微纳米尺度的力学行为

本文展述微纳米尺度力学行为的若干新进展：(1)微纳米尺度的断裂行为一侧重于从离散位错区到无位错区再到原子运动混沌区的纳观断裂力学描述；(2)微纳米尺度的塑性行为—探讨位错机制被抑制后的塑性变形机制；(3)纳米晶体中的扩散一以不均匀晶界和三晶交网络的扩散为主导：(4)微纳米尺度的接触与摩擦一讨论由于接触区域小而引起的反常行为；(5)微纳米尺度的碰撞一介绍新发现的超音速激波的机理；(6)跨层次算法一从原子／连续介质的可透越区模型到握手区连结的物质点／分子动力学方法。     

充满机遇的微尺度生物传热传质学

微米／纳米尺度传热学正成为世界范围内的一个新的研究热潮,而其中的生物传热与传质问题研究更是引人瞩目的新生长点,为适应该领域发展的需要。本文归纳和总结了微米／纳米尺度生物传热传质学的研究意义、当前的主要研究课题及其相应的基本理论与实验研究方法,指出了若干可供探索的途径和新方向,对微米／纳米尺度生物热医学工程的应用总理２也作了必要的介绍。     

页岩气多尺度传质特征及过程协调机制研究

页岩气开发过程中的多尺度传质行为显著,综合考虑页岩多尺度孔隙结构、多种气体传输机理和多种微尺度效应,构建了页岩表观等效渗透率数学模型,分析了实际生产过程中的页岩渗透性变化特征,明确了页岩气多尺度传质行为主控因素(气-固系统性质、孔隙类型及连通性、温度压力条件)的影响,提出了页岩气多尺度传质行为评价指标,即孔隙直径介于50~200 nm孔隙所占比例,从介科学的角度形成了页岩气多尺度传质行为评价方法,并结合页岩气开发所面临的主要问题,凝练了页岩气多尺度传质过程协调机制,即降低水相圈闭损害、沟通基质纳米孔及纳米孔扩容、促进解吸-扩散.     

纳米发电机应用:海洋蓝色能源

海洋中蕴含着丰富的清洁可再生能源,海洋能源的开发利用将是后化石能源时代解决能源问题的根本途径之一.当前海洋能转化主要依赖于电磁发电机,但是它们的物理原理使其直接转化低频、无序海洋能源的效率很低.近年来新兴的摩擦纳米发电机(TENG)恰恰在低频、高熵能量收集上具有显著优势,提供了海洋能高效开发的一种颠覆性技术路径.自2014年利用TENG网络收集大范围海洋蓝色能源的思想被我们首次提出以来,国内外已在蓝色能源器件及其发电网络的结构与性能优化、能量管理技术、海洋环境的自驱动系统应用等方面取得很大的进展,已完成原理验证.然而,在蓝色能源技术的进一步迭代、海洋环境的工程应用开发上还需要进行持续的探索.本文首先阐述了基于纳米发电机的蓝色能源的原创思想与技术优势,接着概括了蓝色能源相关研究的整体进展,最后展望了海洋蓝色能源研究的发展趋势和挑战.     

基于光学衍射的纳米尺度深度重建

传统的离焦深度恢复方法（depth from defocus,DFD）在计算离焦图像的模糊程度时,均是基于几何光学成像原理,并没有考虑光波衍射对图像模糊的影响.然而,衍射现象是波的基本特性,以针孔成像为基础的光学成像系统中必然存在光波衍射.本文基于光学衍射和图像模糊机理,提出了一种精确的单目视觉全局景物3D深度信息获取方法.首先,详细分析了光学成像系统中的菲涅耳衍射机理,建立了衍射模糊与景物深度之间的关系曲线;然后,采用曲线拟合的方式建立了衍射模糊的模糊程度（点扩散函数扩散程度）与景物深度的数学关系模型,结合热辐射和图像相对模糊原理,构建了衍射模糊热辐射方程组,并把衍射模糊深度获取问题转换成一个深度信息动态优化问题.最后,使用标准的纳米栅格模板验证了衍射模糊深度重建算法在纳米尺度相对深度和绝对深度重建中的有效性和精确性.     

裂尖前方纳米尺度的微结构及原子象研究

用STM研究了石墨表面微裂纹前方纳米尺度的微结构的特征 .结果表明 ,STM的针尖和样品之间的互作用力能引起空位团的产生和迁移 ,从而导致裂纹扩展 .在加载条件下 ,用AFM研究了云母加载裂尖的微结构和原子排列 .发现云母表面加载裂尖前方存在一个约 1 0nm宽的高畸变区 ,它被一个约 1 1 0nm的异常弹性区所包围 .另外还观察到 ,在高畸变区中存在有许多小空位片 .     

利用多尺度方法分析基于非局部效应纳米梁的非线性振动

分析基于非局部效应的两端铰支纳米材料梁的横向非线性自由振动. 考虑纳米梁的有限变形导致的几何非线性, 得到系统的运动微分方程. 应用多重尺度方法研究系统的非线性固有频率. 分析结果由数值数例验证, 并重点分析非线性项及非局部效应对固有频率的影响.     

尺度效应及几何光学模型用于尺度纠正

是“非同温黑体表面上普朗克定律的尺度效应”一文的续篇．一方面更详细地举例说明了尺度效应的一般性,并进一步将Ｐｌａｎｃｋ定律的尺度纠正推广到一般的非同温三维结构非黑体表面,对其热辐射在像元尺度上的方向性和波谱特征建立了概念模型．这一概念模型也是李．Ｓｔｒａｈｌｅｒ．Ｆｒｉｅｄｌ概念模型的进一步完善和逻辑发展,即用像元尺度上的统计参数,即组分温度的方差及其与材料发射率的协方差来纠正 Ｐｌａｎｃｋ定律,而不再要求使用亚像元尺度上的参数,实现了前文建议两个进一步工作中的第１个．     

地理要素多尺度建模的本体分析方法

在利用多比例尺序列地图数据构建地理要素多尺度空间数据库的过程中,需要在多尺度数据模型的概念设计阶段定义客观的地理要素多尺度抽象表达方法、提取出要素及要素间的多尺度联系.鉴于目前对地理要素认知、抽象、定义、表达等各个环节上的多重概念和抽象表达模式的现状,提出基于本体的多尺度建模设计方法;设计多尺度数据模型的三层本体,构建本体驱动的要素多尺度通用建模框架,包括同一尺度模型中要素和要素间关系的抽象和描述方法、不同尺度模型要素间关系的抽象和描述方法等,保证模型不同层面上的通用性、可扩展性、专用性:以路网要素为例验证了该方法的可行性,为多尺度数据建模的研究提供了有益的借鉴思路和方法.     

风力发电冷却技术

随着风力发电机单机容量的逐步增大，发电机内各部件的散热量也将大大增加，如何有效解决发电机的温升瓶颈，已成为风力发电机进一步发展的关键问题之一。本文首先对风力发电的原理与结构进行了综述，分析了风力发电机运行过程中热量产生的部件和原因，介绍了目前风力发电机组所采用的冷却技术，并在此基础上对下一代大功率风力发电机冷却技术进行了展望。     

地理要素多尺度表达的基本问题

地理要素的多尺度表达问题是目前GIS亟待解决的问题之一.针对国内外该领域的研究进展,探讨了多尺度表达的内涵,从多尺度空间数据库建库的角度,重点评述了GIS地理要素多尺度表达领域在形式化描述、数据结构、数据存储、智能缩放显示等方面的研究历程和现状,剖析了目前存在的目标内连、一致性维护、动态查询、协同更新等方面的学术问题,指出了未来几年内多尺度表达研究的方向和重点,对多尺度GIS的研究和开发具有一定的借鉴意义.     

基于PTST方法构造高阶平衡的正交多尺度函数

提出了仿酉两尺度相似变换（PTST）的概念. 讨论了PTST的性质, 并证明了PTST能保持所给的正交多尺度函数的正交性、逼近阶和光滑性. 更重要的是, 基于PTST, 提出一种构造高阶平衡多尺度函数的方法, 即平衡已存在的正交非平衡多尺度函数. 给出相应的PTST变换矩阵的显示构造. 另外, 也讨论了平衡多尺度函数的对称性. 最后给出若干构造算例.     

基于薄膜拍打型摩擦纳米发电机的风能收集研究

大量无线传感器网络节点的能量供给是目前限制物联网技术发展的一个瓶颈.作为新型能量收集技术,摩擦纳米发电机在环境能量收集方面有着显著优势,为解决无线传感节点供电问题提供了技术思路.本文基于摩擦纳米发电机和风致振动原理,提出并系统研究了一种薄膜拍打型摩擦纳米发电机(FF-TENG),实现了风能高效收集.本文采用仿真软件分析了薄膜拍打过程中的电场分布,利用流场显示方法展示了薄膜的运动状态.同时,研究了薄膜材料、风速、薄膜长度、薄膜串联对FF-TENG输出性能的影响规律.研究发现:随着风速提高,薄膜拍打频率增加,摩擦纳米发电机输出的短路电流增大,而输出电压和转移电荷量在风速超过4.7 m/s之后保持稳定.随着薄膜长度的增加,其拍打频率降低较快,单位长度上的发电性能呈现先增后减的规律.在双薄膜FF-TENG实验中,上游薄膜的扰动导致下游薄膜的拍打幅度更大,这使得两个短薄膜的输出电压比单个长薄膜提升了45%.通过演示实验,本文设计的薄膜拍打型摩擦纳米发电机成功地驱动了温度传感器,并点亮了至少300盏LED灯,表明其在无线传感器供电领域有着广阔的应用前景.     

基于异步感应发电机的风电场中桨距角控制研究

为了研究基于异步感应发电机的风电场对电力系统稳定性的影响,建立了异步感应电机发电机小信号模型;并通过对异步感应电机状态方程的线性化,分析异步感应发电机对电力系统小干扰稳定性及阻尼特性的影响;提出了改进的桨距角控制系统;并将发电机转速偏差信号引入桨距角控制系统.通过对系统进行特征根分析和时域仿真来验证其有效性.结果表明,改进的桨距角控制环节能够改善系统阻尼、提高系统动态稳定性.     

纳米发电机应用:自驱动系统

智能传感是未来数字社会和智能社会的基础.然而,如何给数量庞大、分布广泛的各类传感节点提供持续的电源供给是一项巨大的挑战.摩擦纳米发电机(TENG)是近年来兴起的一种新型的机械能量收集技术,可以有效地将低频、低幅的机械能量转换为电能,一方面可以实现自主的、自驱动的机械信号传感;另一方面可以与能量存储器件集成,实现自充电的电源系统.同时,由于TENG在材料选择和结构设计上的多样性,适宜的应用场景非常广泛.因此,本文系统介绍TENG在自驱动系统方面的应用研究进展,主要包括自驱动传感和自充电系统两方面的典型研究工作,最后分析展望了现有研究的挑战和未来的潜在方向.     

材料多尺度结晶研究进展

材料是物理性能的产生及能量相互转换的重要载体,材料结晶是新材料创制的核心和探索的前沿方向.多尺度材料结晶是相关领域研究人员共同面临的科学问题.材料结晶模型是以相图为基础,确定材料的组成与相关物理化学参数,结合材料结晶理论和生长方法共同构建材料结晶.本文综述了从成核到生长的主要理论与部分材料结晶生长方法,指出材料结晶研究向着多尺度、多因素、定量化的方向发展.材料结晶设备向着自动化、数字化、智能化方向发展.材料结晶研究了多尺度的相演变过程,包含从成核到生长的质量与能量传递过程,需要多学科交叉领域的协同发展.     

基于AVR单片机的汽油发电机电子调速系统设计

针对现阶段国内市场上小型汽油发电机机械调速器调速性能差的问题,设计了一种基于AVR单片机的汽油发电机电子调速系统.给出了系统的硬件电路设计、软件流程图和主控制算法流程图,并进行配机实验以及加卸载调速相比较.试验结果表明,研制的调速器可以取得较好的调速效果,各项调速指标均较机械调速器都有较大的提高,全部达到了JB/T10304-2001 G2等级标准,其中部分指标还达到了G3等级标准.     

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.     

微纳尺度3D打印

复杂三维微纳结构在微纳机电系统、生物医疗、组织工程、新材料、新能源、高清显示、微流控器件、微纳光学器件、微纳传感器、微纳电子、生物芯片、光电子和印刷电子等领域有着巨大的产业需求,然而现有的各种微纳制造技术无论从技术层面还是在生产率、成本、材料等方面还难以满足高效、低成本批量化制造复杂三维微纳结构的工业级应用的需求.高效、低成本批量化制造复杂三维微纳结构(尤其是大面积复杂三维微纳结构)一直被认为是一项国际化难题,也是当前国际上学术界和产业界的研究热点,以及亟待突破的瓶颈问题.微纳尺度3D打印(微纳结构增材制造)在复杂三维微纳结构、高深宽比微纳结构以及复合材料三维微纳结构制造方面具有突出的潜能和优势,而且还具有设备简单、成本低、可使用材料种类多、无需掩模或模具、直接成形的优点.微纳尺度3D打印被美国麻省理工学院(MIT)的《技术评论》列为2014年十大具有颠覆性的新兴技术.本文论述了近年国际上微纳尺度3D打印重要的研究进展和代表性研究成果,微纳尺度3D打印典型重大应用,阐述了微纳尺度3D打印当前面临的挑战性问题,并探讨了微纳尺度3D打印未来的应用前景和发展方向及趋势.为深入开展微纳尺度3D打印、增材制造和微纳制造的科学研究和工程化应用提供一定的借鉴和参考作用.     

黄土沟壑区产输沙特征的空间尺度效应研究

以黄土丘陵沟壑区的典型流域岔巴沟为例, 首先通过实测数据分析水沙过程的尺度现象和规律, 明确了流域产输沙的主要子过程及其影响因素和作用机理. 然后采用集成了坡面侵蚀、沟坡区重力侵蚀和沟道不平衡输沙3个子模型的黄河数字流域模型在较高分辨率的单元上模拟研究流域的暴雨—径流—产输沙响应, 结果重现了水沙过程的尺度现象. 在尺度现象是由不同产输沙子过程的空间尺度分布迭加引起的假定下, 对模拟结果进行分析, 发现重力侵蚀和高含沙水流特性是引起黄土沟壑区泥沙过程尺度现象的最主要因素.