1 1.东华大学 材料科学与工程学院 纤维材料改性国家重点实验室, 上海 201620
2 2.同济大学 材料科学与工程学院 车用新能源研究院, 上海 201804
锂金属具有理论比容量高、还原电位低及储量高等优势, 是高能量密度锂离子电池的理想负极材料之一。然而, 传统的液态电解质与锂金属的不相容性极大地限制了其应用。本研究采用原位聚合的方法, 开发了一种与锂金属负极相容性良好的凝胶复合电解质(Gel Complex Electrolyte, GCE)。向该电解质中引入的双锂盐体系可与聚合物组分共同作用, 拓宽了电解质的电化学窗口(5.26 V, 商用电解液的电化学窗口为3.92 V), 并能够获得较高的离子电导率(30 ℃, 1×10-3 S·cm-1)。锂金属负极表面的形貌表征及元素分析结果显示, 在双锂盐体系的作用下, GCE表现出对锂金属明显的保护效果, 锂金属负极的体积效应及枝晶生长得到了明显抑制。同时, 匹配商业磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料组装的锂金属全电池也展现出优异的循环稳定性和良好的倍率性能, 在25 ℃下以0.2C(1C=0.67 mA·cm-2)的恒定电流循环200圈后, 容量保持率可以达到92.95%。研究表明, 该GCE能有效提高锂金属电池的安全稳定性以及综合的电化学性能, 有望提供一种普适化的准固态电解质设计策略。
锂金属 原位聚合 凝胶复合电解质 metallic Li in-situ polymerization gel complex electrolyte
1 国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
2 安徽省红外与低温等离子体重点实验室, 安徽 合肥 230037
为制备出宽波段磁波衰减材料, 采用水热法制备得到了石墨烯/铜镍铁氧体复合材料(CNFRGO), 并对其进行SEM、XRD、红外光谱和拉曼光谱表征分析; 然后测量其2~18 GHz的电磁参数, 并计算其损耗角正切值和反射损耗, 进而分析其微波衰减性能; 最后, 测量其中远红外波段的复折射率, 利用测量数据和T矩阵法计算分析其红外波段消光和吸收性能。结果表明, 尖晶石型铜镍铁氧体纳米颗粒吸附在还原石墨烯上, 粒径大部分约为20 nm; CNFRGO同时具有介电损耗和磁损耗两种机制, 其反射损耗低于-10 dB的频宽为3.7 GHz, 在11.8 GHz处有峰值-14.7 dB; CNFRGO在近红外波段消光较强主要由散射引起, 中远红外波段则主要由吸收决定, 而其吸收能力在近红外和中红外波段较强, 但在远红外大气窗口内相对较弱。因此, CNFRGO可同时吸收微波和红外辐射, 是一种良好的微波与红外兼容材料。
石墨烯 铜镍铁氧体 水热法 电磁参数 复折射率 graphene copper nickel ferrite hydrothermal method complex refractive index 红外与激光工程
2018, 47(9): 0921002
1 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 合肥 230037
2 中国科学技术大学 合肥微尺度物质科学国家实验室理化科学实验中心, 合肥 230037
3 安徽省红外与等离子体重点实验室, 合肥 230037
采用原位还原法制备了还原石墨烯/纳米铜复合材料, 对其进行表征分析.测量该材料的中远红外波段的复折射率, 计算其吸收系数和大气窗口内的法向光谱发射率并进行实验验证, 进而分析其在中远红外波段的吸收和辐射性能.结果表明, 纳米铜吸附在还原石墨烯表面, 粒径集中在15~25 nm; 不同尺寸的纳米铜、还原石墨烯及其表面缺陷和官能团等的吸收特性, 使该复合材料在8~9.2 μm、6~6.5 μm、2~3 μm波段内的吸收较强, 且在远红外波段吸收最强; 其在3~5 μm的法向发射率在0.65~0.68范围内, 法向发射率在8~9.5 μm内有最小值0.53, 而后稳定在0.58左右, 其总法向发射率分别为0.66和0.59, 且与测量值相符.该复合材料可用于红外吸收、消光材料和隐身涂料等方面.
石墨烯 纳米铜 原位还原 复折射率 发射率 Graphene Nano-copper particles In-situ reduction Complex refractive index Emissivity
1 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 合肥 230037
2 安徽省红外与等离子体重点实验室, 合肥 230037
在对氧化和还原石墨烯近紫外到近红外波段反射率谱测量的基础上, 利用Kramers-Kronig关系计算其复折射率, 并反推反射率与光谱分析确定误差水平; 运用T矩阵法计算其在该波段的吸收和消光效率因子, 分析其消光和吸收性能.结果表明, 反推反射率值与实测值误差在10-6量级, 且其吸收谱线特征与复折射率虚部吻合; 还原石墨烯的可见光-近红外消光和吸收较强, 但紫外消光和吸收较弱; 氧化石墨烯在紫外-可见光波段的消光和吸收较强, 但在近红外波段迅速减弱.因此, 该计算方法在两种材料上适用, 且氧化和还原石墨烯均可用作宽波段的光吸收或消光材料, 但还原石墨烯近紫外波段以及氧化石墨烯近红外波段的性能有待改善.
石墨烯 复折射率 消光效率因子 反射率 K-K关系 Graphene The complex refractive Extinction efficiency The refractive index K-K relation 光子学报
2017, 46(12): 1216002
1 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 电子工程学院, 安徽 合肥 230037
2 安徽省红外与低温等离子体重点实验室, 安徽 合肥 230037
无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)蒙皮的红外辐射特性是对UAV进行探测识别的重要依据, 而UAV蒙皮的气动力加热、太阳辐射换热、地球辐射换热等是影响UAV蒙皮辐射特性的主要因素。在综合考虑了环境以及UAV自身辐射的情况下, 建立了UAV蒙皮红外辐射的计算模型, 采用向前差分法求出了UAV蒙皮的一维导热微分方程, 并在此基础上, 结合UAV蒙皮材料的发射率, 计算了在某一平面上UAV红外辐射强度的分布情况。计算结果表明: 蒙皮在8~14 μm波段处红外辐射强度远大于3~5 μm波段的红外辐射强度; 相同波段处, 蒙皮正上方的辐射强度大于正下方的辐射强度。
无人机 环境辐射 蒙皮温度 发射率 红外辐射强度 UAV environmental radiation skin temperature emissivity infrared radiation intensity 红外与激光工程
2017, 46(3): 0304001
1 脉冲功率激光技术国家重点实验室，电子工程学院，合肥 230037
2 安徽省红外与低温等离子体重点实验室，合肥 230037
3 北京遥感研究所，北京 100192
基于两步氧化插层先驱体法制备了不同膨胀体积的膨胀石墨，分析了先驱体、膨胀石墨的微观结构和微观形貌；利用静态测试系统测试了膨胀石墨对1.064 μm激光的消光行为，据此计算了其对1.064 μm激光的质量消光系数，得到了该系数与膨胀体积的依赖关系，并从消光机理进行了原因分析。结果表明：通过控制和优化先驱体合成条件，可以制得膨胀体积高达600 mL·g-1的膨胀石墨；两步插层导致先驱体的层间距(d002)明显大于天然石墨，当其d002从0.359 0 nm 增至0.371 1 nm时，所得膨胀石墨的膨胀体积从267 mL·g-1增至600 mL·g-1；膨胀石墨平均质量消光系数与膨胀体积呈近似线性关系，当膨胀体积由233 mL·g-1增至600 mL·g-1时，该系数从0.20 m2·g-1升至0.48 m2·g-1；膨胀石墨对1.064 μm激光呈非选择性散射，膨胀体积大，导致几何面积大，对1.064 μm激光的散射能力增强；同时，膨胀石墨中出现了更深的孔隙或孔腔，可作为等效黑体增强对入射激光的吸收.
膨胀石墨 消光 激光 两步氧化插层法 膨胀体积 微观形貌 Expanded graphite Extinction Laser Two-step chemical intercalation Expanding volume Micro morphology
1 脉冲功率激光技术国家重点实验室 电子工程学院 ， 安徽 合肥 230037
2 北京遥感信息研究所，北京 100192
可膨胀石墨是制备膨胀石墨(EG)的先躯体，压柱成型会对其膨胀所得EG的激光消光性能产生影响。为了优化其成型参数，将先驱体可膨胀石墨(GIC)采用不同压强压制成药柱，对其热膨胀特性及膨胀后所得EG的膨胀体积(EV)、蠕虫形貌、微观结构以及对1.064 μm激光的消光性能展开了研究。结果表明：相较于松散态，成型GIC先驱体所制备的EG蠕虫变细、变短，孔隙率降低；成型压强由0 MPa增至50 MPa，其EV由356 ml/g减小到216 ml/g，所得EG对1.064 μm激光的质量消光截面σM由0.18 m2/g减小到0.04 m2/g，且在20～40 MPa时EV变化率仅为10.6%，σM变化率同样很小。显然，存在对 EV及σM影响较小的压强范围，因此，在EG工程应用中，为满足尽可能大的装药密度，GIC成型可考虑选该压强范围的上限值。
可膨胀石墨 膨胀石墨 膨胀体积 消光性能 expandable graphite exfoliated graphite expanding volume extinction performance 红外与激光工程
2016, 45(1): 0120005
1 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 合肥 230037
2 电子工程学院 红外与低温等离子体安徽省重点实验室, 合肥 230037
为了实现石墨插层化合物在光电干扰领域的应用, 对不同成型压强可膨胀石墨先驱体的微观形貌、膨胀体积及膨胀后的红外干扰性能进行了研究.制备了一系列压强下的成型样品, 采用扫描电镜分析其微观形貌变化并用体视显微镜观察了由成型先驱体制得的膨胀石墨蠕虫的形貌.对各样品的膨胀体积进行了测量, 并测试分析了各样品所得膨胀石墨对8-14 μm波段红外的干扰性能.结果表明: 可膨胀石墨先驱体受压成型后其鳞片和片层发生弯折、扭曲甚至碎裂, 被打开的片层间距变小, 插层结构被破坏；成型压强由0 MPa增至50 MPa, 其膨胀体积由356 mL/g减小到216 mL/g, 相应膨胀石墨的红外遮蔽率从0.87减小到0.42.因此, 可膨胀石墨先驱体受压成型会破坏其形貌, 其膨胀体积和红外干扰性能随着成型压强的增大而减小.
可膨胀石墨 膨胀石墨 膨胀体积 消光性能 遮蔽率 Expandable graphite Exfoliated graphite Expanding volume Extinction Screening rate
1 电子工程学院 脉冲功率激光技术国家重点实验室,安徽 合肥 230037
2 电子工程学院 红外与低温等离子体安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230037
目标与背景的辐射对比度是红外系统探测目标的主要依据, 也是烟幕干扰重点降低的一个参量。结合辐射对比度的定义和红外定标原理, 由目标和背景的视在辐射亮度引入其视在辐射对比度, 并与目标和背景热像图的灰度值关联起来。利用烟幕遮蔽前后与目标和背景视在辐射对比度变化相对应的热像灰度对比度的变化, 对烟幕遮蔽率进行表征。用提出的背景灰度方法对干扰实验结果进行了表征, 计算得到3组试验的背景灰度值分别为91.902 4、88.002 0、33.285 6, 并获得了目标区域各像元遮蔽率的直观分布图, 克服了以往以点代面的评价方法。
辐射定标 辐射对比度 红外烟幕 遮蔽率 radiance calibration radiation contrast infrared smoke obscuring rate
1 脉冲功率激光技术国家重点实验室(电子工程学院)，合肥 230037
2 电子工程学院红外与低温等离子体安徽省重点实验室，合肥 230037
针对采用Mie 散射理论计算非球形粒子存在的缺陷，本文应用T-矩阵方法计算了不同等效球体积半径、不同复折射率、不同波长与不同长径比的随机取向圆柱体粒子的毫米波消光性能。结果表明，圆柱体粒子的消光效率因子峰值随着复折射率实部的增大而增大；随着复折射虚部的增大，圆柱体粒子的消光效率因子减小，吸收效率因子增大；随着毫米波波长的增大，圆柱体粒子的消光效率因子峰值大小不变，峰值的位置向着粒子较大的方向移动；圆柱体粒子长径比的变化主要影响其散射性能，对吸收性能影响很小。这些结论对改善圆柱体粒子的消光性能提供了解决方法，为毫米波干扰烟幕的设计提供了一定的理论基础。
T-矩阵 毫米波 消光性能 圆柱体粒子 T-matrix millimeter-wave extinction performance cylinder particle
