飞秒激光脱附的随机运动模型的研究

以飞秒脉冲激光的非平衡态传热和原子分子激发态的微观机理为基础, 建立了飞秒激光对微纳米结构中基体表面层的杂质进行脱附的随机运动物理模型. 由脱附过程的数值模拟结果, 获得了脱附概率随激光辐射时间的演化规律以及不同激光参数对脱附概率的影响.     

玻璃在飞秒激光作用下的新现象

飞秒激光的发展,给玻璃的研究带来了崭新的内容。本文综述了近年来国内外在这方面的研究地 。 要有光致破坏、光致变色、色致玻璃折射率变化,光致稀土离子价态变化,光致玻璃显微晶化,光致长磷光产生等。     

天问一号火星探测器气动热防护系统设计与实现

本文采用基于热解层模型的烧蚀热响应计算方法,对轻质防热材料的烧蚀机理进行分析,预测了防热材料在火星气动热环境下的烧蚀、热解及传热特性.开展地面风洞试验设计,获取了多状态下的防热材料烧蚀数据.通过与地面试验数据的比对分析,对烧蚀传热计算模型中的不确定性参数进行了修正,最终确定了气动热防护系统的设计状态.飞行任务表明,天问...     

固体火箭喷管烧蚀控制机制的判别

固体火箭喷管喉衬材料的烧蚀是化学反应与传热、传质相耦合的过程．基于气动热力学、热化学动力学和传热学,建立了热化学烧蚀模型;并对H2含量、频率因子、活化能引起喷管内热流场与化学烧蚀的变化进行了数值模拟．计算结果表明：在高温高压燃烧环境下,H2频率因子与活化能的变化引起烧蚀机制的改变,但H2频率因子的变化影响并不明显;固体火箭喷管烧蚀控制机制的判别应由喷管内燃气中H2的含量与烧蚀环境下H2活化能来决定．该研究结果为固体火箭的热防护设计提供参考．     

固体火箭发动机喷管烧蚀控制机制判别新方法

合理的固体火箭发动机喷管烧蚀控制机制判别方法能提高烧蚀率计算的精度.基于H2O和CO2与C反应具有不同的化学反应常数,综合考虑了壁面温度和燃气氧化组分浓度对烧蚀率的影响,提出了一种判别烧蚀控制机制的新方法.应用该判别方法对喷管喉忖烧蚀问题进行了数值模拟.计算结果表明,本文采用的计算方法得到的烧蚀率小于按扩散速率控制和双控制计算得到的烧蚀率,且与试验结果更接近.同时指出燃气中由H2O引起的烧蚀率是导致喷管喉忖烧蚀的主要原因.     

氮化物陶瓷基复合材料烧蚀透波性能研究

采用前驱体转化法制备了2.5维石英纤维增强氮化物陶瓷基复合材料(2.5D SiO/Si3N4-BN), 在高温等离子体射流环境下研究了复合材料的烧蚀和透波性能, 用X射线衍射、扫描电镜对材料的相组成及烧蚀表面形貌进行测量和观察. 结果表明氮化物陶瓷基复合材料的线烧蚀率为0.33 mm/s, 高温透波率最高达98.6%. 烧蚀过程中, 熔融的石英液态层与基体相互保护, 烧蚀表面无石英熔融层堆积, 烧蚀表面平整     

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.     

TIME-IGGCAS模式与经验模式和观测数据的比较

TIME—IGGCAS（Theoretical Ionospheric Model of the Earth in Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences）模式是我们在前人工作的基础上完善的一个中低纬理论电离层模式．本文把该模式的结果与其他一些有代表性的经验模式和多种观测数据作了详细的对比．比较结果表明：TIME-IGGCAS模式模拟的电子浓度、电子离子温度在数量级上均与经验模型和观测符合得较好,在地方时变化、纬度变化、季节变化这些变化形态上也符合得较好,并且模式能很好地模拟出赤道异常、冬季异常和半年异常这些电离层异常,这为我们进一步开发电离层数据同化模式奠定了良好的基础．无论是与经验模式还是与观测相比,TIME—IGGCAS模式均低估了电子温度而高估了离子温度,模式在日出日落时段和在低高度模拟的偏差较大,这些结果为我们以后进一步完善模式、改善模式的模拟能力提供了参考．     

激光冲击强化机理研究

研究表明,高功率密度激光作用于材料表面时,表层材料吸收激光能量产生等离子体,它喷射爆炸时形成强烈冲击波。当材料表面覆以约束介质和吸收涂层时可大大增强冲击波强度,从而有一个强大的冲击动量作用材料表面,当冲击强度超过材料的动态屈服强度时,就在材料上造成一个塑性变形层,塑性层中存在着表面残余应力和高密度位错,这些因素的综合作用延长了材料的抗疲劳寿命。     

基于并联集成光纤布拉格光栅的温度不敏感矢量弯曲传感器

本文提出一种利用飞秒激光逐线法制备并联集成光纤光栅阵列的技术,该光纤光栅阵列中的每个光纤光栅被制备在多模光纤纤芯轴向的相同位置但是径向的不同方位.利用该光纤光栅阵列实现了温度不敏感的矢量弯曲传感器,该传感器不仅可以实现弯曲曲率的测量,而且可以实现任意弯曲方向的判定.通过引入等效光纤光栅的解调方法,即对光纤光栅的反射波长...     

受限空间内多孔介质材料对瓦斯爆炸特性的抑制作用

为研究多孔介质材料抑制瓦斯爆炸传播特性,基于瓦斯爆炸链式反应理论,采用47步反应机理,建立了填充有多孔介质材料的二维管道瓦斯爆炸数学模型。利用Fluent软件分别对充满体积浓度为9.5%甲烷-空气的空管道和铺设有多孔介质材料的管道模型进行数值模拟与对比分析,以研究瓦斯爆炸过程中火焰传播速度和爆炸压力波受到多孔介质材料的影响。结果表明:多孔介质材料的复杂孔隙增加了自由基与孔壁的碰撞几率,使能够参与反应的自由基减少,抑制火焰传播;一部分爆炸波被多孔介质材料吸收,且在微小孔洞中经过多次反射和散射,造成能量损失,使爆炸压力波降低。     

掺稀土光子玻璃近中红外发光与激光

掺稀土光子玻璃在光纤通信、激光雷达、远程遥感、红外探测以及生物医疗等领域有着重要的应用前景.目前,所广泛采用的石英基光子玻璃存在稀土掺杂量低、发光带宽窄、声子能量大和增益系数低等本征因素,制约着相关材料和元器件的发展.因此,研究和发展新型光子玻璃和光纤以适应新波段尤其是近中红外材料与器件的需求非常必要.本文概述了掺稀土光子玻璃在光纤放大器和光纤激光器中的重要应用,归纳了实现近中红外发光与激光对稀土离子和基质材料的基本要求,重点阐述了发射波长在1.0,1.5,2.0和3.0?m波段掺稀土光子玻璃及光纤与元器件的最新研究进展,指出了掺稀土光子玻璃近中红外发光与激光所面临的挑战,对其未来的应用和发展方向做出了展望.     

2.5～5.0μm波段中红外激光晶体的生长和性能研究

中红外激光在大气污染监控、气体流量监测、海洋探测、激光医疗、军事对抗、基础科学研究等方面具有极其重要的价值.本文总结了近年来2.5~5.0μm波段中红外激光晶体的生长、物化、光谱及激光性能研究进展.采用提拉法生长出了一系列Er~(3+)激活及稀土离子共掺的低声子能镓酸盐、铝酸盐晶体,如Gd_3Ga_5O_(12)(GGG),SrGdGa_3O_7,SrLaGa_3O_7,CaYAlO_4和CaGdAlO_4等晶体,Ho~(3+)激活及敏化离子共掺的GGG晶体,以及Dy~(3+):YAlO_3等晶体,实现了2.5~3.4μm波段的发光.采用坩埚下降法生长出高质量Dy~(3+):KPb2Cl5,Cr~(2+):CdSe,Cr~(2+):Fe~(2+):CdSe等晶体,实现了2.5~5.0μm波段的发光.系统地研究了这些晶体的物化和光谱性能.重点研究了Er~(3+)激活离子在中红外波段的荧光动力学:分析了激活离子的浓度效应、共掺敏化离子的敏化机制以及退激活离子在抑制自终态效应方面所起的作用,计算了激活离子与共掺敏化离子、激活离子与共掺退激活离子之间的能量传递效率,诠释了能量传递机制.根据光谱性能研究结果,筛选出不同晶体中Er~(3+)的最佳掺杂浓度、共掺敏化离子及退激活离子的种类和浓度.研究了Er~(3+)激活的GGG和CaYAlO_4等晶体的激光性能.采用965nmLD端面泵浦Er:GGG,Er,Pr:GGG和Er:GGG/GGG键合晶体,采用氙灯泵浦Cr,Er:YSGG等晶体,均实现了高效的2.7~2.8μm多波长连续或脉冲激光输出,并在Er:GGG晶体上首次实现单纵模微片激光输出.     

有机功能材料薄膜与器件

具有光、电、磁物理功能的有机材料的出现促进新思想、新概念、新材料的发展；有机功能材料的电子状态、导电机理以及杂质的影响完全有别于无机金属和半导体，因此，在深入探索结构与功能的关系的基础上，有可能开展分子、聚集态以及器件设计的研究。若与有机化合物的结构多样化，良好的加工性、成膜和成纤性等特点相结合，有可能实现无机电子材料所难兼具的电子行为。进而实现“分子电路”的设想。这里，我们对有机功能材料的基本概念、种类，功能材料薄膜的沉积、器件的构筑，分子电子学和分子器件的概念作了一个较为全面的介绍。     

应变对量子材料新奇物性的调控

新型量子材料具有丰富的新奇物性,是现代凝聚态物理和材料科学研究的重要主题之一.常见的物性调控手段有很多,比如应变场、外电场、磁场、光场以及化学吸附等.其中,应变作为调节材料物性的有效手段被广泛地应用于研究中.本文对近年来发现的多种新型量子材料(拓扑材料和二维材料)进行介绍,并重点阐述本课题组在这些材料中应变效应的相关研究进展.在拓扑材料方面,主要介绍拓扑绝缘体、拓扑狄拉克半金属以及拓扑节线半金属中应变导致的拓扑相变等;在单层二硫化钼和黑磷中,对应变调节载流子输运和超导电性等研究结果进行讨论;最后对二维铁磁、铁电材料方面应变调节磁矩、电极化、居里温度以及磁光效应等问题进行了相关分析.     

Science China Technological Sciences 2023年66卷第12期中文摘要

<正>电催化材料的再功能化设计思考张丹彤,彭超,薛冬峰电催化材料是新能源经济发展中的关键瓶颈.拓扑材料、磁性材料和稀土材料是电催化领域的新兴材料,已经被广泛应用于氮气还原、二氧化碳还原和水分解等领域.拓扑材料具有特殊的能带结构和几何结构,表界面差异性电荷输运结构也可以衍生出拓扑绝缘体、拓扑超导体和狄拉克金属等材料.磁性材料具有特殊的电子自旋劈裂式构型,不同自旋强度对中间体平衡吸附能力产生不同影响,且在外加交变电场、热场和磁场下,催化性能表现出明显差异.稀土材料具有独特的f电子巡游特性、宽泛的原子半径和独特的f轨道构型,通常在氧还原反应中具有明显优势.这些新材料在电催化领域的再功能化有望成为下一代新兴能源材料的引领者.     

高密度泡沫塑料模量和屈服强度的理论预测

基于自洽模型研究了高密度泡沫塑料在单向加载下的力学性能，得到了泡沫塑料有效剪切模量及屈服强度同材料孔隙比之间的关系，所建模型不仅可以得到与三相球模型预测相同的剪切模量值，而且可以得到高密度泡沫塑料的屈服强度理论预测值，通过与其他经验模型和实验结果的比较，证明此模型可有效地预测高密度泡沫塑料的屈服强度。     

固体-固体摩擦起电中电子转移研究进展

摩擦起电是指两个材料接触或摩擦后,电荷从一个材料表面转移到另一个材料表面的现象,距其被发现至今已有2600年的历史.然而,摩擦起电的机理却长期处于争论之中,其争论的核心是摩擦起电的载流子类型是电子、离子还是材料碎屑.最近,相关研究以摩擦纳米发电机和开尔文探针力扫描显微镜为手段,探索了固体-固体界面电荷转移的基本原理.研究结果表明,电子是固-固界面摩擦起电的主要载流子,发生电子转移的条件是两个原子的电子云发生重叠.本文主要阐述电子作为转移电荷主要载体的实验依据,对新提出的摩擦起电物理模型进行了解读.     

掺铒波导环形腔激光器特性研究

根据掺铒波导光放大理论和耦合器传输矩阵,建立了描述掺铒波导环形腔激光器的理论模型,在此基础上分析了环形腔弯曲半径、耦合器耦合系数和掺铒离子浓度等因素对泵浦阈值和激射光输出特性的影响.结果表明由于受到波导弯曲损耗和其他机制损耗的共同作用,存在一优化弯曲半径使得波导环形腔激光器在较低阈值泵浦功率下实现较高的斜率效率;激射光输出耦合器作为激光谐振腔损耗的一部分,其耦合系数的大小影响到激光器的特性,在耦合系数为0.2附近处可获得较高的激射光输出功率;铒离子掺杂浓度在0.85×1026m？3时具有最低的阈值泵浦功率,在不引起明显上转换效应的条件下,适当的增加铒离子浓度可以提高激射光波的输出功率.研究结果为掺铒波导环形腔激光器的设计和制作提供了理论依据.     

电光调Q晶体研究进展

电光调Q激光系统由于峰值功率高,在医疗、美容、测量、加工以及军工等领域得到了广泛应用,而电光调Q晶体是获得高峰值功率激光脉冲输出的核心光电材料,随着短脉冲、高重率、大功率激光系统的应用需求发展和技术进步,对电光调Q晶体的性能要求也不断提高.本文对目前常用的电光调Q晶体的基本特性、晶体制备技术和电光调Q应用技术等研究进展进行了综述,主要包括铌酸锂晶体、磷酸二氘钾晶体、低温相偏硼酸钡晶体、磷酸氧钛铷晶体和硅酸镓镧晶体等,认为实用化的电光调Q晶体材料研究和开发工作亟待突破,在相当长一段时期内,电光系数高、激光损伤阈值高、性能稳定、温度适用性高和成本低的电光晶体材料探索仍然是晶体材料研究领域的重要课题.