左旋材料的非同寻常的折射

左旋材料是指材料的介电常数ε与磁导率μ均小于零而折射率为负值的新型材料.近年来备受研究者的关注.左旋材料有许多令人惊奇的特性,其中一个重要的方面是它的折射规律非同寻常,并由此预示了可能的全新应用前景.本文主要分析左旋材料的折射特性,并简要介绍左旋材料近年来的研究动态及发展前景.     

梯度折射率超材料透镜

超材料是由人工设计的、具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构,有负等效质量密度、负等效弹性模量、负折射率等特性.声子晶体超材料是一种具有周期性结构的超材料,其布拉格带隙或局域共振带隙的存在使处于禁带频率下的声波或弹性波进入声子晶体后无法在其中传播.其能带特性可以通过设计进行调节,使通带频率下的声波或弹性波进入具有特定结构的声子晶体后,实现成像、聚焦以及定向传输等对波传播的极端控制功能.梯度折射率超材料是一种折射率随空间变化而变化的结构.梯度折射率透镜由局部非均匀结构组成,其折射率是空间坐标的函数.波在透镜中会沿着弯曲的轨迹传播,可以通过适当的设计实现对波的弯曲、偏转和聚焦等功能.梯度折射率的设计可以通过改变局部晶体单元的性质实现有效折射率的梯度分布,如改变声子晶体的晶格尺寸、散射体的填充率、散射体的材料等.此外,梯度折射率超材料透镜能够通过设计在宽频率范围内精准聚焦波,从而实现能量采集等工程应用.本文从光学理论原理、透镜设计及其应用三方面展开介绍,首先对理论基础以及目前构建梯度折射率器件的几种方法进行总结,然后从透镜的应用角度介绍几种典型案例,最后对透镜的未来研究作出展望.     

超细γ-Fe_2O_3微粉各向异性的测量

自从Néel提出磁性材料存在表面各向异性以来,由于它不仅涉及磁性的基本问题;而且对磁性材料的性能还有重要的影响。所以超细微粉的各向异性的研究日益受到重视。已有     

非负矩阵分解及其在模式识别中的应用

矩阵分解是实现大规模数据处理与分析的一种有效工具. 非负矩阵分解(non-negative matrix factori-zation, NMF)算法是在矩阵中所有元素均为非负的条件下对其实现的非负分解, 这为矩阵分解提供了一种新的思路. 非负矩阵分解方法在智能信息处理和模式识别研究领域具有十分重要的应用意义. 本文介绍非负矩阵分解的基本思想和一些最新的研究成果, 结合研究工作讨论在概率模型的框架下实现非负矩阵分解的目标函数和相应的算法, 以及非负矩阵分解与知觉过程信息处理的关系, 针对模式识别的实际问题给出具体的非负矩阵分解的应用实例, 并提出非负矩阵分解及其应用中有待进一步研究的新问题.     

各向异性双重孔隙介质有效应力定律

通过对双重孔隙介质有效应力的研究, 建立了各向异性双重孔隙介质线弹性变形的有效应力定律. 并在此基础上, 分析了横向各向同性及结构各向异性、固体材料各向同性时的有效应力定律形式. 通过对该有效应力定律进行以下两种简化: (1) 简化成各向同性双重孔隙介质有效应力定律; (2) 简化成各向异性单重孔隙有效应力定律, 并将简化后的模型分别与已有的模型相比较, 说明该模型的合理性.     

正定矩阵因子分解和非负约束因子分析用于大辽河沉积物中多环芳烃源解析的比较研究

正定矩阵因子分解(PMF)和非负约束因子分析(FA-NNC)是用于污染物源解析的两种较为先进的方法. 本研究将PMF和FA-NNC成功用于中国大辽河流域沉积物中多环芳烃(PAHs)的来源解析, 并比较两个模型得到的来源类型与贡献. 两种模型对于多环芳烃来源的判定有一致的结果, 分别是燃煤、生物质燃烧、交通和炼焦, PMF得到4个源的贡献率依次是43.3%, 24.3%, 16.7%, 15.7%; 与之对应, FA-NNC得到的贡献率为50.4%, 21.9%, 15.7%, 12.0%. PMF和FA-NNC对多环芳烃主要来源的判定结果与比值法、排放清单的结果基本一致, 且与辽宁省能源结构相符.     

含机构位移模式的超材料低频宽带波动控制

基于谐振微结构的超材料普遍存在有效工作带宽狭窄和工作频率位置受谐振子质量控制的问题,严重制约了弹性波超材料的应用推广.本文通过将机构位移模式引入超材料中,设计了由圆盘连杆机构组成的机构超材料,研究了其零频负刚度和双各向异性.通过同时引入机构位移模式和内部阻尼,在不增加整体质量的前提下,实现了局域谐振超材料的低频宽带振动控制.本文的研究探索了机构超材料中局部机构位移与整体超低频波动强耦合的机理,为工程结构的宽低频波动与振动控制提供了理论基础与设计指导.     

基于铁磁共振的超材料研究进展

以左手材料为代表的,具有超常介电常数和磁导率的介质材料(超材料)已经成为材料领域的研究热点.目前,大多数超常电磁介质都是基于复杂人工结构获得.随着超材料的发展,其面临着加工技术的挑战以及物理学、材料学等方面的困难.旋磁材料铁磁共振可实现本征负磁导率的现象为构造新型超材料提供了一个新方向.基于铁磁共振的超材料具有磁场可调、结构简单等特点,受到了越来越多的关注.本文对铁磁共振原理进行了简单概述,就结构复合情况对基于铁磁共振的超常介质材料进行了归类划分,并结合周济课题组的研究工作,对几类主要的旋磁材料基超材料中负磁导率和负介电常数的产生机理与实验成果进行了总结,以期为超材料的研究提供新的思路.     

超大单胞体系电子结构计算的负因子计数方法——定理及数值方法

一、引言 大分子的量子化学计算一直是一个很困难的问题。目前,无序体系(如非晶态材料、生物大分子)及超晶格体系引起了人们的极大兴趣。但是,由于这种复杂体系涉及到高阶的Hamilton矩阵(约1000×1000),因而使量子化学计算变得困难。对于一维无序长链体系,近年来发展的负因子计数(NFC)方法是一种非常有效的手段。为了给这种方法一个坚实的数学基础,我们在厄米矩阵的形式下严格地论证了负本征值定理,并在此基础上提出了求解超晶格紧束缚模型的数值方法。     

非负边界控制抛物型系统的能控性问题

本文考虑最简单的抛物型方程定义状态空间X=C[0,1],控制空间U=L~∞(0,∞)∩L~2(0,∞),则对每一给定的(?)∈U,方程(1)存在唯一解y(t,x;(?)):y(t,x;(?))=integral from n=σ to I(G(t-s;x,(?))(?)(s)ds),(2)其中G(t;x,ξ)=sum from l=0 to ∞e(?)e_l(x)e_l(ξ),(3)λ_0=0,e_σ(x)=1,λ_l=l~2π~2,e_l(x)=2～(1/2)coslπx,l=1,2…     

动态扫描在NR-PC 平板透镜目标探测成像中的应用

用时域有限差分法(FDTD)研究了基于等效负折射光子晶体(NR-PC)平板透镜的动态扫描系统在目标探测成像中的应用. 通过对负折射光子晶体(NR-PC)平板透镜的仿真和研究得到: 由于微禁带和共振激发效应, 在共振频率0.3068(a/λ)处出现很强的光波透射峰, 从点源发出的光波在经由NR-PC 平板透镜聚焦于目标后, 在该处将会产生极强的后向散射波, 使得后向散射波的再聚焦横向扫描分辨率和图像分辨率有了极大的提高. 另外, 通过将非动态扫描方案与动态扫描方案进行对比, 可以发现动态扫描方案能够获得较好的再聚焦分辨率,具有一定的优越性. 为将理想化的LHM 平板透镜探测成像系统转化为可实现的NR-PC 平板透镜系统提供了重要依据, 从而对优化探测成像系统的性能、实现小目标的探测及成像具有十分重要的意义.     

电极距离和取向对硼掺杂带帽碳纳米管分子结中负微分电阻的影响

利用非平衡格林函数和第一性密度泛函理论,研究了电极距离和相对取向对硼掺杂带帽碳纳米管分子结中负微分电阻行为的影响.结果显示,负微分电阻行为强烈依赖于电极距离和相对取向.当电极距离为0.35nm且体系的对称性最高时,可以产生最好的负微分电阻行为.     

声学超材料的非互易性研究进展

声学超材料的非互易性在声学整流、声拓扑和隔声降噪等领域具有重大的应用前景,引起了广泛的关注和研究.然而,互易性是线性系统中波动方程的基本性质,它源于系统的时间反演对称性.要打破系统的互易性,实现声波的非互易性是极其困难的.本文总结了声波非互易性的研究成果,主要从基于非线性介质、动态分量、磁弹性相互作用等实现声波非互易性的3种方法出发,给出了相应的原理、发展历程以及存在的问题.最后,指明了声波非互易性在未来研究的重要方向,以期为相关研究提供有效参考.     

含非完好界面的非线性弹性波超材料中SH波的非互易传输

研究了含非完好界面的非线性弹性波超材料中的非互易传输现象.通过结构的非对称性和材料的非线性打破了经典弹性波系统中的互易性原理.入射的反平面剪切(shear horizontal, SH)波与材料的非线性效应相互作用产生二次谐波.根据Bloch定理,利用刚度矩阵法得到了基频波和二次谐波的带隙和透射系数.通过与完好界面情况下的结果对比,讨论了界面特性对层状周期结构中SH波的带隙和非互易传输的影响.本研究有助于设计具有非互易传输性能的弹性波超材料器件.     

几种聚合物材料在海水中的摩擦学行为

海洋摩擦学是一个正在发展中的新的摩擦学研究领域. 海水环境中摩擦学的研究对于海洋开发具有重要的意义. 研究了超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯以及聚苯酯/聚四氟乙烯、石墨/聚四氟乙烯和碳纤维/聚四氟乙烯复合材料在海水中分别与轴承钢(GCr15)和镍基合金(Ni-Cr-WC)对摩时的摩擦学行为, 并与纯水润滑下的情况做了比较. 结果显示: 影响5种聚合物材料在海水中摩擦学行为的主要因素是海水的腐蚀作用与润滑作用. 当聚合物材料在海水中与GCr15对摩时, 对摩面由于受到海水的腐蚀, 其表面粗糙度大幅增加, 这使得海水的润滑作用急剧下降, 而对偶的犁耕作用却极大增加. 因此, 5种材料在这种条件下的摩擦系数与磨损率远大于其他条件下的摩擦系数与磨损率. 这种依赖于介质对对偶表面腐蚀的磨损方式可以称之为间接腐蚀磨损. 由于海水具有比纯水更优异的润滑性能, Ni-Cr-WC具有比GCr15更佳的润湿性能, 因此在另外3种条件下5种材料的摩擦系数与磨损率以如下顺序递增: 海水中与Ni-Cr-WC对摩 < 纯水中与Ni-Cr-WC对摩 < 纯水中与GCr15对摩. 此外, 与其他材料相比, 碳纤维/聚四氟乙烯在纯水与海水中具有更优异的耐犁耕与磨损的能力, 它是一种潜在的非常适合于水相润滑的摩擦材料.     

DSC在非开挖管道修复专用材料开发中的应用

文章阐述了非开挖修复管道技术及其优点,并用DSC法研究了环氧树脂体系的固化时间及温度等条件,证明了此法具有用量少、速度快等优点.     

离散位错动力学算法及其在材料塑性行为模拟中的应用

晶体材料的塑性变形由位错的运动演化而引起.离散位错动力学(discrete dislocation dynamics, DDD)通过直接模拟大量位错的演化而研究材料的塑性变形,因此能够揭示材料微结构-位错微结构-塑性力学行为之间内在的物理关联,并能够自然而然地捕捉塑性变形微米/亚微米特征尺度下本征的尺度效应.它所能模拟的尺度介于微观分子动力学模拟和宏观有限元模拟之间,在多尺度算法中起到承上启下的作用.本文首先系统地发展、完善和丰富了离散位错动力学-有限元(finite element method, FEM)叠加算法、DDD-FEM直接耦合算法(discrete-continuous method, DCM)以及离散位错动力学-扩展有限元(extended finite element method, XFEM)耦合算法等框架体系.在此基础上,利用这些方法对单晶镍基高温合金的塑性变形机理、晶体材料的断裂和损伤变形行为以及塑性行为的微尺度和微结构效应3个方面开展了系统的研究.所得模拟结果指导了基于微结构和位错机制的单晶镍基高温合金晶体塑性本构模型的建立,丰富和加深了人们对材料强化、循环塑性、断裂、损伤、尺度效应和微结构效应的认识.此外,离散位错动力学可进一步应用于诸如高温、高压、高应变率、化学腐蚀环境、高辐照等极端条件下晶体材料塑性行为的研究,是材料力学行为多尺度模拟研究中的重要一环.     

DSC在“非开挖管道修复”专用材料开发中的应用

文章阐述了非开挖修复管道技术及其优点,并用DSC法研究了环氧树脂体系的固化时间及温度等条件,证明了此法具有用量少、速度快等优点。     

四苯基卟啉(H_2TPP)与铕(Ⅲ)-四苯基卟啉(Eu-TPP)在丙酮介质中的电还原行为——溶解氧的影响

水溶液中稀土离子不容易与水溶性卟啉如了TPPS_4形成络合物,一般要在非水介质中先行合成。本文在丙酮介质中(含0.1mol/LTEAP)有H_2TPP存在下加入Eu(ClO_4)_3,立即     

单[6-氧-6-(4-羧基苯)]-β-环糊精在溶液和固态中的分子自组装行为

通过单-[6-氧-(对甲苯磺酰基)]-β -环糊精和4-羟基-苯甲酸甲酯反应合成了一种新的修饰环糊精, 单(6-氧-6-(4-羧基苯)(-β-环糊精(1), 利用X射线衍射分析、二维核磁光谱以及量热滴定等方法研究了其在溶液和固态中的分子自组装行为. 结果表明在固态中连接于环糊精主面的苯甲酸基顺次从次面插入到另一个环糊精的空腔, 形成了螺旋柱状超分子, 并且在溶液中也显示了相似的自组装行为. 热力学上, 修饰环糊精形成聚合超分子主要是由熵驱动的.