1 1.西北工业大学 材料学院 NPU-SAS联合研究中心, 西安 710072
2 2.西北工业大学 极端力学研究院, 西安 710072
3 3.西北工业大学 材料学院, 西安 710072
4 4.西安科技大学 理学院 力学系, 西安 710600
二维编织碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiCf/SiC)在航空领域中得到广泛使用, 然而该材料层间强度低, 使其易萌生层间裂纹, 引起分层破坏。为此, 本工作采用楔形双悬臂梁法(W-DCB)和悬臂梁法(DCB)开展了层间I型断裂试验, 获得了2D-SiCf/SiC的层间裂纹驱动的加载数据, 得到了其裂纹端口张开力及张开位移变形曲线。在试验加载过程, 通过光学显微镜监测了视觉裂纹扩展过程, 探究了2D-SiCf/SiC的层间I型裂纹扩展规律。结合理论分析和裂纹视觉特征解释了加载曲线拐点及其他特征点的断裂力学含义。利用扫描电子显微镜分析了2D-SiCf/SiC的层间断面特征, 揭示了断面分层裂纹扩展机制。结果表明: W-DCB方法测量的2D-SiCf/SiC层间I型初始能量释放率与DCB方法等效; 2D-SiCf/SiC层间I型断裂过程中, 裂纹端口变形曲线的多峰性不符合经典线弹性断裂力学预测的加载峰后特征, 反映了2D-SiCf/SiC层间约束关系的复杂性; 层间断面为结构性非完全损伤, 发生了局部纤维桥连现象。
2D-SiCf/SiC复合材料 层间I型断裂 表征分析 纤维桥连 2D-SiCf/SiC composites interlaminar mode I fracture characterization analysis fiber bridging
连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiCf/SiC)是发展先进航空发动机的关键材料, 航空发动机长时服役要求材料具有优异的高温蠕变性能。本工作研究了平纹编织Cansas-II碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiCf/SiC)在空气中的高温蠕变行为, 蠕变温度为1200~1400 ℃, 应力水平为80~140 MPa。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了2D-SiCf/SiC复合材料的微观组织和断口形貌, 使用能谱分析仪(EDS)进行了成分分析。结果表明: 当蠕变应力低于比例极限应力(σPLS)时, 2D-SiCf/SiC的蠕变断裂时间超过500 h, 稳态蠕变速率为1×10-10~5×10-10 /s, 蠕变行为由基体和纤维共同控制。当蠕变应力高于σPLS时, 复合材料的基体、纤维和界面均发生氧化, 蠕变断裂时间显著降低, 稳态蠕变速率提高一个数量级, 蠕变行为主要由纤维控制。
Cansas-II SiCf/SiC复合材料 蠕变 蠕变断裂时间 稳态蠕变速率 基体开裂 Cansas-II SiCf/SiC creep creep rupture time steady-state creep rate matrix cracking 强激光与粒子束
2023, 35(3): 034004
1 武汉理工大学，资源与环境工程学院，武汉 430070
2 武汉理工大学，土木工程与建筑学院，武汉 430070
3 汉理工大学，土木工程与建筑学院，武汉 430070
4 中国科学院 武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071
目前爆破扰动下隧道的动力响应解析解研究多为稳态，且主要集中在无衬砌隧道；而实际工程施工爆破扰动以瞬态波的形式传播，且大多隧道有衬砌。因此，论文以深埋圆形有衬砌隧道为研究对象，采用波函数展开法和梯形求积，开展平面爆破P波扰动下的隧道瞬态动力响应解析解研究：通过分析平面简谐P波入射时衬砌和围岩中的波场，考虑深埋隧道衬砌与围岩相互作用的边界条件，确定隧道周围的稳态响应；在稳态解的基础上运用梯形求积，求出平面爆破P波扰动下深埋圆形衬砌隧道动力响应问题的瞬态解析解，进而分析隧道衬砌与围岩接触面和隧道内的动应力集中系数、径向和环向振动速度的动态响应情况。研究结果表明：本文解析结果与FLAC及CASRock数值结果一致，验证了本文方法的可行性以及正确性；动力扰动过程中隧道两帮出现拉应力集中，顶底板主要出现压应力集中，隧道两侧的径向振动速度要显著大于隧道顶部，环向振动速度随着爆破荷载的加卸载先增大后减小至零。解析结果可以为深埋隧道的支护提供理论基础。
爆破P波 瞬态响应 圆形衬砌隧道 波函数展开法 blasting P-wave transient response wave function expansion method circular lining tunnel CASRock CASRock
1 南京师范大学计算机与电子信息学院, 江苏 南京 210023
2 南京师范大学物理科学与技术学院, 江苏省光电技术重点实验室, 江苏 南京 210023
表面等离子体共振是一种免标记的传感技术, 当介质周围的介电常数发生改变时, 则SPR谐振光谱特性也会随之改变。 因此表面等离子体共振传感技术已广泛应用于生物化学和环境监测等领域。 由于二氧化钛(TiO2)覆盖层不仅可以保护金属层, 还能调谐SPR谐振的光谱强度和谐振波长于近红外波段, 应用于1550 nm的光纤传感, 其氧化还原反应还能使其用于检测气体。 由于氢气易燃易爆性, 随着氢能源的广泛应用, 因此对低浓度氢气检测技术研究具有特殊的意义。 提出一种可更换银/二氧化钛复合膜的表面等离子共振的气体传感器, 研究了SPR传感器在1 550 nm近红外波段对气体的敏感特性。 研制了可更换银/二氧化钛复合膜的表面等离子共振(SPR)气体传感器。 研究了在近红外波段对气体的表面等离子体共振光谱特性。 仿真计算Kretschmann棱镜耦合的四层结构模型的共振光谱强度与银膜厚度, 二氧化钛厚度和棱镜材料的关系, 优化了Ag和TiO2层的厚度以获得最大灵敏度, 得到的最佳膜厚是45 nm Ag和110 nm TiO2。 Ag/TiO2薄膜设计为可更换的一次性气敏膜, 采用蒸镀和溅射方法镀膜, 制备成本文所使用的 SPR传感器。 利用Ag/TiO2薄膜在复合界面产生SP共振光谱的移动, 对气体进行测试。 采用Kretschmann棱镜耦合结构的光谱波长检测实验系统。 固定光源和入射角, 测量波长的偏移量。 宽光源(波长范围: 1 462~1 662 nm)通过环形器、 准直器, 照射到棱镜和可更换的Ag/TiO2敏感膜, 经全反射(TIR)后, 再由高反射镜反射回传感膜, 并以相同的TIR角和光路再次反射回到准直器, 从而被光谱仪检测。 实验结果表明, Ag/TiO2复合膜可以调谐共振波长到1 550 nm近红外波段, 增强该传感器的光谱灵敏度, 低浓度(14.7%~25%)氢气下的灵敏度可达-8.305 nm·%-1。 并且可通过更换气敏膜检测不同的气体, 增加生物相容性和气体传感能力。
银/二氧化钛复合膜 表面等离子体共振 气体传感器 Silver/titanium dioxide composite film Surface plasmon resonance Gas sensor
中国电子科技集团公司第三十八研究所, 合肥 230088
从国内外最新的数字阵列雷达发展趋势入手, 总结了数字阵列技术向“宽带化、离散化、智能化、灵巧化”发展在调制自由度、信号特征处理、参数控制与算法加速方面亟待突破的问题, 同时对比分析了微波光子处理的适配性及优缺点, 以微波光子雷达实用化推进为目的, 对光模数转换、光正交解调、光波形产生、光射频总线、轻薄化集成等微波光子技术在数字阵列雷达系统中的应用进行了展望。
微波光子 数字阵列 超宽带 数字化收发 光模数转换 光正交解调 microwave photonics digital phased array ultra-wide band digital transceiver photonic analog-to-digital conversion photonic quadrature demodulation
1 中国电子科技集团公司第三十八研究所, 安徽 合肥 230000
2 安徽省天线与微波工程实验室, 安徽 合肥 230000
提出了一种基于可调光延迟线的微波光子正交解调技术,并基于该技术设计了微波光子零中频接收机。通过调节光延迟线实现本振信号的90°移相,并采用波分复用方法在共用的级联马赫-曾德尔调制器结构中实现两条正交链路的射频信号与本振信号的混频,从而提高了光正交解调的幅相一致性。所设计的微波光子零中频接收机可对光正交解调之后的中频处理器件如光电探测器、滤波器以及模数转换器等引起的链路幅相不平衡进行数字补偿。经数字幅相失衡补偿后,微波光子零中频接收机在中心频率为12 GHz、瞬时带宽为4 GHz的工作频段内测得幅度不平衡小于0.4 dB,相位不平衡小于1.5°,镜频抑制度大于45 dB,最高镜频抑制度可达79 dB。
光通信 微波光子 宽带接收机 零中频 镜频抑制
南京师范大学物理科学与技术学院, 江苏省光电技术重点实验室, 江苏 南京 210023
局域表面等离激元共振是金属纳米粒子表面的自由电子在光子作用下发生集体震荡而产生的一种共振现象。 提出了一种方体及环/盘阵列结构, 该结构主要由左侧单圆环和右侧方体及偏心圆环盘组成。 利用时域有限差分算法(FDTD solutions)对该结构进行了光学性质的探究。 仿真结果表明, 当线性偏振光入射到金属表面时, 在结构中激发局域表面等离子体共振现象, 表现出明显的共振效应, 在600～1 700 nm范围形成了不同位置的共振谷。 通过对结构电场电荷仿真图的对比分析, 发现共振谷是由圆环内所激发的偶极共振模式与方体及环/盘激发的四偶极共振模式相互耦合杂化产生的混合等离子共振而形成的。 当调整金属结构的各项参数时, 金属纳米颗粒之间的局域表面等离激元共振会因电场耦合效应发生改变, 因此法诺共振的产生对于金属结构的各项参数有着极大的依赖性(如左圆环直径L、 右圆环直径R, 结构高度H, 左圆环到方体的距离D等), 通过对结构各项参数的改变, 可以实现对结构共振谷波长位置和共振强度的有效调控, 达到对结构光学性质可控的目的。 由于该结构具有独特的非对称性, 进一步探究了入射光源偏振方向(即电矢量与x轴的夹角)对结构的共振谷波长位置以及共振强度的影响。 结果表明, 随着光源偏振角度的增加, 共振谷J2处的波长位置出现明显的红移现象。 但当偏振角度为90°时, 共振谷J3处不能产生法诺共振现象。 由此, 可以通过改变光源的偏振方向来实现对该结构的光谱的共振强度及共振波长位置的调控。 更为重要的是, 该结构对周围的环境折射率有着较高的敏感度, 最高可达755 nm·RIU-1, 传感的品质因数(figure of merit, FOM)为18.4, 该结构在环境折射率等生物传感器及微纳光子器件方面有着潜在的应用前景。
局域表面等离子体共振 法诺共振 阵列结构 折射率传感 Localized surface plasmon resonance Fano resonance Array structure Refractive index sensing 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1345
中国电子科技集团公司第三十八研究所, 安徽 合肥 230088
光学波束形成网络相对于传统电学波束形成网络具有带宽大、传输损耗小、抗电磁干扰等特性。国内在多通道射频信号输入情况下,基于色散光纤体制的光学波束形成网络的插损变化规律研究较少。假设光子探测器达到饱和阈值的前提下,分别计算了单通道微波光子链路与双通道光学波束形成网络的插损。推导得到,随着输入射频通道数的成倍增加,采用色散光纤体制的光学波束形成网络的插损也成倍增加。搭建了实验系统,发现当输入射频通道数为2、4、8、16时,对应插损分别为-26.0 dB、-30.8 dB、-34.3 dB、-46.0 dB。
光纤光学 色散光纤 光学波束形成网络 射频通道 插损 激光与光电子学进展
2020, 57(7): 070601
Author Affiliations
Abstract
Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR), Shanghai 201203, China
Metal halide perovskites (HPVs) have been greatly developed over the last decade, with various compositions, dimensionalities, and morphologies, leading to an emergence of high-performance photovoltaic and optoelectronic applications. Despite the tremendous progress made, challenges remain, which calls for a better understanding of the fundamental mechanisms. Pressure, a thermodynamic variable, provides a powerful tool to tune materials’ structures and properties. In combination with in situ characterization methods, high-pressure research could provide a better fundamental understanding. In this review, we summarize the recent studies of the dramatic, pressure-induced changes that occur in HPVs, particularly the enhanced and emergent properties induced under high pressure and their structure-property relationships. We first introduce the characteristics of HPVs and the basic knowledge of high-pressure techniques, as well as in situ characterization methods. We then discuss the effects of pressure on HPVs with different compositions, dimensionalities, and morphologies, and underline their common features and anomalous behaviors. In the last section, we highlight the main challenges and provide suggestions for possible future research on high-pressure HPVs.
Matter and Radiation at Extremes
2020, 5(1): 018201
