顺电相PbTiO3晶体的电子结构和光学性质

应用全电势线形平面波缀加方法对铁电晶体钛酸铅的顺电立方相的电子能带结构、态密度、电子密度分布进行了计算.能带结构的计算结果表明立方顺电相晶体PbTiO₃为直接带隙的半导体,带隙大小为1.7eV.通过态密度和电子密度的计算结果分析,得到价带和导带的电子组成情况,并且指出Ti原子和O原子存在较强的共价键合.在电子结构的计算基础上,计算得到了与实验符合较好的PbTiO₃晶体的介电函数的实部和虚部,分析了虚部所对应的能带跃迁,并得到了其它的光学性质的参数(光学吸收系数、折射率、消光系数、能量损失曲线、反射率).     

等离子喷涂纳米TiO2涂层及其光催化性能

原始喷涂粉末经过喷雾干燥法造粒,采用等离子喷涂工艺在普通载玻片上制备了纳米TiO₂涂层,并对涂层在300℃,400℃,500℃进行热处理.采用X射线衍射(XRD)方法对TiO₂涂层进行了相结构分析;用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)观察涂层的微观形貌;用压汞方法测量涂层的孔隙率.结果表明,喷涂后锐钛矿型TiO₂含量大约在30%~50%,粒径10~30nm,孔隙率小于6%,热处理后涂层更致密,孔隙率降低.喷涂电流为400A且未经过热处理的TiO₂涂层具有最佳光催化效果.     

Heusler合金M2CoA(M=Mn,Ti;A=Al,Si)的第一性原理

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究了M₂CoA型Heusler合金Mn₂CoAl、Mn₂CoSi、Ti₂CoAl和Ti₂CoSi的电子结构和磁学性质。发现Heusler合金Mn₂CoAl是亚铁磁性自旋无带隙半导体,Mn₂CoSi与Ti₂CoAl是亚铁磁性自旋半金属,而Ti₂CoSi是铁磁性自旋半金属。它们的总自旋磁矩均为整数,符合Slater-Pauling规则。然后,在分析电子能带结构和态密度的基础上,探讨了自旋无带隙半导体与半金属性的根源。最后,声子谱和弹性常数计算结果表明所有M₂CoA型Heusler合金在晶格动力学和力学上均是稳定的。     

CeO2纳米粒子的自组装结构合成、表征及催化特性

利用微乳液方法(以AOT为表面活性剂)自组装合成了叶脉状结构的CeO₂(氧化铈)纳米粒子;使用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、括展X射线精细结构(EXAFS)对其进行了研究表征;并对其催化特性进行了测试. XRD结果表明CeO₂纳米粒子为立方面心结构;EXAFS结果表明与体相CeO₂微粒相比,Ce－O键长变长,Ce原子周围O原子配位数降低;催化特性研究结果表明,相对于体相材料,CeO₂纳米微粒的催化分解H₂O₂的活性大大提高.     

六氟化硫和三氟溴甲烷对电离层电子捕获能力对比

六氟化硫（SF₆）和三氟溴甲烷（CF₃Br）是目前发现的在电离层释放作用效果较好的两种物质.利用气相色谱elax-elax电子捕获检测器（GC-ECD）对SF₆和CF₃Br的电子捕获能力进行实验研究，并采用密度泛函理论（DFT）对两种物质进行理论计算，最后对实验结果和理论计算结果进行对比分析.GC-ECD实验结果表明，SF₆和CF₃Br在ECD检测器上均有较好的响应，且CF₃Br在ECD检测器上的响应强于SF₆.DFT理论计算结果表明，SF₆和CF₃Br都具有捕获电子的潜力.综合实验结果与理论计算结果可知，SF₆和CF₃Br都具有捕获电子的潜力，且均有较好的电子捕获效果，相对于SF₆，CF₃Br电子捕获效果更好.      

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研究了Nb离子注入的γ-TiAl合金在1123K和1173K空气中的高温循环氧化行为,用配有能谱仪的扫描电子显微镜对氧化层的形貌、显微结构进行了分析,用俄歇谱仪分析了注入元素和氧化层中各元素的分布.结果表明:Nb离子注入可以提高γ-TiAl合金的抗循环氧化性能.提高其抗氧化性能的主要原因归结于Nb离子在TiO₂中的掺杂作用.高价Nb的掺杂,降低了TiO₂的缺陷浓度,使TiO₂的生长受到抑制,在氧化初期形成了Al₂O₃保护层,从而推迟了氧化层的剥落时间.但Nb离子注入的γ-TiAl合金不具有长期的抗循环氧化性能.     

Nb离子注入γ-TiAl的高温循环氧化行为

研究了Nb离子注入的γ-TiAl合金在1123K和1173K空气中的高温循环氧化行为,用配有能谱仪的扫描电子显微镜对氧化层的形貌、显微结构进行了分析,用俄歇谱仪分析了注入元素和氧化层中各元素的分布.结果表明:Nb离子注入可以提高γ-TiAl合金的抗循环氧化性能.提高其抗氧化性能的主要原因归结于Nb离子在TiO₂中的掺杂作用.高价Nb的掺杂,降低了TiO₂的缺陷浓度,使TiO₂的生长受到抑制,在氧化初期形成了Al₂O₃保护层,从而推迟了氧化层的剥落时间.但Nb离子注入的γ-TiAl合金不具有长期的抗循环氧化性能.      

MoO2和NiMo化合物性能差异的价电子结构分析

应用经验电子理论中的键距差法计算了激光熔化沉积MoO₂增强 γ /NiMo合金中两种化合物即MoO₂和NiMo的价电子结构,研究了价电子结构与两种化合物的硬度、强度和熔点差异的关系,并用实验测量结果进行了验证.表明价电子结构中的共价电子总数与总价电子数之比可以作为衡量MoO₂和NiMo强度高低的依据;价电子结构中最强键的理论键距可以作为衡量MoO₂和NiMo熔点高低的依据;但价电子结构中最强共价键上的共价电子对数不能单独作为衡量MoO₂和NiMo硬度高低的依据.     

Si对TiAl合金高温抗氧化性能的影响

利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪等手段研究了TiAl-Si(原子数分数为0~20%)合金在1 173 K大气中24 h的恒温氧化.结果表明:Si元素可以有效地提高TiAl合金的高温抗氧化性能;随着Si含量的增加,氧化膜厚度依次减薄,TiO₂的含量逐渐减少,Al₂O3的含量逐渐增加,添加到10%左右时就有连续致密的Al₂O₃保护膜形成;Si在0~20%的添加过程中并没发现Si的氧化物生成.分析表明:Si对抗氧化性能的贡献可归结于Si与Ti有很好的亲和力,可以有效地降低Ti离子的活度、阻碍Ti离子的向外扩散, 相对来说增强了Al离子的活度,促进连续致密的Al₂O₃保护膜生成.      

二甲醚部分氧化重整制氢热力学分析及实验

用元素势能法对二甲醚(DME)部分氧化重整制氢进行了热力学分析与计算,在定压绝热条件下计算了产物中各组分的体积分数随空醚比(0.5~4)和压强(0.1~0.5MPa)的变化关系.结果表明:H₂的体积分数随压强的增大而减小;在标准大气压和空醚比为3的条件下,由二甲醚部分氧化反应得到的氢气体积分数最大,约为35%;H₂的体积分数随空醚比的增大先增后减,CO的体积分数变化不明显,CO₂和CH₄的体积分数随空醚比的增大而减小.最后,在自制实验台上进行二甲醚等离子体重整制氢的实验,将该实验结果与热力学分析结果进行了对比分析,结果证明用元素势能法分析得到的H₂,CO,CH₄和CO₂的体积分数随空醚比的变化趋势与实验结果较为一致.      

MOCVD法制备一维氧化物阵列材料

介绍了一种新型的大气开放式金属有机物化学气相沉积(MOCVD)系统的结构及其新特点;以ZnO纳米棒阵列材料的制备为例,说明了大气开放式MOCVD法制备氧化物阵列材料的方法,并对氧化物阵列材料的制备过程进行了论述;扫描电镜研究发现这些取向生长的氧化物一维材料均垂直于基片沿某一方向生长,并且排列非常规整,具有无晶界、晶体缺陷少、体表面积小和具有特殊的尖端等特点;介绍了制备VO_x,FeO_x,TiO₂等一元金属氧化物和ZnAlO,ZnMgO等多元掺杂金属氧化物的一维阵列材料的方法.      

航空发动机转子结构布局优化设计方法

结构是航空发动机功能、性能及可靠性设计水平的综合体现,一切技术要求、性能指标、强度指标或者结构的安全性和可靠性都应建立在合理的结构布局设计上。提出了航空发动机转子结构布局并对其进行优化设计的观点,同时以典型高推重比涡扇发动机高压转子的结构构型为例,基于试验设计（DOE）的响应面法,应用有限元计算并通过多目标遗传优化算法,分别从抗变形能力、力学环境适应能力以及转子结构效率综合进行相关优化计算,论证了合理的结构布局形式可以大幅度提升转子的力学特性。研究方法对于航空发动机转子系统的初始结构布局设计具有指导意义,可以显著减少结构设计的迭代次数,缩短设计周期。      

电镀法制备超疏水性铜表面

在对天然荷叶表面观察的基础上,通过改变电流密度控制电镀层表面的形貌,制备出了仿荷叶结构的铜表面.随着电镀电流密度的逐渐增大,接触角先增大后减小,当电流密度为0.08 A/cm2时,镀层的表面结构与荷叶表面最接近,其疏水效果最好,接触角最大,达到了153.5°,滚动角为7.9°(小于10°).这种表面未经任何修饰就产生了超疏水性.这是处于Cassie模型的一种亚稳定状态,只要表面形貌特征满足一定条件,就可使水滴在亲水基体上处于Cassie模型的亚稳态,从而有可能产生疏水性甚至超疏水性.对亲水材料的疏水机理进行了探讨,这些结果对亲水基体上超疏水性表面的制备和现有疏水理论的理解具有一定的意义.      

基于多点约束的大展弦比机翼静气动弹性计算

基于雷诺平均N-S方程和多块结构网格技术计算大展弦比机翼的气动力.机翼采用梁模型结构,利用有限元方法计算结构变形.建立基于多点约束(MPC,Multi-Point Constrain)的气动、结构数据的双向传递方法.采用MPC数据插值方法快捷地实现自主研发的计算流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)程序和NASTRAN计算结构力学(CSD,Computational Structural Dynamics)软件的耦合计算,发展出可以考虑结构非线性的静气动弹性CFD/CSD耦合计算方法,该方法比只考虑单方向变形的柔度法更精确.开展了某大展弦比机翼的静气动弹性数值计算分析,结果显示只考虑机翼纵向变形而忽略展向变形对计算结果会有一定影响,而该算例几何非线性影响较小.     

Recent results form measurements of the energy spectrum of cosmic-ray induced neutrons aboard an ER-2 airplane and on the ground.

Crews of future high-altitude commercial aircraft may be significantly exposed to atmospheric cosmic radiation from galactic cosmic rays (GCR). To help determine such exposures, the Atmospheric Ionizing Radiation Project, an international collaboration of 15 laboratories, made simultaneous radiation measurements with 14 instruments on a NASA ER-2 high-altitude aircraft. The primary instrument was a sensitive extended-energy multisphere neutron spectrometer, which was also used to make measurements on the ground. Its detector responses were calculated for neutrons and charged hadrons at energies up to 100 GeV using the radiation transport code MCNPX. We have now recalculated the detector responses including the effects of the airplane structure. We are also using new FLUKA calculations of GCR-induced hadron spectra in the atmosphere to correct for spectrometer counts produced by charged hadrons. Neutron spectra are unfolded from the corrected measured count rates using the MAXED code. Results for the measured cosmic-ray neutron spectrum (thermal to >10 GeV), total neutron fluence rate, and neutron dose equivalent and effective dose rates, and their dependence on altitude and geomagnetic cutoff generally agree well with results from recent calculations of GCR-induced neutron spectra.     

蛋壳夹芯结构的变形机制及力学性能

从结构仿生的观点出发,提出了"孔壳夹芯结构"模型,通过模拟样件试验,归纳出了"孔壳夹芯结构"的压缩变形机制,得出"蛋壳夹芯结构"的承载能力主要取决于"蛋壳"的材料、结构尺寸和排列角度等因素的结论.应用薄壳理论,算出了"蛋壳"单元在承受均布压力情况下的屈曲临界压力,同时,对"蛋壳"单元建立有限元模型,进行了静力学和屈曲模态分析,为进一步的"蛋壳夹芯结构"的工程轻量化设计提供了理论依据.     

连续加热时γ-TiAl激光快凝组织及其性能的变化

为认识超塑扩散连接机理,研究了γ-TiAl基合金表层激光快速熔凝组织在连续加热过程中的相转变规律及硬度变化.结果表明,在以10℃/min连续加热时,γ-TiAl激光表面快速熔凝组织在750℃左右发生α₂→γ相转变,在860℃左右其组织由枝晶组织转变为细小的等轴晶组织,硬度值也出现了相应变化.上述细晶组织为合金的超塑扩散连接提供了良好的基础.     

高负荷跨音压气机转子的间隙效应

利用高频响动态压力传感器对一个具有2.2级压比的跨音压气机级(ATS-2)进行了转子叶尖间隙流场测试研究,获得了多个转速不同节流状态下的转子叶尖内壁面静压场.结果表明,100%转速时,除前缘贴体斜激波外,叶片通道内存在一道二次正激波,并在吸力面附近出现了一道较短的正激波.该波系随出口节流加深而向上游移动,并最终归并为前缘正激波,此时,级性能达到峰值效率.另外,比较了不同叶尖间隙机匣的总性能,结果表明,机匣结构和间隙的变化严重影响压气机级性能参数.