固体浮力材料具有密度低和抗压强度高等性能，是载人/无人深潜器一种重要材料。固体浮力材料在高压下空心玻璃微珠会逐步发生破坏，导致吸水率增加，从而降低潜水器的正浮力，进而影响到载人/无人深潜器的安全性和使用性。浮力材料的吸水率与应力之间存在耦合关系，对浮力材料吸水率的计算造成了困难。本研究以同心球壳单胞为研究对象，通过添加子程序，采用有限元数值分析吸水过程。研究了不同厚度点、不同时间时浮力材料的体应力、吸水率、吸水扩散系数的分布、变化和相互关系；发现吸水率与体应力、扩算系数与体应力存在线性关系。将有限元分析结果与实验数据进行比较，有限元计算结果与实验数据吻合较好，验证了简化模型的有效性。文章可为全海深固体浮力材料设计和应用提供理论指导。

碱激发矿渣-赤泥胶凝材料(AASR)由于吸水速率较大, 水分和侵蚀性离子易进入AASR内部, 对其耐久性构成重大威胁。本文利用硬脂酸钠(NaSt)改善AASR的孔结构, 并在孔隙壁上引入憎水膜, 降低AASR的吸水速率。通过对AASR孔结构、接触角和微观形貌的分析, 揭示了NaSt对AASR吸水速率的改善机理。结果表明: NaSt在AASR内部引入了较多的封闭孔, 内部孔隙之间的连通性会被这些封闭气孔阻断, 从而阻断水分在AASR孔径中的传输; NaSt在毛细孔壁形成憎水膜, 增大了孔壁接触角, 降低了毛细管吸力; 掺入质量分数为0.5%的NaSt后, AASR的初始吸水速率的降低幅度高达83%, 但对力学性能影响较小。

荷载与干湿循环作用均对混凝土内部物质传输和混凝土结构服役寿命有着关键性影响。为研究荷载与干湿循环耦合作用下混凝土毛细吸水性能, 对混凝土试件分别施加0%、10%、20%、35%荷载水平的持续压荷载, 并观察不同荷载水平第1次、3次、7次干湿循环吸水过程中管内水位的变化, 处理得到吸水过程前300 min的累计吸水量曲线。研究结果表明: 混凝土的累计吸水量以及各个阶段的吸水率与干湿循环次数成负相关; 干湿循环次数相同时, 混凝土初始吸水率S1随荷载水平增加存在阈值, 且阈值随干湿循环次数增加而减小; 混凝土初始吸水率S1与后期吸水率S2之间的差值随干湿循环次数的增加而减少;建立的相关回归模型能够较好地描述荷载与干湿循环耦合作用下混凝土毛细吸水性能的变化趋势。

基于“黑障”问题，建立了“自由空间-等离子体层-自由空间”三层结构的物理模型。在此模型的基础上利用解析方法进行仿真，研究在不同厚度等离子体层的前提下，等离子体吸收率与电磁波频率之间的关系。分别改变等离子体中电子密度、外加磁场强度以及电子碰撞频率，研究等离子体层对左旋及右旋圆极化波的吸收情况以及电磁波在等离子体中单程衰减。研究表明，改变等离子体层厚度、电子密度、外加磁场强度以及电子碰撞频率影响参数后，等离子体对电磁波的吸收特性及单程衰减也随之发生改变，仿真结果对降低等离子体层的吸收率和解决“黑障”问题起到一定的参考作用。

Microwave-induced thermoacoustic imaging (MI-TAI) remains one of the focus of attention among biomedical imaging modalities over the last decade. However, the transmission and distribution of microwave inside bio-tissues are complicated, thus result in severe artifacts. In this study, to reveal the underlying mechanisms of artifacts, we deeply investigate the distribution of specific absorption rate (SAR) inside tissue-mimicking phantoms with varied morphological features using both mathematical simulations and corresponding experiments. Our simulated results, which are confirmed by the associated experimental results, show that the SAR distribution highly depends on the geometries of the imaging targets and the polarizing features of the microwave. In addition, we propose the potential mechanisms including Mie-scattering, Fabry- Perot-feature, small curvature effect to interpret the diffraction effect in different scenarios, which may provide basic guidance to predict and distinguish the artifacts for TAI in both fundamental and clinical studies.

本文提出了一种在晶硅薄膜太阳能电池Si层中嵌入金属纳米颗粒的结构, 通过控制金属纳米颗粒的形状、材料以及间距等因素, 利用金属纳米颗粒表面激发出的局域表面等离激元共振效应(LSPR)提高晶硅薄膜太阳能电池对光的吸收。使用微纳光学仿真软件(FDTD)对不同条件下的Si层吸收率以及光生电子密度分布进行了仿真研究。研究发现, 相较于未嵌入纳米颗粒的薄膜太阳能电池, 当嵌入球形Ag纳米颗粒时, Si层吸收率在0.8~1.1μm波段范围内有显著的提高, 整体吸收率比未嵌入纳米颗粒Si层吸收率提高了23.1%, 光生电子密度在纳米颗粒周围显著升高。嵌入Ag、Au、Cu、Al四种纳米颗粒的情况下, 在0.45~1.1μm波段范围内, 吸收率曲线均出现波动, 且嵌入Al纳米颗粒时可以激发出更宽波段范围内的吸收峰, 当Al纳米颗粒存在时Si层的光生电子密度整体分布最好。在对两个Al纳米颗粒间距T为0.1μm、0.15μm和0.2μm三种情况的分析中, 当波段在0.45~0.75μm波段范围内时, T为0.1μm时吸收率表现较好; 而在0.9μm和1.0μm波段附近T=0.15μm时会激发出更宽的吸收峰, 且高于T为0.1μm和0.2μm时的吸收率, Si层上部区域整体光生电子密度更高。

为了对宽频段高吸收率太赫兹辐射计的特性进行表征,研究了吸收涂层材料的特性;对常见的吸波材料在太赫兹波段的吸收率进行仿真,探寻在太赫兹波段具有高吸收率的材料;将碳化硅与3M黑漆进行混合,以进一步提高涂层的吸收率,并通过仿真调整涂层内碳化硅颗粒的尺寸;根据仿真结果制备混合涂层,利用太赫兹时域光谱仪对混合涂层样品进行测量。结果表明:该混合涂层样品的光谱吸收率大于0.99,与仿真结果基本吻合。

Si薄膜在可见光和近红外波段具有一定的吸收特性, 可用于宽带吸收薄膜的制备。采用离子束溅射技术, 在熔融石英基底上制备了不同沉积工艺参数的Si薄膜, 基于透、反射光谱和椭偏光谱的全光谱数值拟合法, 计算了Si薄膜的光学常数, 并研究了氧气、氮气流量对其光学特性的影响。选择Si和Ta2O5作为高折射率材料、SiO2作为低折射率, 设计了吸收率为2%和10%的宽带(1 000~1 400 nm)吸收薄膜。采用离子束溅射沉积技术, 在熔融石英基底上制备了宽带吸收薄膜, 对于A=2%的宽带吸收光谱, 在1 064、1 200、1 319 nm的吸收率分别为2.12%、2.15%和2.22%; 对于A=10%的宽带吸收光谱, 在1 064、1 200、1 319 nm的吸收率分别为9.71%、8.35%和9.07%。研究结果对于吸收测量仪、光谱测试仪等仪器的定标具有重要的作用。