一, 它避免了材料与容器壁的接触从而消除了固态有形界面, 是空间材料科学研究中重要的环境条件. 悬浮技术是地面条件下获得无容器状态的主要物理方法. 静电悬浮是利用带电样品在静电场中所受的库仑力来抵消其重力从而实现悬浮无容器状态, 具有多方面的优点: 适用于在表面能够保留静电荷的各种金属和非金属材料; 加热和悬浮独立控制, 悬浮稳定性不受温度影响, 可以在宽广的温度范围内开展研究; 悬浮样品内部扰动极小, 有利于进行液态合金的深过冷和快速凝固研究; 悬浮可在真空环境中进行, 避免了介质的影响. 因此, 静电悬浮是开展材料无容器处理研究的重要途径. .....     

人类首次观测到“行星际激波”

<正>近日,美国宇航局(NASA)的一组航天器终于观测到了科学家搜寻多年的一个现象:行星际激波。据了解,NASA通过"磁层多尺度任务"项目(MMS)观测地球周围的磁环境。该项目依靠4枚相同的航天器合作绘制正在发生的空间现象。在该项研究中,科学家剖析了2018年1月在磁场中发生的这个特别有趣的现象——行星际激波,即不断从太阳流出的带电     

LiCoO2正极材料电子和离子传输特性的电化学阻抗谱研究

运用电化学阻抗谱(EIS)研究了LiCoO₂正极的电子和离子传输特性, 及其在电解液中贮存和充放电过程中的变化规律. 发现当LiCoO₂正极在电解液中贮存达到9 h时, 在EIS的中频区域出现一个新的半圆, 随着贮存时间进一步延长, 该半圆不断增大. 在充放电过程中, 这一中频区域半圆随电极电位的变化发生可逆的增大和减小, 其变化规律与Li_xCoO₂电子电导率随电极电位的变化规律相一致. 因此, 这一新的EIS特征应归属于LiCoO₂正极在贮存或锂离子嵌脱过程中Li_xCoO₂电子电导率的变化. 研究结果还发现, LiCoO₂正极表面SEI膜阻抗在充放电过程中可逆地增大和减小, 也可归因于充放电过程中LiCoO₂正极活性材料电子电导率的变化.     

纳米颗粒表面活性剂对多孔介质中黏性指进现象的抑制

多孔介质中不稳定的两相驱替会导致黏性指进现象,对实际工业中的两相流动过程产生不利影响.已有文献证明水相中的表面功能化纳米颗粒和油相中的功能化基团聚合物可以在油水界面发生反应生成纳米颗粒表面活性剂,降低界面张力并诱发界面黏弹性.本文提出使用纳米颗粒表面活性剂抑制多孔介质中黏性指进的新方法,通过微流体可视化实验,研究了纳米颗粒表面活性剂对多孔介质中驱替界面特性的影响规律.结果表明,纳米颗粒表面活性剂可以有效抑制多孔介质中的黏性指进现象,驱替效率对比纯水纯油提高了约2.5倍.通过分析基于不同毛细数与黏度比下的驱替模式分布相图,得到了多孔介质中纳米颗粒表面活性剂稳定驱替和黏性指进两种驱替模式的转变界限,证明纳米颗粒表面活性剂驱替对比纯水纯油大幅提高了黏性指进出现的临界毛细数和黏度比,在不同的参数范围内对黏性指进都有显著的抑制作用,为多孔介质中黏性指进的抑制提供了新的思路.     

等离子驱动微小碎片加速器机理及运行参数

毫米以下尺寸微小碎片在近地空间存在数量大, 对航天器暴露材料的长期累积侵蚀作用成为影响航天器寿命和可靠性的重要因素, 在航天器的空间环境适应性设计中必须予以考虑. 为了模拟研究空间微小碎片对航天器材料的撞击效应, 研制了等离子体驱动的微小碎片加速器. 本文对加速器的核心过程—— 等离子体的加速、压缩进而形成超高速等离子体射流的物理过程建立了物理模型, 并进行了计算以及与实验结果的对比分析, 揭示了加速过程的物理机制, 为加速器的优化设计提供了依据. 同时, 通过一系列实验研究, 确定了加速器运行的最佳工作参数, 并初步获得了加速器的加速能力范围.     

能自动修补的飞机

澳大利亚研制成一种新工艺,它能使飞机或航天器独自进行诊断,在必要时无须人的参与自行修补出现故障的部件和系统。研制者是澳大利亚科学工业研究机构CSIRO(Commonwealth Scientific & Industrial Research Organization)。新工艺建立在所谓“智能表面”原理基础上,“智能表面”是具有足够柔性的人工智能系统,以便能更有效地对付意外突发事件。由于自动配置、恢复和适应新情况,“智能表面”能在人极少参与的条件下有效地工作。根据研制者提出的规定,“智能表面”是由大量能“感觉”和“动作”的元件组成的介质,它们能彼此交换信     

NASA宣布向土卫六发送无人机

<正>土星的第六颗卫星泰坦(Titan)拥有油质的黑色海洋、雾霭重重的金色大气层和带电的沙丘,是太阳系中最有魅力的天体之一。2019年6月27日,美国宇航局(NASA)批准了一项激动人心的新任务,将发射一架小型无人机到泰坦陌生的表面上空翱翔。这架双四旋翼无人机称为"蜻蜓",是美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室(APL)的心血结晶。NASA在6月27日新闻发布会上公布的"蜻蜓"任务是在与"恺撒"任务的竞争中胜出的,"恺撒"任务全称是"彗星天体生物学探测样本返回"任务(Comet Astrobiology Exploration Sample Return,CAESAR),该任务计划发送一艘航天器,从"67P/丘留莫夫—     

空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的评估方法

利用等离子体驱动微小碎片加速器, 开展空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的地面模拟实验, 得到了微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的平均表面损伤系数和撞击损伤方程, 并分别提出了利用平均表面损伤系数和撞击损伤方程评估空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的评估方法. 结合master2005空间碎片分布模式计算得到的空间微小碎片分布规律, 采用这两种评估方法分别对800 km轨道高度航天器太阳电池遭受微小碎片撞击引起的表面损伤率进行了评估. 计算结果表明这两种方法能够相互验证, 并且发现空间微小碎片撞击对太阳电池的表面损伤主要由5~500 μm碎片撞击引起.     

Zn超微粒子ZnO表面层的表面声子吸收

超微粒子因其特有的物理、化学性质而引起科学工作者的广泛注意。利用气体蒸发法制备的金属超微粒子,表面通常有一层氧化层介质。按照Ruppin的理论,对这种介质包覆的金属球,在介质的长光学横模与长光学纵模之间存在一系列表面声子模,该表面模的频率依赖于介质层的相对厚度。本文利用高频感应加热法制备了锌超微粒子,研究其红外吸收,以期验证Ruppin的理论。     

离子束活化氢电极在碱中的催化性能

研究析氢活性电极对燃料电池、氢能和氯碱等电化学工业有重要实际意义,对查明电催化过程和析氢机理有重要理论价值.提高析氢阴极的活性和稳定性是电化学领域中最引人注目的课题之一.国内外研究十分活跃.作者应用离子束技术得到高活性析氢阴极,开辟了离子束化学的新方向.近来作者采用Mo、W和C离子束对Ni、Mo和W组成的表面合金进行改性,得到一系列在酸性介质中稳定的高活性新型析氢电极,本文报道这些电极在碱性介质中的行为.     

电场作用下电流变液滴的变形及力学行为

外加电场作用下的液滴变形及力学行为是电流体动力学研究的重要内容.基于volume-of-fluid(VOF)方法,将电场力作为源项添加到流体运动的Navier-Stokes方程中,提出了电流体流场与电场双向耦合的数值方法,分别研究了外加均匀电场与非均匀电场作用下,中性漏电液滴和带电液滴的变形/运动及其力学行为.小变形条件下,数值模拟得到的外加均匀电场中性漏电液滴的变形系数接近于理论值,验证了本文方法的正确性.研究结果表明,电场作用下液滴与周围介质物理属性的差异导致液滴表面不同的自由电荷再分配形式及其变形状态;相对于电场方向,中性漏电液滴可能会发生"扁长型"或"扁平型"变形.均匀电场下,中性漏电液滴内部形成稳定的回转运动,液滴不会发生宏观运动;对于存在净电荷的液滴,由于库仑力的作用,液滴不仅会发生变形,同时也会沿电场线方向运动.非均匀电场下,中性漏电液滴与带电液滴都会沿电场线运动,并发生不同的变形.本文所提出电流体流场与电场双向耦合的数值方法为静电喷雾、电泳等复杂的工程电流体动力学研究提供了理论基础.     

合肥国家同步辐射装置

高能粒子是开展核物理和高能物理研究的重要手段,随着高能物理研究的发展,要求粒子的能量愈来愈高,建造同步加速器以产生高能量的粒子,遇到一个障碍是:带电粒     

微细颗粒在水乙醇及煤油中的分散行为特征

采用累积沉降法研究亲水的碳酸钙和疏水的滑石颗粒在水、乙醇及煤油介质中的分散行为特征．研究表明,颗粒在液相中的分散行为遵循极性相容原则,即颗粒表面亲液程度强,则分散性好;反之,分散性差．提出了在水和煤油中油酸在颗粒表面的吸附模型．     

宇航器件空间辐射效应研究面临的新问题

正空间辐射物理及应用是研究空间辐射环境生成与模拟、辐射测量、辐射效应与抗辐射加固等的科学,属于核科学、宇航电子学、材料等科学的交叉学科,是电子器件和系统抗辐射加固的基础,是航天器在轨长期可靠运行的关键技术,是核大国和航天大国研究的重点和热点.航天器工作在与地面完全不同的环境中,空间辐射对航天器的影响是必需考虑的问题.空间辐射损伤已经成为航天器故障的主要原因,约占在轨故障的45%.     

多孔硅的电位调制波长的可见光发射

虽然早在60年代就发现了单晶硅在氢氟酸中阳极氧化时伴随的电致荧光现象,直到1991年,随着多孔硅室温下可见光致荧光的发现,才真正认真开始了多孔硅电致发光的研究,由于PS固体电致发光器件的能量转换效率极低 10~(-4)～10~(-6),通常认为是导电镀层不能与表面粗糙的硅多孔层很好接触所致.为解决这一问题,Kelly等提出并实现了在强氧化剂溶液中阴极极化多孔硅的可见光发射,从而开辟了液相PS电致发光的新领域.通过对其电化学及光谱特性的研究,有助于弄清半导体电极的光电化学过程及荧光发射机制.Bsiesy在过硫酸铵溶液中调节多孔硅阴极偏压来改变电致荧光的波长,为可控波长的电光转换开辟了新途径,显示了硅在光电子学领域的巨大应用前景.本文对低掺杂N型多孔硅电位调制波长可见荧光发射现象进行了深入研究,首次报道了电致发光随时间淬灭峰位红移的光谱特征,并就其发光机制加以讨论.1 实验方法本实验所用样品为(100)晶面抛光的N型单晶硅,电阻率3～5Ω·cm.采用恒电流方式(电流密度=5mA/cm~2)阳极电解,对电极为透光的Pt网,电解液由重量百分比1:5:5的HF:EtOH:H_2O组成.氧化过程中用功率50W的卤钨灯照射,腐蚀10min后样品表面形成黄色多孔层,在紫外光激发下发出明亮的红黄色光.     

基于细观结构的颗粒介质应力应变关系研究

用DEM数值计算了一个颗粒介质的双轴压缩试验, 分析了颗粒介质在等向压缩与剪切过程中颗粒细观结构的变化规律, 推导出一个基于颗粒细观结构变化的颗粒介质屈服函数, 其形式与修正剑桥模型的屈服面相似. 利用该屈服面方程, 可以通过颗粒接点数按接触角整理的分布变化说明在压缩和剪切过程中颗粒介质的屈服特性, 为从颗粒细观结构的变化规律进一步研究颗粒介质的应力-应变特性提供了一个可行的方法.     

激光碳氮硼共渗对金属表面性能的影响

目前改变金属工件表面的化学、物理和机械性能的方法,通常采用使工件表层与介质起化学作用的常规化学热处理方法。这种方法的缺点是处理周期长、工件变形大、消耗合金元素多、能源消耗大、需要淬火介质、处理时还有污染。近年来人们采用大功率激光束作为热源,对金属材料表面作强化处理,如相变硬化、合金化、包覆和非晶化等研究已取得了显著的进