掺镱激光玻璃光谱性质的优化

实验研制得到 4种高发射截面掺镱 (Yb3 )激光玻璃 .根据光谱性质计算了激光性能参数 ,并与国外一些发展中的激光玻璃进行了比较 .结果表明掺Yb3 锗碲酸盐、硅铌酸盐玻璃具有最高的发射截面、增益系数和最低的最小泵浦强度、饱和泵浦强度和激发态最小粒子数 ;硼酸盐玻璃次之 .这 3种玻璃的光谱性质和激光性能参数明显优于国外发展中的掺Yb3 激光玻璃 .掺Yb3 磷酸盐玻璃与日本HOYA公司近期开发的高发射截面磷酸盐玻璃相近 .这些光谱性质优化的玻璃有望成为高平均功率激光器和高峰值功率激光器特别是激光核聚变驱动器核心材料的候选基质 .     

Science China Technological Sciences 2019年62卷第4期中文摘要

<正>高通量实验技术推动材料创新综述刘艺昊,胡子恒,索志光,胡连哲,冯凌燕,龚秀清,刘轶,张金仓随着"材料基因组计划"的提出和普及,高通量技术已被广泛应用于材料科学领域,极大地加速了新材料的发展.其中,基于机器学习和数据挖掘的材料信息学逐渐成为理论指导,而高通量计算方法可用于前期筛选和结果预测,缩小了目标实验范围.研究者可结合预测结果,再利用集高通量材料制备、表征技术于一体的高通量实验方法进一步研发新型     

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.     

香云纱染整技艺机理解析及铁还原菌对过乌用泥的强化作用

具有六百多年传承历史的香云纱染整技艺是一种同时结合植物染(过薯莨)和矿物染(过乌)的独特纯手工染整工艺,已被列入国家级非物质文化遗产,但香云纱染整技艺的科学机理尚未被系统解析.本研究采用电离喷雾高分辨质谱和红外光谱等分析方法,分析了薯莨色素的组成成分和结构,探究了其与丝蛋白的相互作用机制;通过化学模拟法从分子层面解析了"过乌"工艺的化学机理,并考察了微生物对"过乌"河泥特性的维护作用.结果表明:薯莨色素中同时存在儿茶素类缩合单宁酚和醌两种结构,其通过多位点氢键与丝蛋白肽键结合;曝晒后向阳面胶质色素进一步与河泥中Fe(II)反应形成溶解态缩合单宁络合物,并快速被氧化形成含Fe(III)的黑色沉淀,最终形成一面乌黑发亮一面棕色的香云纱.并发现微生物的铁还原作用是保障"过乌"河泥质量和呈现香云纱经典特色的关键,通过添加具有铁还原功能的希瓦氏菌S12可以显著改善不合格"过乌"用泥的染色性能.本研究的结果对保障我国古老的香云纱染整技艺的传承和推动该产业的规范化生产提供了可靠的科学理论支撑.     

复杂软件系统的成长性构造与适应性演化

随着信息网络技术的渗透性发展,复杂软件系统正在成为一种泛在的新型软件形态.此类软件系统通常由相当数量的局部自治的软件系统相互耦合关联而成,具有"系统之系统"、"信息—物理"融合系统和"社会—技术"交融系统的特点,表现出成员异质、边界开放、行为涌现、持续演化等一系列新的性质.这些特征打破了传统基于"还原论"思想的软件工程理论和技术所基于的基本假设,使其难以适用于复杂软件系统的构建.本文分析复杂软件系统的内涵、形成特征和基本性质,深入讨论复杂软件系统在构造和演化环节所面临的挑战,借鉴互联网以及生命系统、社会系统和经济系统等复杂系统的形成和演进模式,提出复杂软件系统的"成长性构造"和"适应性演化"法则,阐述这两条法则所涉及的主要科学问题和关键支撑技术.本文试图为复杂软件系统的构建和发展提供新的方法学和架构层面的支持.     

块体非晶合金中的化学短程序畴与玻璃形成能力预测

利用HREM和纳米束衍射技术证实了在Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti₅块体金属玻璃中存在1~3 nm大小亚稳F-Zr₂Ni型和稳定四方晶系的Zr₂Ni型结构的短程有序区. 在此基础上发展了化学短程有序畴(CSRO)结构的概念, 建立了计算CSRO摩尔分数和含CSRO熔体热力学状态函数的模型和方法. 计算了Ni-Zr, Cu-Zr, Al-Zr, Al-Ni, Zr-Ni-Al和Zr-Ni-Cu合金系中各CSRO摩尔分数, 并得到了这些合金的ΔG_CSRO, ΔH_CSRO和TΔS_CSRO等热力学参数, 根据最大ΔG_CSRO原则预测了上述合金系的最佳玻璃形成能力(GFA)的成分范围. 这些计算结果与已有的Ni-Zr和Cu-Zr系非晶晶化激活能和Zr-Ni-Al系ΔT_x的实验数据相吻合, 与Zr-Ni-Cu薄带的X射线衍射结果也符合得很好. 基于CSRO模型的动力学计算表明, 在最佳GFA成分范围内, Zr-Ni-Cu基合金的非晶形成临界冷却速度为~100 K/s量级, 符合目前制备块体非晶的实际冷却速度水平.     

梯度功能材料结构的广义当量反对称弯曲理论

根据结构与材料的特性, 将梯度功能材料(FGM)结构定义为一个广义当量反对称结构, 这是为将成熟的板壳理论和复合材料层合理论应用于FGM结构而提出的一种新概念和新思想. 在此基础上, 提出一种用于梯度功能材料结构特性分析的新理论——广义当量反对称弯曲理论, 结合广义双重Fourier级数解法, 对有着实际应用背景的FGM结构进行具体的分析计算, 并与现有的理论和实验进行对比.     

超音速分离管内多组分气体分离的相平衡计算

建立了超音速分离管内多组分气体分离的相平衡数学模型, 并给出了相应的计算方法. 用所提出的模型和求解方法对用于中试的天然气净化分离管内天然气的相平衡特性和分离效果进行了预测, 并与实测结果进行了比较. 结果表明, 预测结果与中试实验结果基本吻合, 证明所建立的数学模型和计算方法的可靠性, 能够较精确地预测气体超音速分离管分离得到的气液两相各组分含量等相平衡参数以及流量、密度等流动参数, 也为超音速分离管的结构优化提供了理论根据.     

16Mn钢海水腐蚀速率的计算机预测

本文采用人工神经网络技术建立了碳钢、低合金钢在海水飞溅区腐蚀速率的人工神经网络拓扑结构,并预测了16Mn钢在海水飞溅区的腐蚀速率发展趋势,网络模型预测结果和实测数据紧密相符,预测结果比较理想,该方法为腐蚀专业和非腐蚀专业的工程技术人员提供腐蚀分析的依据.     

参数不确定情况下结构系统重要性分析

为分析随机变量分布参数的主观不确定性对结构系统安全性能的贡献,建立了分布参数主观不确定性对结构系统功能函数和可靠度指标基于方差的重要性测度模型.通过对功能函数的各阶矩进行一阶泰勒展开,将局部参数灵敏度的计算和重要性测度的计算联系起来,并利用功能函数的各阶矩来近似结构系统的可靠度指标,从而建立主观不确定性参数对功能函数和可靠度指标影响的重要性测度求解方法.通过对数值算例和工程算例的分析,对比说明了文中方法在保证计算精度的条件下具有高效性,同时计算结果也提供了减小结构系统输出响应变异性和提高结构系统可靠性的途径.     

河南淅川徐家岭出土中国最早的蜻蜓眼玻璃珠的研究

研究了河南省淅川徐家岭出土的属战国早期的蜻蜓眼玻璃珠．利用质子激发X光荧光技术（PIXE）和X光衍射技术（XRD）等无损分析方法测定了这批蜻蜓眼玻璃珠的结构和化学成分．确定了蜻蜓眼珠的基质为玻璃态物质,其化学成分表明该玻璃属于钠钙硅酸盐系统（Na2O-CaO—SiO2）．通过与古代（古巴比伦和古埃及）的蜻蜓眼玻璃珠的纹饰和化学成分的对比,认为徐家岭出土的这批玻璃珠可能从西方传入．     

页岩气直井非稳态非线性渗流的数值计算及产能预测

结合我国南方海相页岩气藏的实际,针对页岩气藏的特殊孔隙结构及多尺度流动的特征,首先由Knudsen数判断出储层主体流态为滑移流,并指出页岩气在页岩多孔介质中的传输过程是一个等温过程.然后修正了Beskok-Karniadakis二阶近似模型,建立了致密页岩气直井平面径向非稳态非线性渗流问题的数学模型.进一步应用玻尔兹曼变换将问题简化,并给出了求解压力场的数值离散显式迭代格式.最后数值计算得到了内边界定压条件下直井的压力场随时间、空间分布曲线,预测了产量随时间变化的规律,并分析了解吸、滑移和扩散效应对产量的影响.     

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.     

计算结晶学:铝-尖晶石晶体结构与生长形态

现代计算技术向科学技术研究各个领域渗透,形成了诸多新兴交叉学科.在对结晶学发展历史和需要解决的基本科学问题作了分析之后,基于理论研究、晶体制备实验与数学建模计算三者必须紧密结合、互为依托的认识,提出了计算结晶学的构想,并以复杂氧化物晶体体系:铝-尖晶石晶体为例,通过选取晶体的基本结构单元,确定晶体结构的数学表达,进行生长基元稳定能计算并给出晶体的有利生长基元,描述晶体生长形态的形成过程等,阐述了计算结晶学的基本思想与研究方法.所得到的结论与水热法制备铝-尖晶石晶粒的实验结果一致.     

虚拟计算环境中的嵌入式DHT覆盖网技术

随着计算技术与网络技术的飞速发展,人们提出在互联网之上构建和谐、可信、透明的虚拟计算环境.通过覆盖网动态组织互联网资源是在虚拟计算环境中实现资源有效共享的重要途径.基于DHT的覆盖网技术具有可扩展、延迟低、可靠性高等优点,然而,虚拟计算环境中现有的DHT覆盖网无法满足互联网应用的"可信"需求.针对该问题,文中提出一种虚拟计算环境中的嵌入式DHT技术TrustedSKY,支持上层应用在覆盖网中选择可信节点形成"可信子组"(trustedsubgroup)结构,进而在组中实现安全可信的DHT路由.     

计算结晶学: 铝-尖晶石晶体结构与生长形态

现代计算技术向科学技术研究各个领域渗透, 形成了诸多新兴交叉学科. 在对结晶学发展历史和需要解决的基本科学问题作了分析之后, 基于理论研究、晶体制备实验与数学建模计算三者必须紧密结合、互为依托的认识, 提出了计算结晶学的构想, 并以复杂氧化物晶体体系: 铝-尖晶石晶体为例, 通过选取晶体的基本结构单元, 确定晶体结构的数学表达, 进行生长基元稳定能计算并给出晶体的有利生长基元, 描述晶体生长形态的形成过程等, 阐述了计算结晶学的基本思想与研究方法. 所得到的结论与水热法制备铝-尖晶石晶粒的实验结果一致.     

高性能地学计算进展

地学计算是用计算机解决复杂的空间问题的艺术和科学.计算科学使用计算机去研究科学问题,高性能地学计算(HPGC)是高性能计算科学到地理科学的应用.它将高性能计算资源应用于各种类型的地理科学数据、信息和模型,来解决地球科学问题.它使用计算科学理念发展了专业学科理论、算法、体系结构、系统、支撑工具和基础设施.高性能地学计算的应用领域主要包括空间数据分析、动态建模、仿真、时空动力学、可视化、虚拟现实、采用非传统数据采集与分析技术的应用.本文介绍了高性能地学计算的发展、基本模式和分类.分析了当前国内外的研究现状,从关键技术等方面,重点阐述了具有代表性地学网格计算应用项目.最后总结了高性能地学计算未来的两大发展趋势.     

基于ARIMA-RBF算法的月度降雨量预测研究

为了对月度降雨量进行科学预测,将ARIMA模型与RBF神经网络相结合,提出一种基于ARIMA-RBF耦合算法的月度降雨量预测模型。首先,利用ARIMA模型对月度降雨量线性部分进行拟合预测,计算ARIMA模型预测的残差;然后,利用RBF神经网络对ARIMA模型残差进行拟合预测;最后,利用RBF神经网络预测结果对ARIMA模型进行补偿修正,得到最终降雨量预测结果。将该方法用于重庆市沙坪坝月度降雨量实际预测中,预测结果精度高于单一ARIMA模型以及RBF神经网络,能够满足实际预测需求。结果表明:将线性拟合算法和非线性拟合算法结合起来用于月度降雨量预测是一种较为优越的算法。     

复杂裂隙网络无压渗流分析的变分不等式提法

通过对仅适用于湿区裂隙渗流的Darcy定理进行延拓处理,并将潜在溢出面归纳为Signorini型互补边界条件,建立了定义在裂隙网络全域上无压渗流问题的偏微分方程（PDE）提法.为了减小试探函数的选取难度和消除溢出点的奇异性,进一步发展了与PDE提法等价的变分不等式（VI）提法,并给出了离散型变分不等式提法的有限元数值求解格式、迭代算法与计算流程.由于使用了连续型的Heaviside函数代替阶跃型函数,避免了对位于过渡区域裂隙单元进行积分时形成的数值跳跃,从而显著提高了有限元数值求解过程中的稳定性.典型算例的计算结果验证了该方法的有效性和可靠性,并表明基于离散裂隙网络模型的无压渗流分析不但可以较好模拟裂隙岩体渗流的非均质性和优势水流方向,还可以准确预测坡体内部排水结构的渗流量,为裂隙岩体边坡防渗排水系统的优化布置提供科学依据.     

激光共聚焦显微镜研究填料在涂料中的分布I：正交分析方法研究填料在涂料中的纵向分布以及对耐候性能的影响

设计制备了2种不同TiO2填料填充的环氧树脂涂料,用激光共聚焦显微镜（LSCM）对填料TiO2在这2种涂料中的横向和纵向分布分别进行了研究.结果表明,在这2种涂料中TiO2填料的纵向分布差别较大.TiO2在Disp样品中的纵向分布比较均匀,而TiO2在Non-disp样品的纵向分布中存在1.1μm的一个填料缺失层（gap）,这个填料缺失层严重影响耐候过程中涂料的表面光学性质.根据LSCM的测试结果,提出了填料在涂料中的分布模型,并且根据该模型预测了耐候过程中涂料表面性质的变化：涂料的表面光学性质出现一个先降低再提高的过程.此理论预测结果与实际耐候过程中表面光学性质的变化情况一致,说明该模型的正确性与科学性.