Al掺杂对SnO_2纳米晶的能带及染料敏化太阳电池效率的影响

宽带隙二氧化锡(SnO_2)纳米晶体具有良好的物理化学稳定性和较高电子迁移率,可用于染料敏化太阳电池(DSSCs),也是DSSCs中TiO_2光阳极的重要替代品。然而,基于SnO_2光阳极的DSSC光生载流子易于复合,因此电池效率不高。故通过水热法合成了不同比例的Al掺杂SnO_2纳米晶,采用丝网印刷法制作Al掺杂SnO_2薄膜光阳极。在标准条件下(AM 1.5,100 mW/cm~2)测试电池效率,与纯SnO_2DSSCs相比,2%Al掺杂SnO_2电池的开路电压(0.6 V)、电流密度(9.61 mA/cm~2)、填充因子(61.08%)都有所提高,电池效率由1.28%提高到3.51%。研究结果表明:Al掺杂能有效调节SnO_2带隙,同时抑制光生载流子的复合,从而有效提高电池效率。     

基于倒金字塔减反射结构的多晶黑硅及其高效太阳电池

采用酸体系的纳米重构(Nano structure rebuilding,NSR)溶液对黑硅纳米结构进行重构,得到不同尺寸的倒金字塔减反射微结构,实现了低成本纳米减反射微结构多晶黑硅(Multicrystalline-black silicon,mc-bSi)太阳电池的量产。先用Ag金属催化腐蚀(Metal assisted chemical etching,MACE)对砂浆切割(Multi wire slurry sawn,MWSS)多晶硅片(Multicrystalline silicon,mc-Si)进行了研究,发现倒金字塔结构的面夹角均为54.7°,且500nm尺寸大小的倒金字塔结构黑硅太阳电池的转换效率达到了18.62%,电池的表面反射率降低至3.29%。研究了Ag/Cu双原子催化腐蚀法对金刚线切割(Diamond wire sawn,DWS)多晶硅片的制绒效果,发现多晶硅片表面金刚线切割痕几乎消失不见,采用倒金字塔尺寸为600nm的DWS片样品制备出了性能最佳的太阳电池,其开路电压Voc为640mV,短路电流密度Jsc为37.35A/cm2,填充因子FF为79.91%,最高效率为19.10%,高于同结构的MWSS多晶黑硅太阳电池。     

复材加热组件一体成型制备及其热/力学性能研究

针对玻纤/环氧复合材料,采用平板硫化机热压成型制备工艺,将预封装的石墨烯加热元件内嵌于复材夹层中,从而制备得到复材加热组件。实验证明,该制备方法对石墨烯复合材料的阻值及发热影响较小,保证了石墨烯加热元件的防/除冰效率。基于复材加热组件,进行了热/力学性能实验和低温除冰实验。实验结果表明,复材加热组件的温升速率随热流密度的增加而增大,并且铺层位置对复材加热组件的温升具有较大影响。在冷环境除冰实验中,环境温度为-20℃,热流密度为0.3 W/cm²时,相较于传统电加热组件,复材加热组件的除冰时间大幅减小,能耗减少约30%,为进一步制备复材加热机翼奠定了基础。     

不同电流密度对304不锈钢表面多孔铜层影响

在304不锈钢表面采用电沉积方法制备了多孔结构铜层,研究了不同电流密度对镀层微观形貌、厚度、孔隙率以及比表面积的影响。结果表明通过控制沉积电流密度能在304不锈钢表面获得颗粒状、树枝状和针状形貌的不同镀层;随着电流密度的提高而镀层厚度增大,但彼此不是线性关系,随着电流增加,镀层厚度增速变缓;镀层孔隙率随电流密度增加而增加,当电流密度达到6 A/dm~2后,镀层孔隙率维持在93%～96%之间;镀层比表面积随着电流密度的增加呈现先快速增加,然后缓慢增加趋势,10 A/dm~2条件下的镀层比表面积是4 A/dm~2的10倍。     

多层石墨烯界面力学行为的分子动力学模拟

通过分子动力学方法,在不同应变率和不同温度下对多层石墨烯进行拉开过程模拟,并以此研究了多层石墨烯层间界面性能的拉伸速率和温度效应。研究结果表明,随着拉开界面的应变速率的增加,多层石墨烯界面强度也随之提高,但当加载速率提高到1e10 s~(-1)后,界面强度趋于平稳。此外,研究也表明,多层石墨烯界面强度先随着温度的升高而出现增加,但温度到达350 K后,界面强度出现减小的现象;同时基于分子动力学模拟结果,计算了多层石墨烯层间界面内聚力本构关系的界面参数。     

染料敏化太阳能电池用聚偏氟乙烯/丙烯酸酯互穿网络基凝胶聚合物电解质的制备与性能表征

采用聚偏氟乙烯和丙烯酸酯制备了一种具有互穿聚合物网络结构的凝胶聚合物电解质,并将其应用于染料敏化太阳能电池. 通过FTIR,SEM以及电化学分析等对具有多孔结构的聚合物电解质进行了表征,考察了不同交联单体及不同聚偏氟乙烯/丙烯酸酯质量比对准固态聚合物电解质性能的影响.结果表明,选择合适的交联单体和适宜的交联度可有效提高聚合物膜的孔隙率、吸液量和相应电解质的电化学特性.用聚偏氟乙烯/聚乙二醇二甲基丙烯酸酯互穿聚合物网络结构的电解质组装染料敏化太阳能电池, 在100 mW/cm2模拟光照下,短路电流Isc和开路电压Voc分别为8.476 mA·cm-2和0.674 V, 电池光电转换效率达到2.710%.     

溶剂对RuxSey/石墨烯复合催化剂电催化性能的影响

采用一步溶剂热法以RuCl3·xH2O, SeO2为前驱体,还原氧化石墨烯为载体制备了RuxSey/石墨烯催化剂,探讨了乙醇和乙二醇两种溶剂对催化剂形貌、结构以及氧还原（Oxygen reduction reaction, ORR）活性的影响,并利用透射电子显微镜（Transmission electron microscope, TEM）、X射线衍射仪（X-ray diffraction, XRD）、拉曼光谱仪（Raman）和旋转圆盘电极（Rotating disk electrode, RDE）技术表征了催化剂的物理特征和催化性能。结果表明RuxSey颗粒可以均匀地分散在石墨烯片层上,以乙二醇为溶剂制备的RuxSey/石墨烯催化剂具有良好的结晶性能,且乙二醇的存在可以促进氧化石墨烯载体的还原,增大其比表面积,使催化剂在0.1 mol/L KOH 溶液中表现出较高的氧还原活性。     

磁性氧化石墨烯的制备及对刚果红吸附性研究

首先使用2-氨基乙硫醇与丙烯酸分别对氧化石墨烯(GO)与3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)包覆改性的四氧化三铁(Fe_3O_4)进行修饰,接着利用巯基-烯点击化学法制备得到磁性氧化石墨烯(MGO)复合材料。通过FT-IR,XRD,SEM,TEM,VSM等表征手段对目标产物进行表征。利用所得产物做为吸附剂去除水中刚果红(CR)染料。研究了该复合材料的吸附动力学、吸附等温线及初始pH值对吸附的影响,考察了MGO对水中CR的去除效果。结果表明:pH在4.0时复合材料的吸附效果最好,吸附时间在30 min左右时达到吸附平衡,最大吸附量为321.7 mg·g~(-1)。其吸附动力学符合二级动力学模型,吸附模型符合Langmuir模型,吸附-解吸附性能较弱。     

Li2Ru0.6Mn0.4O3/氧化石墨烯复合材料的制备 及电化学性能

采用氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)与固相法制备的Li_2Ru_(0.6)Mn_(0.4)O_3复合得到Li_2Ru_(0.6)Mn_(0.4)O_3/GO复合电极材料,并利用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)和能谱仪(Energy dispersive spectrometer,EDS)分别对其晶体结构、形貌进行了表征。氧化石墨烯不仅可以改善Li_2Ru_(0.6)Mn_(0.4)O_3的导电性,而且可减小其在电解液中因溶解而发生的副反应。电化学测试表明:复合后电极材料的循环性能和倍率性能得到了明显的改善,200圈以后容量依然为初始容量的87.5%;5C大倍率的充放电后,电流密度回到0.1C时,容量保持在初始容量的95%以上。     

钛合金表面多孔TiO2制备及涂层结合强度改进

为了提高钛合金基体与Fe(吸波剂)/环氧涂层的结合强度,采用微弧氧化在钛合金表面制备一定厚度的二氧化钛多孔膜,之后浸涂Fe/环氧树脂涂料。分别研究了微弧氧化中电流、时间等实验参数对钛合金表面形貌和涂层结合强度的影响,并对所制备的氧化多孔膜在拉伸前后进行扫描电子显微镜(SEM)分析。结果表明:多孔TiO2膜的孔径随电流增大而减小,孔密度随电流增大而增大,随时间增加孔径增大,但时间不宜太长,涂层的结合强度随电流以及时间的增大都是先增大后减小,在3 A,4 min时达到最佳值33.62 MPa。     

分数槽集中绕组永磁同步电机设计与分析

分数槽集中绕组永磁同步电机由于转矩密度高、弱磁性能好、齿槽转矩小和效率高等特点,广泛应用于航空航天、电动汽车等领域。本文研究了机载雷达伺服系统用分数槽集中绕组永磁同步电机,建立了电机的解析模型,分析了长径比、裂比、磁密系数等设计参数对电机性能的影响规律。结果表明,电机的输出转矩和质量分别与定子外径D3os,D2os成正比,绕组端部比重与长径比λ成反比,综合转矩密度和绕组端部比重两个因素,λ宜在0.2~0.4范围内选择。当定子裂比γ增加时,转矩密度先增大后减小,为使转矩密度最大,γ宜在0.6~0.8范围内选择。当磁密系数χ增加时,输出转矩先增大后减小,为使输出转矩最大,χ宜设计在1.75附近。基于理论分析和仿真计算,文中设计并加工了一台45槽38极分数槽集中绕组永磁同步电机,最后通过实验测试了其性能。     

GFRP泡沫夹芯管轴压局部屈曲试验分析（英文）

为研究玻璃纤维增强塑料(Glass fiber reinforced plastic,GFRP)泡沫夹芯管轴向受压局部屈曲性能,本文开展了以聚氨酯泡沫为芯层的GFRP泡沫夹芯管的轴向受压屈曲试验,并在试验的基础上开展了局部屈曲性能数值模拟分析,得到了这种结构的屈曲破坏现象和相关参数影响规律。研究表明,GFRP泡沫夹芯圆柱壳的局部屈曲有共同屈曲和分层屈曲两种形式;端部局部屈曲、端部剪切破坏和界面剥离是比局部屈曲更低效的破坏形式,需通过构造措施来加以抑制;局部屈曲承载力随芯层密度的增加而线性增加;当芯层密度较高(大于0.05g/cm~3)时,增加芯层密度对提高承载效率的效果对于壁厚较大的试件不如对壁厚较小的试件明显;局部分层屈曲是比局部共同屈曲承载效率更低的破坏形式,可通过提高芯层密度加以抑制,保证内外管壁协调工作;夹芯圆柱壳承载力均随高径比的增加而增加,但承载效率随高径比的增加而持续下降。     

基于免疫克隆选择算法的繁忙时刻场面航空器调度优化(英文)

为减少大型枢纽机场拥堵和航空器地面等待,以总调度时间最小为目标,提出了航空器地面滑行调度模型并应用于首都机场航班调度。模型参考经典的车间调度思想,将滑行过程中的3类特殊的场面冲突作为约束条件。针对模型NP难解的特征,设计了免疫克隆选择优化算法求解模型。通过北京国际机场仿真实验表明,相比先到先服务(First-come-first-served,FCFS)策略,本模型将一个高峰时段的航班调度时间减少了13.6min,平均每架航空器的总滑行调度时间减少45.3s,提高了跑道容量和机场运行效率。     

超声辅助刻蚀对Ti3C2Tx微观结构的影响

二维层状材料MXene由于其独特的物理化学性质,受到了广泛关注。本文通过超声辅助刻蚀Ti_3AlC_2的方法制备了多层的Ti_3C_2T_x,利用X射线衍射仪、N_2吸脱附测试、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其微观结构的变化特征进行了详细的表征和分析,并与磁力搅拌刻蚀制备的Ti_3C_2T_x样品相对比。结果表明,与磁力搅拌刻蚀相比,超声辅助刻蚀可以进一步减小Ti_3C_2T_x平均薄层厚度和增加原子层间距,主要原因是超声处理能够促进未发生反应的薄片层中Al原子层的刻蚀。刻蚀过程中同一Al原子层有些区域先发生刻蚀,而一些区域依然存在Al原子。探明了附着在Ti_3C_2T_x表面几十纳米的颗粒是空间群为■的六方结构AlF_3,并且随着刻蚀时间的增加,其逐渐向非晶体转变。     

Zn／纳米CeO2复合镀层的制备及其性能研究

采用电镀方法制备了Zn/纳米CeO2复合镀层,分析了镀液中CeO2颗粒悬浮量、阴极电流密度和镀液温度等因素对复合镀层中纳米CeO2复合量和膜层质量的影响,用正交试验法优选了各工艺参数。采用电化学方法和浸泡法研究了Zn/纳米CeO2复合镀层的耐蚀性。结果表明,相对于纯镀锌镀层,复合镀层晶粒细小,平整光滑,显微组织均匀、致密,并且镀层耐蚀性能有提高。     

添加Ni中间层的镁/钛激光熔钎焊工艺及接头性能研究

对添加Ni片作为中间层的AZ31B镁合金板和TC4钛合金板进行激光熔钎焊搭接试验,分析接头的力学性能、宏观形貌和微观组织。结果表明:Ni作为中间层的镁/钛激光熔钎焊接头焊缝成形良好,部分位置出现鱼鳞纹,接头焊缝区由镁侧焊缝、钛侧焊缝和界面化合物层(IMC)组成。其中,镁侧IMC层由Mg-Al-Ni相和Mg_2Ni相组成,钛侧IMC层由Ti_2Ni相组成。随着接头热输入量的增大,镁/钛两侧焊缝中元素得到充分扩散,并在两侧焊缝中生成金属间化合物,使得接头的力学性能大大增强。随着焊接线能量的增加,钛侧熔深一直增大,接头拉剪载荷呈现出先增大后减小的趋势。在焊接线能量Q=722.22 J·cm~(-1)时,接头拉剪载荷达到1 241.67 N。     

退火对Ti-6Al-4V表面MA法制备Al-FeCoNiCrAl高熵合金复合涂层的组织及性能研究（英文）

采用机械合金化法在TC4钛合金基体上成功制备了均匀致密的Al-FeCoNiCrAl高熵合金复合涂层,研究了退火对复合涂层物相组成和性能的影响,建立起退火温度与复合涂层物相演变和性能之间的内在关系。结果表明:涂层厚度随着球磨时间增加先增加后减小,并且涂层硬度随着球磨时间增加而增加。涂层的物相随退火温度变化而变化,复合涂层为BCC相,550℃退火2 h后涂层中生成了L1_2相,σ相和(Ni,Co)_3Al_4。750℃退火后涂层中生成有序BCC相。1 050℃退火后涂层中仅存BCC相和有序BCC相。在550℃和750℃退火后涂层的硬度略微升高,1 050℃退火后涂层硬度降低。     

激波管用于磁等离子体中电波传输的研究

利用安装在直径为800mm 高温激波管后端盖处带有切取器的矩形实验段,获得了较均匀的薄层等离子体鞘层(Z=4cm或2cm)。采用液氦冷却下的低温超导线圈产生连续的强磁场,研究了有强磁场存在条件下3.9GHZ 微波穿透薄等离子体鞘层时的传输特性。对于 Ne≈3×10~13/cm~3,v≈9×10~9/s 和 Ne≈4×10~12/cm~3,v≈2.4×10(?)/s两种等离子体状态,H=0.44～0.84T,分别测量了无外加磁场和有外加磁场情况下电波的功率衰减。实验结果表明在本文所加的磁场强度条件下,测量到的电波功率衰减值均有较明显改善。     

基于飞机性能影响的路径优化算法

针对在最少油耗、最快时间和最低成本等目标下的巡航阶段路径优化中,出现的边权重与前续路径的选择密切相关、估值函数计算开销过大等问题,首先构建了GRIB2格式网格气象数据插值、飞机性能参数快速计算流程,然后通过对A*算法估值函数系数和性能计算步长进行改进,提高每步优化时的计算效率;之后针对典型飞行任务,对不同优化目标下的结果进行对比,分析了成本指数、飞机起始质量和飞行高度层等因素的影响。将飞行性能计算融入边权重的A*算法相对于传统最短路算法会增加计算时间,但同样以飞行性能最优为目标的情况下,相较于Dijkstra算法它可以更迅速地找到优化路线。     

NY9200GA树脂体系预浸料自动铺放粘结性工艺研究

为研究NY9200GA环氧树脂 体系预浸料的自动铺放粘结性工艺特性,采用自行设计的预浸料粘结性测试装置,通过单因素试 验,研究不同铺放工艺条件下预浸料的层间粘结性变化规律;运用正交试验法确定各铺放工艺 参数对粘结性的影响程度。结果表明,随着铺放温度的升高,预浸料层间粘结性先增大后降 低,在温度为40 ℃时粘结性出现峰值;铺放压力的增大和速度的减小均会增加预浸料层间的粘结性;温度对预浸料层间粘结性值的影响最大,压力的影响次之。此外,预浸料层间粘结性与放置 时间和纤维方向有关,在室温环境中存放的时间越长,预浸料层间的粘结性越低;随着相邻铺 层间纤维夹角的增加,预浸料层间粘结性也逐渐增加,其中0°/90°铺层间粘结性是0°/0°的 近两倍。