Zr掺杂CaMnO3钙钛矿固溶体太阳能高温热化学储热性能研究

CaMnO₃钙钛矿氧化物廉价易得,能够在较大的温度和氧分压(p(O₂))范围内通过氧化还原反应实现热能的储存和释放,是具有应用潜力的聚光太阳能热化学储热材料.但是,由于CaMnO₃在高温还原过程中易发生部分分解,导致材料无法完全再氧化,严重限制了其热化学储热性能.本文提出Zr掺杂CaMnO₃的新型热化学储热材料并对其物相结构、氧化还原容量、储热性能以及光谱吸收特性等开展实验和理论计算研究.结果表明:掺杂10%Zr元素的CaZr_0.1Mn_0.9O₃钙钛矿固溶体可在实现完全可逆氧化还原循环的同时,有效抑制材料还原过程中的分解现象.但随着Zr掺杂比例的进一步增加,产生的杂相将显著降低材料的氧化还原性能.采用van’t Hoff方法计算出CaZr_0.1Mn_0.9O₃在1000°C,p(O₂)=10^-5atm条件下的储热密度为390.6...     

介电泳技术在生物信号检测和相分离阻变材料中的应用

介电泳是操纵微纳米级粒子的强大工具,已经在生物细胞和无机微粒的分离、检测、操控方面得到了广泛的应用.本文突破对介电泳技术的传统定位,简要介绍介电泳效应的两例新的应用.首先是和新兴的纳米孔技术结合,利用介电泳的富集效应,在微纳环境下对单分子行为进行操控,解决目前纳米孔基因测序面临的通量低等难题.其次在某些相分离固体材料中,介电泳可以通过调节电子相的几何结构引起渗流,从而实现电致阻变效应.这些研究不仅扩大了介电泳技术的应用范围,且具有多学科技术交叉融合的特点,为生物检测技术的开发创新以及新型功能材料的设计提供了新的思路.     

三掺杂化学计量比钽酸锂晶体的非挥发光存储性能

采用顶部籽晶助熔剂法生长了三掺杂近化学计量比Mg:Fe:Mn:Li Ta O3晶体,通过红外吸收光谱和居里温度研究了晶体缺陷结构.以蓝色激光为光源,获得了优异的光折变性质;采用多波长技术,研究了单晶的非挥发全息存储性能,得到了较高的固定衍射效率和灵敏度.蓝光具有较高能量,足以激发深(Mn)浅(Fe)陷阱中心的空穴,这大大提高了蓝光光折变性质和非挥发存储能力.在蓝色激光下,Mg2+不再是光损伤离子,而可以提高光折变特性.采用476 nm激光记录光栅,633 nm激光读取,在2.0 mol%Mg2+掺杂的晶体中获得了62.5%的固定衍射效率,非挥发全息存储的灵敏度提高到0.335 cm/J.     

基于二维材料的压电光电子学器件

二维(2D)材料由于原子级超薄、可调带隙和优异的光电性质,在柔性光电子学领域有着巨大的潜力.利用应变诱导的压电势或压电极化电荷可以调控二维材料界面载流子的传输和光电过程,这种将压电、半导体特性、光激发三者耦合产生的压电光电子学效应推动了新型二维材料光电器件的开发,特别是压电光电子学增强的光电探测、光电化学、气体传感和太阳能电池等方向.本文简要综述了近年来二维材料在压电光电子学领域取得的研究进展,并对这一新兴领域未来的挑战和科学突破进行了展望.     

祝融号火星车热控系统设计与验证

低温、弱光照、低密度风场火面环境对祝融号火星车热控设计与验证提出严峻挑战.祝融号火星车热控设计采用"开源节流"思路,构建了基于火面太阳能原位利用技术的太阳能光-热转换与蓄能系统,及基于纳米气凝胶隔热技术的组合隔热系统,解决了无核源供热条件下火星车保温用能源供给及系统保温设计难题.采用以热分析仿真为主验证热设计的思路,开...     

表面凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征研究

表面凹坑阵列结构具有良好的陷光特性,能有效地降低电池表面的光能反射和延长光在电池吸收层中的光程,因此在光伏领域,特别是在硅薄膜太阳能电池中具有良好的应用前景.本文采用理论分析与实验验证相结合的方法,对凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征进行研究,并讨论了凹坑阵列结构的衍射效应对硅薄膜太阳能电池吸收特性的影响.研究结果发现,凹坑阵列陷光结构的深宽比越大,其衍射效率越好,越有利于光的均匀散射,越有利于电池对入射光的吸收和电池效率的提升.另外,凹坑阵列结构的衍射特性还与入射波的波长有关,入射波长越长,其衍射效果越好.本研究对于高效表面陷光阵列的设计以及高效衍射效率光栅的制备具有重要的参考价值.     

材料动态性能对高速切削切屑形成的影响规律

高速切削作为一门先进制造技术已经在工业生产中得到日益广泛的应用,对高速切削过程切屑形成机理的研究有助于进一步发挥高速切削技术的优势和促进高速加工装备的发展,同时可指导优化切削参数、控制切屑形态以改善加工表面质量.高速切削切屑形态变化是工件材料在不同切削载荷下表现出的动态力学性能差异所致.弄清楚高应变率下材料动态力学性能有利于揭示高速切削切屑变形与失效机理,同时高速切削实验的合理设计与应用可以成为材料在高应变率下动态力学性能的新型测试手段.本文以高速切削过程工件材料动态性能变化对切屑形成的影响为主线,结合我们在高速切削切屑形成机理方面多年的研究成果,对高速切削过程中工件材料的强度、塑脆性和微观组织变化等方面进行了综述分析.阐明了高速切削条件下碎断切屑形成的力学条件,指出了传统切削理论在应力状态对切屑变形和失效的影响机理、切屑微观组织演化等方面研究存在的不足,最后对未来的超高速切削切屑形成机理研究进行了展望.     

钛合金室温和高温三维复合型断裂实验研究

钛合金结构在复杂载荷和工况下的损伤容限对现代飞行器安全十分重要,但至今没有结构三维几何尺寸因素对材料高温断裂性能的影响结果报道.利用新发展的光测断裂试验技术,对航空结构材料TC11高温钛合金制成的紧凑拉伸剪切试样,在3种不同温度条件下进行了多种厚度（1.8～7.1mm）的I/II复合型断裂试验,系统分析了温度、厚度和复合载荷对断裂承载力和裂纹起裂角的影响.结果表明,TC11材料在室温下断裂承载力随厚度增加单调降低;在高温下则呈现与室温下不同的厚度效应：温度明显降低2mm试样的承载能力,而增强7mm试样的承载能力,4mm试样的承载能力则较少变化.I/II复合加载时起裂角在室温和高温条件下都存在一定的厚度效应和温度效应.这些复杂的厚度-温度耦合效应不能用已有断裂理论准确预测,必须发展新的三维复合型断裂理论和评定技术.     

中国科学院成都有机化学研究所

中国科学院成都有机化学研究所成立于1985年11月,经过40余年的发展,目前已成为一个以天然气转化、不对称合成、皮革化工材料和生物医学材料为主要领域,以应用研究和技术创新为主的综合性化学研究所.本所现有职工405人,其中具有博士和硕士学位人员110余人.在120多名高级科技人员中,有研究员33人、博士生导师11人、中国科学院"百人计划"人才2名、"西部之光"人才1名.研究所目前设有天然气化学开放实验室、不对称合成联合开放实验室、高分子化学研究室、皮革化工材料工程研究中心、天然气转化工程研究中心、手性技术工程研究中心和功能材料研究开发中心等7个研究开发机构.     

有机/无机杂化材料与多功能纤维研究进展

有机/无机杂化材料能够实现有机高分子材料与无机材料在纳米或分子水平上的复合,在发挥各自组分特性的同时,体现出特有的协同效应,如新性能、多功能.该原理同样适用于有机/有机杂化体系.随着产业用纤维材料的不断发展,其应用领域也随之拓展,开发新型高分子材料,实现纤维的多功能化成为研究热点.根据纤维多功能化的发展需求,结合有机/无机杂化机理,在分子水平上设计构筑杂化功能材料,采用结构设计、界面构筑的方法建立杂化功能材料与成纤高聚物杂化体系.以成纤高分子的结构设计及凝聚态控制、纳米纤维和低维纳米材料的结构可控制备及其功能化复合为例,简要介绍了有机/无机杂化原理在纤维多功能化方面的研究进展,最后提出了多功能化有机/无机杂化纤维的展望.     

太阳能发电技术综述

本文论述了太阳能的利用技术,重点讨论了太阳能的发电技术,综合介绍了太阳能塔热气流发电技术、太阳能热发电技术和太阳光发电等国内外各种太阳能发电技术,并进行了比较.在阐述各种发电技术的理论与优缺点的基础上,对太阳能发电技术的前景做了探讨.同时,也简要地介绍了我国在太阳能发电技术上的发展现状,指出了我国大力开发太阳能发电系统的有利务件和自然空间.     

光子增强热离子发射太阳能电池混合功率系统参数的优化设计

考虑实际系统中存在的多种传热损失,本文建立一类不可逆光子增强热离子发射太阳能电池与温差热电发电器组合而成的混发电系统模型.基于太阳能电池与温差热电发电器之间的能量平衡方程,导出该混合系统输出功率和效率的表达式.通过数值计算,详细分析了光增热离子太阳能电池的面积、阴极半导体材料的禁带宽度、电子亲和势以及温差热电发电器的无量纲电流对混合系统优化性能的影响,确定混合发电系统运行于最大效率下光子增强热离子太阳能电池阴极材料的禁带宽度,电子亲和势,电池面积和温差热电发电器的无量纲电流的优化值.结果表明,采用混合发电系统,太阳能转换效率与工作于相同条件下的单一光增热离子太阳能电池的效率相比可提高约10%,而光增热离子太阳能电池阴极半导体材料禁带宽度在最大效率下的优化值则比单一光增热离子太阳能电池的小.本文所得结果可为实际光子增强热离子太阳能电池混合发电系统的设计和优化运行提供理论依据.     

介孔有机膦酸盐材料的合成及应用研究进展

介孔有机膦酸盐材料作为一类新型的有机-无机杂化材料,凭借其独特的结构可剪裁性和丰富的化学表面性质在催化、分离与吸附、生物分子的固定等诸多领域都具有巨大的潜在应用价值,因此近几年来越来越受到人们的关注。本文系统地概述了介孔有机膦酸盐材料的发展历程及其合成和应用研究的发展现状,并对这种新型杂化介孔材料的应用前景进行了展望。     

一种用于柱面压缩实验并设有两级内翅式换热器冷屏的液氦温区低温靶

通过低温技术实现物质的高密度状态并进行冲击压缩实验是获得物质高能量密度状态方程的重要途径.本文介绍了一种用于柱面压缩实验的设有两级内翅式换热器冷屏的液氦温区低温靶.该低温靶通过设置两级内翅式换热器冷屏和在低温下可脱落的折叠冷屏结构,实现了液氦的高效存储,成功研制了应用于柱面压缩实验的液氦温区低温靶.在停止外界液氦供给和关闭真空泵的条件下,可获得4.77 K的样品室稳定温度,样品室的降温时间和维持稳定时间均满足柱面压缩实验的要求.本文还介绍了低温靶的结构设计、利用ANSYS Steady-Static Thermal模块对低温靶进行的热分析与实验结果.仿真计算结果与实验结果吻合较好.     

形状记忆聚合物微纳米纤维膜在生物医学中的应用进展

形状记忆聚合物作为一种新兴的智能材料能够记忆暂时形状,并在外界激励条件下实现主动回复到初始形状的驱动过程.基于静电纺丝技术获得的形状记忆聚合物微纳米纤维膜与天然细胞外基质具有相似的三维结构,因此在生物医学领域,特别是组织工程中显示出巨大的应用前景.形状记忆微纳米纤维膜作为智能可变形材料为生物医疗的快速发展带来个性化、智能化的机遇.本文综述了形状记忆聚合物微纳米纤维膜的制备技术、结构形貌及驱动方法,总结了形状记忆聚合物微纳米纤维膜在骨组织支架、骨组织修复、神经支架及细胞培养等方面的应用研究,分析了形状记忆聚合物材料的其他结构在生物医疗领域的应用现状,进一步阐述了形状记忆聚合物材料未来面临的挑战及发展方向.     

原子尺度多重序参量的协同测量与关联特性研究

朗道于1937年将物质的相变和对称性相关联,并提出了物质中的序参量的概念.随着功能材料的研发进展、"量子材料"概念的诞生,与点阵密切关联的电、磁、光等性能均可以在人为调控手段下发生变化,唤起了人们对"序参量"称呼的眷爱.当体系中同时存在多种序参量且多种序参量之间存在强烈的关联作用时,往往会催生许多新奇的物理现象.对一体系在原子尺度上的多种序参量(如点阵、电荷、自旋、轨道、拓扑)的协同测量和关联特性的研究将会有力地促进人们对新型功能材料中各种耦合作用的理解,促进这类材料的研发和应用.本文将简单介绍原子尺度序参量概念的由来,并主要以本研究组的一些工作为例,阐述如何应用和发展先进电子显微学和相关技术实现原子尺度的多种序参量协同测量和关联特性的研究.     

大尺寸关节支架的3D打印及应用

人工关节假体的置换与长期植入后的失效问题将造成关节组织不可恢复的损失,小块可降解骨软骨关节支架具有恢复病变关节的力学环境和诱导新生组织生长的能力,为大尺寸关节病变缺损修复提供了新的治疗策略.大面积深层病变软骨关节病变位置的生理结构与力学环境的分析,以及多材料复合关节支架的仿生制造与手术方案是治疗方案开发的难点.本文提出一种新型多材料关节支架的仿生设计与制造技术和植入方法.以诱导组织生长为导向,选择聚乙二醇凝胶(polyethyleneglyco,PEG)、β-磷酸三钙陶瓷(β-tricalcium phosphate,β-TCP)、聚乳酸(polylactide,PLA)等生物材料开发新型支架;以羊膝关节为研究对象,通过反求工程、有限元分析和3D打印技术,利用有限的影像学数据信息,建立膝关节模型和易病变软骨区域;基于支架生理结构特征与关节缺损区机械承载能力的映射关系,建立大块仿生骨软骨支架的结构与稳定性固定结构.实验证明该支架在置换初期较好地恢复了缺损关节的力学环境.所提出的方法和支架有望为大面积骨软骨缺损的修复提供一种新的治疗方案.     

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.     

大功率光纤激光材料与器件关键技术研究进展

相比于其他类型激光器,大功率光纤激光器具有结构紧凑、转换效率高、光束质量好、热管理方便等优点,在工业、国防等领域有着广泛的应用前景.其中高增益光纤材料与元件、高质量激光泵源、高性能激光种子源成为了制约万瓦级光纤激光器发展的主要因素.本文介绍了大功率光纤激光材料与器件的发展现状,分析讨论了高增益双包层光纤与元件(光纤光栅、包层光剥离器、合束器等)、激光泵源、单频光纤激光种子源等关键技术,对国产万瓦级乃至数万瓦级光纤激光技术的发展进行了展望.     

3D打印技术的发展及其软件实现

随着3D打印技术的不断发展,其已经超越传统单材均质加工技术的限制,成为可实现多材料、功能梯度材料、多色及真彩色表面纹理贴图制件的直接制造;可跨越多个尺度(从微观结构到零件级的宏观结构)直接制造;并与传统加工工艺结合,可实现多种兼顾精度和形状复杂度的新型加工方法.本文叙述了国内外上述技术的研究发展概况,并论述了传统建模技术、3D打印数据交换格式、数据处理软件架构等方面应对3D打印技术最新发展和挑战的对策.