飞秒激光抽运探测方法测量液体热导率

基于双色飞秒激光抽运探测方法,本文提出一种能够快速测量液体热导率的实验方法,具有测量便捷、精度高,液体用量少等优点.该方法测量过程中液体温升小,液体自身热物性不发生变化,液体内部自然对流传热微弱,对液体热导率测量的干扰可以忽略.对测量过程中样品内部的热输运过程进行了分析,建立了用于分析测量数据的双向热输运模型,并利用该模型对可能影响测量精度的物理参数进行了敏感度分析,包括玻璃基底的热导率、铝传感层的厚度以及抽运激光的调制频率,敏感度分析可以对被测量样品的结构设计和实验条件的选取起到指导作用.利用该实验方法对水和十六烷2种液体的热导率进行了测量,测量结果分别约为0.6和0.14 W/(m K),测量误差分别为2%和10%,与文献报道值吻合程度较高,验证了该实验方法的有效性.另外,该方法还适用于熔点较低的固体热导率的测量(如石蜡等),以及固-液界面热导的测量等.     

空心纳米线热导率和比热:理论模型构建与尺度效应分析

具有独特一维空心结构的金属纳米线,由于其优异的轴向热导率和电导率以及轻质、高强度等特点,在高性能热界面材料和热电材料制备等领域展现了潜在应用价值.然而目前空心纳米线热导率和比热理论模型欠缺,本文在综合考虑了热输运电子和声子的平均自由程,群速度和比热尺度效应的前提下,建立了空心纳米线的热导率和比热模型.基于此模型,深入探讨了空心铜纳米线热导率与长度和壁厚的依赖关系,以及其电子热导率和声子热导率与壁厚的关联关系.最后分析了空心铜纳米线热导率产生尺度效应的原因,并从载流子热输运性质层面进行了解释.研究结果表明,本文提出的理论模型可精确预测一维空心纳米线的热导率,相关系数大于90%;空心铜纳米线和实心铜纳米线的热导率随长度和壁厚的变化均表现出显著的尺度效应,且实心铜纳米线的热导率大于空心铜纳米线;实心铜纳米线的电子热导率大于空心铜纳米线,而二者的声子热导率近似相等;空心铜纳米线的声子体积热容表现出显著的尺度效应,其值最大可达到体材料的1.6倍、同尺寸实心铜纳米线的1.2倍.本文的研究进一步加深了对空心纳米线比热和热导率的理论理解,有助于推进其实际应用.     

Ag/Bi多层膜的互扩散行为研究

互扩散系数是研究多层膜中扩散机理和固相反应的重要参数,利用调制波长为纳米级的成分调制多层膜可以测量10~(-27)m~2/s量级的扩散系数。当组分调制多层膜的调制波长L(L为两组分厚度之和)在纳米量级时,在垂直膜面方向形成一个一维的人造晶格。这种人造晶格所产生的在0°～10°范围内的Bragg衍射峰(调制峰)的强度对退火过程中多层膜间的互扩散十分敏感。测量多层膜的第1级小角X射线衍射峰强度随退火时间的变化可以得出多层膜间的互扩散系数。为了准确测量,最近我们设计了一种可以原位测量第1级小角衍射峰强     

Fe/Ag多层膜的巨磁电阻效应

自1988年Baibich等人在Fe/Cr多层膜中发现巨磁电阻(GMR)效应以来,人们对各种磁/非磁金属多层膜做了大量的研究.Fe/Cr,Co/Cu和Fe/Cu是最为人们熟悉的存在GMR效应的多层膜系统.金属多层膜中出现GMR效应的必要条件之一是相邻磁性层之间必须存在反铁磁耦合.最初人们对Fe/Ag多层膜的研究没有观察到反铁磁耦合.然而,Bruno等人对磁性过渡族金属/贵金属多层膜的理论计算表明,其中存在铁磁-反铁磁层间耦合振     

多介质环境模型在化学品暴露评估中的应用与展望

由于化学品引发的环境事件呈上升趋势,各国政府和公众已高度关注化学品的环境风险.欧盟发布化学品监管的法规指出"没有安全数据,就没有市场"("No Data,No Market").中国也发布了《新化学物质环境管理办法》,这标志着中国化学品的环境管理由危害管理过渡到风险管理.化学品的暴露评估是环境风险评估和管理的关键.多介质环境模型是化学品环境暴露评估的简便而有效的工具之一.应用多介质环境模型,可以预测化学品在环境介质中的存在水平和分布,揭示相对重要的降解过程,估计化学品在环境中的停留时间,全面地描述化学品的环境归趋.本文概述了多介质环境模型的理论基础及发展过程,重点介绍了局部、区域及全球尺度下多介质环境模型应用于化学品暴露评估的研究进展,比对分析了化学品风险评估中常用的暴露评估软件的特征.此外,还总结了中国化学品暴露评估中多介质环境模型的应用情况,展望了多介质环境模型两种发展趋势及方向.可以预见,多介质环境模型在我国化学品环境风险评估和管理领域具有巨大的应用前景.     

基于格子Boltzmann方法的复杂多孔介质内双扩散效应的对流传热传质机理研究

基于TD2G9不可压格子Boltzmnann模型, 通过引入第3个分布函数表征浓度场的演化, 并在标准演化方程后附加源项, 构造了用于模拟多孔介质内在多物理场(浓度场, 温度场)下交叉耦合效应的自然对流传热传质格子Boltzmann模型. 基于非平衡态不可逆热力学的基本原理, 引入Boussinesq假设, 在考虑了耦合扩散效应的基础上建立了可用于描述多物理场耦合效应下的自然对流传热传质的控制方程. 采用提出的格子Boltzmann模型结合多孔介质构造算法从孔隙尺度对规则以及随机多孔介质内双扩散效应的自然对流传热传质过程进行了模拟, 研究了不同瑞利数Ra, 不同孔隙率下的多孔介质内传热传质特征, 考察了温度梯度等因素对多孔介质内传质过程的影响, 创新地从孔隙尺度对多孔介质内的耦合对流扩散过程的传热传质机理进行了研究.     

纳米结构光子吸收特性的强化及调控

等离激元纳米结构具有很强的光子散射和吸收性能,在光热转换、光化学转换和光电转换等领域有重要应用.本文采用时域有限差分方法(FDTD)对金属/介质、介质/金属纳米结构的光子吸收特性进行模拟,讨论了各层相对厚度对不同组合形式纳米结构光谱特性的影响.金属表面等离激元共振效应的激发,产生强烈的近场效应,使得散射和吸收性能显著增强.通过调节粒子尺寸和各层厚度,可以实现共振吸收强度和共振位置在较宽波段范围的有效控制.同时,讨论了金属、介质两种材料的不同组合形式对光谱特性的影响,相比于金属/介质核壳结构,介质/金属复合结构的光谱特性调节作用更强.控制SiO 2/Ag核壳结构各层相对厚度,可以实现光子吸收特性在宽波段范围内的调节和控制,在光热转换领域将有重要应用.     

[FePt/Ag]10多层膜的结构和磁学性能

采用磁控溅射在玻璃基片上制备了[FePt/Ag]₁₀纳米多层膜. 经550℃, 30 min真空退火后, [FePt/Ag]₁₀多层膜的矫顽力显著增大. [FePt/Ag]₁₀多层膜的磁学性能受Ag体积百分含量的影响, 多层膜中含25%的Ag可以得到最大矫顽力. 剩磁曲线分析表明, 在Ag含量相等的[FePt/Ag]₁₀多层膜中, 较薄的磁性层有利于减小晶粒间交换耦合作用. X射线衍射结果表明, Ag层厚度为5 nm时, FePt (001)峰强度明显增大. 通过磁黏滞系数法可以得到10^-24 m³的磁反转体积, 说明所设计的[FePt/Ag]₁₀多层膜可以满足超高密度磁记录对介质的要求.     

砖混轻钢加层结构的非线形时程分析

轻型钢结构加层的优越性使其应用前景越来越广泛,然而由于鞭鞘效应,轻型钢结构自身的层间位移不能满足设计要求。目前,应用摩擦阻尼器对轻钢加层结构进行减震是经济有效的抗震措施。文中以常遇地震下的位移为控制目标,运用ANSYS通用有限元程序,采用非线性时程分析方法对安装有摩擦耗能支撑的轻钢加层结构进行内力和位移的计算。并根据摩擦阻尼器阻尼比的不同取值,建立计算模型,经过计算表明:安装有摩擦耗能支撑的轻型钢结构本身消耗了大部分的地震能量,减轻了主体结构的震害;轻钢加层结构的层间位移可以满足预期目标。     

各向异性介质中地震波射线满足的改进型斯涅尔定律

各类介质中地震波遇界面时几何射线参数求取问题均涉及到斯涅尔定律的应用,各向同性介质中斯涅尔定律的应用已广为人知.由于各向异性介质中地震波相速度与射线速度即能速度强度和方向上的差异,故基于相速度所获得的经典斯涅尔关系式不适于求解各向异性介质中地震波遇界面时的几何射线参数,经典的斯涅尔定律需要修正.这对利用各向异性介     

气凝胶纳米多孔材料传热计算模型研究进展

对新型气凝胶纳米多孔隔热材料等效热导率计算模型在近年来的发展进行了研究总结,介绍了(1)纳米尺度下气凝胶隔热材料的气相/固相/辐射等不同传热模式的传热特点;(2)气凝胶纳米尺度多孔网络中的气相传热、固相传热以及辐射传热的理论计算、数值预测以及经验关联等不同计算模型的特点及建立方法;(3)气凝胶纳米多孔隔热材料以及气凝胶复合隔热材料的整体等效热导率计算模型的研究进展;(4)以前期开展的研究工作为例,具体说明了气凝胶复合隔热材料从纳米尺度到微米尺度的传热模型的建立过程以及整体等效热导率计算模型的建立方法;(5)对分子动力学方法在气凝胶纳米多孔材料中的应用做了简要介绍.最后指出,对于气凝胶纳米多孔材料,其纳米尺度下的气固接触界面等特殊区域的耦合传热机理研究还不完善,复杂结构的纳米颗粒的固相热导率以及整体热导率计算模型也不够准确.因而采取适用于纳米尺度下的传热计算方法对这些问题进行更细致深入的研究,可以为进一步阐明气凝胶复合隔热材料内部的热量传递机理,建立更准确的气凝胶复合隔热材料传热计算模型,探索不同影响因素对传热性能的影响规律,以及开展气凝胶复合隔热材料的性能预测及优化等方面的研究,提供理论指导帮助.     

电子在多层介质中的散射模型及Monte Carlo模拟计算方法

多层薄膜(包括一定衬底上的单层膜)X射线微区定量分析、电子束曝光技术中能量沉积的理论计算等是一类对大规模集成器件的研制和材料科学的发展具有重要意义的课题。上述研究均涉及如何描述keV电子在多层介质中散射过程。虽然不少学者提出了电子在厚块状样品中散射的物理模型,且在电子束显微分析中得到成功的应用,但电子在多层介质中散射的有关理论和计算方法则鲜见报道。     

一个改进的多层介质中电子散射模型——“等效单一介质散射”计算方法

作者提出的中能电子在多层固体介质中散射的物理模型及Monte carlo模拟计算方法,在薄膜背散射电子发射、多层薄膜X射线定量分析及电子束曝光能量沉积的理论计算等方面得到较好应用。该模型基于“等步数变步长”的概念,认为人射电子从一个介质散射进入另一介质时,在新介质中的散射次数等于总散射次数N减去已发生的散射次数n。由电子在固体中等步长散射模型得新介质(严格讲应是下一介质)中电子散射平均自由程     

S~1×S~1→S~1和S~2的映射的同伦群及环管状铁磁体磁化态的拓扑分类

一、引言 近十余年来,应用代数拓扑理论对有序介质的状态和缺陷进行分类的工作(见文献[3—6])发展很快,引起人们的很大兴趣。虽然对缺陷的拓扑分类也是化作对从n维球面S~n到序参量空间V的映射(指连续映射,下同)的拓扑分类来处理的,但对有序介质状态(这里采用连续模型,把该状态看作是从介质所占空间区域D到V的映射)的拓扑分类工作却不多。     

激光熔覆再制造零件中超声传播及缺陷检测数值模拟

激光熔覆再制造零件在具备优良性能的同时,其弹性性能呈现出声学各向异性,为声学检测带来困难,深入研究各向异性激光熔覆层及基体材料中超声波的传播特性,可以为这类再制造零件的超声无损评价提供重要的理论依据.本文建立了激光熔覆再制造零件中超声传播及缺陷检测数学模型,通过计算获得了Fe314激光熔覆再制造涂层、45钢基体两层介质中超声波探头辐射声场的分布特征.研究结果表明:材料的各向异性对入射声场的影响程度与材料的慢度值有关,声束的偏转方向由慢度面的法矢量决定,声束的聚焦、散焦行为由慢度面的曲率决定.应用建立的模型模拟了激光熔覆再制造零件中横通孔、裂纹缺陷的回波信号.比较了数值模拟与实验测量结果,二者的幅值和相位都具有很好的一致性,有效验证了本文所建立的超声检测数学模型的正确性.     

负吸收介质法卜利-白洛干涉仪

光在非吸收或正吸收分层介质中传播的理论,M.Born等有过简明而概括的描述。其目的是为解释各种薄膜光学现象提供一个理论基础。现在看来,只耍引进负吸收介质的概念,受激光发射器可以看作是一块由非吸收、正吸收及负吸收介质组成的分层介质,也是一个具有负吸收介质的F—P干涉仪。它可以是非吸收(多层)——负吸收——非吸收(多层)类型,也可以是正吸收——负吸收——     

预应力作用下双层石墨烯低温热振动

热振动对纳尺度器件动力学特性有着重要的影响.为此,建立了预应力作用下,考虑量子效应的双层矩形石墨烯的等效连续介质模型.计算了不同预应力作用下,不同温度时双层石墨烯的固有频率和均方根振幅.双层石墨烯层间存在范德华相互作用,其同向振动固有频率与相同尺寸单层石墨烯固有频率相等,双层石墨烯存在大于同向振动频率的反向振动频率.考虑量子效应板模型得到的均方根振幅值小于结合能量均分原理板模型得到的结果.且随着温度的降低,两种板模型结果之间的差值增大,量子效应越来越明显.随着预应力的增加,双层石墨烯的固有频率值增加,均方根振幅值降低,量子效应的影响逐渐增加.预应力对同向振动的影响远大于对反向振动的影响.分析了零点能量对双层石墨烯热振动的影响,当计入零点能量后,石墨烯均方根振幅大于结合能量均分原理板模型预测的结果,且在零温时依然存在不为零的振幅.     

Co/C软X射线多层膜的时效研究

软X射线多层膜是由折射系数高低不同的两种材料交替沉积而构成的一维周期结构.在软X射线多层膜的实际应用中,如显微学、宇航学和显微全息等方面,具有高反射率是十分重要的.因此,研究X射线多层膜的时间效应有实际意义.本文研究了Co/C软X射线多层膜的时间效应.     

玉米产量及构成因子主效和上位性QTL的全基因组扫描分析

在此前构建的含174个分子标记的连锁图基础上, 新增31个分子标记, 并利用统计分析的方法对基因型数据进行检测, 剔除基因型明显有误的数据, 构建了共包含205个分子标记, 平均间距为11.2 cM, 覆盖玉米全基因组10条染色体的分子标记连锁图. 基于统计学的基因型数据检测, 能显著提高连锁图构建的准确性. 结合一年两点6个重复的田间实验, 利用软件R/qtl进行主效和上位性QTL分析, 同时利用多区间作图法(MIM)验证主效QTL和主效QTL互作的真实性和位置. 通过MIM方法, 检测到控制产量、行粒数、行数和百粒重的主效QTL分别为5, 5, 7和5个, 分别能解释35.3%, 37.4%(含1个互作QTL), 61.5%和39.7%的遗传变异; 除行粒数的2个QTL之间存在显著性互作之外, 其他性状的主效QTL之间都没有检测到显著性互作存在. 同时, 还检测到24个上位性互作QTL, 这些QTL涉及的位点几乎分布于所有10条染色体. 这些互作QTL以主效QTL与无显著效应基因座之间的互作居多, 对所有4个性状而言比例接近三分之二. 这也说明主效QTL除了单独起作用之外还可以通过与其他没有显著效应的基因座之间互作来影响性状表达. 结果表明, 上位性QTL在玉米产量性状的遗传中可能与主效QTL一样也起着重要的作用.     

进化争当少数者博弈模型中自适应动力学演化机制

为了分析在进化的少数者获胜博弈模型中, 究竟是什么机理导致不同的人群分布, 研究了一种推广的进化少数者博弈模型. 发现这一推广模型存在三种不同机制, 即: 组平均效应、左右不对称涨落效应和自相互作用效应. 其中前二种效应有利于中庸人群, 而最后一种效应有利于极端人群. 在特殊情况下, 推广模型可以退化成基本的进化少数者博弈模型, 此时极端人群比中庸人群有利, 因而分布趋向极端人群. 但在一般情况下, 解析讨论和数值计算均表明: 组平均效应起重要作用, 此时中庸人群比极端人群表现佳, 从而分布趋向中庸人群. 在所提出的推广模型中, 随着参数的不同取值, 三种机制的重要性可以相互转换, 从而对于进化的少数者获胜博弈模型中导致不同类型人群分布的机理提供了理解.