1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 上海核工程研究设计院有限公司上海 200233
3 中国科学院大学北京 100049
U3Si2是轻水堆中最具前景的事故容错核燃料之一，有望在未来取代UO2核燃料而被广泛使用。目前，采用放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，SPS）技术制备U3Si2芯块的研究已被广泛报道，但SPS参数对芯块性能的影响还尚不明确。本文采用SPS技术制备了U3Si2芯块，并研究了不同烧结温度（1 000~1 300 ℃）和压力（30~90 MPa）对芯块的力学和热学性能的影响。利用激光导热仪测量了芯块的热扩散率，并计算出芯块的热导率。通过纳米压痕仪测量芯块的力学性能，包括硬度、杨氏模量和断裂韧性。研究结果表明：所制得的U3Si2芯块热导率在27~700 ℃范围内均呈现线性增加的趋势，并随着烧结温度和压力的升高而增大；芯块的硬度和杨氏模量随烧结温度升高而增大，且随着压力的升高呈现先增加后平缓的趋势，并在60 MPa趋于平缓；芯块的断裂韧性随烧结温度升高而降低，并随着烧结压力的升高而增大。基于上述结果，提出了优化的SPS参数。本研究将为高性能U3Si2燃料的制备提供参考。
U3Si2 事故容错燃料 放电等离子烧结 热学性能 力学性能 U3Si2 Accident-tolerant fuel Spark plasma sintering Thermal properties Mechanical properties
1 湖南大学机械与运载工程学院, 汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082
2 华中科技大学能源与动力工程学院, 武汉 430074
3 湘潭大学物理与光电工程学院, 湖南 湘潭 411105
4 郑州大学物理学院(微电子学院), 郑州 450001
随着人工智能技术的发展, 采用机器学习方法进行势函数的构建和拟合, 成为目前解决经验势函数精度问题的主要技术途径。机器学习方法解决了传统势函数拟合中的试错低效问题, 已成为材料设计和物性研究不可或缺的有力工具。本文围绕当前机器学习势函数的特点, 及其在相变研究、本征性质研究和界面研究等方面的应用, 全面总结介绍势函数及其拟合策略, 以及其在特定物性研究中的应用, 推动机器学习势函数在材料力热性质的多尺度模拟研究。最后, 展望了机器学习势函数所面临的挑战和未来发展前景。
机器学习 原子相互作用势 多尺度 力热性质 machine learning atomic interaction potential multiscale mechanical and thermal properties
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
为了满足低温光学系统低背景、低功耗和红外探测器制冷组件高环境适应性的要求，提出了探测器制冷组件杜瓦主体（窗口、窗口帽和引线盘） 200 K低温保持，与制冷机膨胀机或脉管散热面柔性绝热连接的设计思想。针对低温光学用杜瓦柔性外壳工程应用中的特点，文中以某低温光学用长波12.5 μm 2 000元红外探测器杜瓦组件以例，提出了波纹管作为绝热连接的柔性外壳，重点阐述杜瓦柔性波纹管隔热、力学和相关漏热的设计，并开展不同热负载条件下波纹管热特性验证，可实现最小温度梯度为37.22 K，绝热热阻为1142 K/W，误差在37%。为综合评价低温光学用柔性外壳结构杜瓦组件的性能，对某低温光学用长波12.5 μm 2 000元探测器柔性外壳杜瓦组件开展热真空和鉴定级的力学试验考核验证，试验结果表明实现了200 K低温窗口，探测器60 K工作，杜瓦漏热为544 mW，低温工况工作时相对于常温工况制冷机的功耗下降了53%，并通过了4 g的随机力学考核，验证了低温光学用杜瓦柔性波纹管外壳模型合理可行，对于后续低温光学用杜瓦柔性外壳结构工程应用提供了重要参考。
波纹管 杜瓦 低温光学 低温隔热 热特性 bellows Dewar cryogenic optics heat insulation thermal properties 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220180
1 中国科学院上海光学精密机械研究所，高功率激光单元技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，材料科学与光电工程中心，北京 100049
统计结构模拟法具有高效、准确等优点，可以帮助建立配方设计模型以适应不同类型高放废液的固化需求。以模拟高放废液硼硅酸盐玻璃固化体为例，以玻璃转变温度Tg、热膨胀系数α及Li、Na、B的元素浸出率为目标性质，研究了统计结构模拟法在核废料玻璃固化配方开发领域的应用。结果表明：利用样品的结构数据，可对硼硅酸盐玻璃固化体的Tg，α及化学稳定性进行较精确的模拟。模型验证结果显示，验证样品的预测值和实测值吻合较好，模拟意愿达0.94。统计结构模拟法可以辅助建立高放废液玻璃固化体配方数据库。
高放废液 玻璃固化 硼硅酸盐玻璃 热性能 化学稳定性 统计结构模拟 high-level liquid waste vitrification borosilicate glasses thermal properties chemical stability statistical structure modeling
大连工业大学 纺织与材料工程学院， 辽宁 大连 116034
为了增强稀土络合物的物理化学性能和成型加工性能，以扩大稀土发光材料在防伪、荧光标识与OLED等领域中的应用，本文将实验合成的铕的络合物溶于聚丙烯腈，通过静电纺丝技术制备了一种新型的Eu(BPA)3phen/PAN紫外荧光复合纳米纤维。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、热重差热分析仪(TG-DSC)与荧光光谱仪(FL)对发光纳米纤维的性能进行分析。实验结果表明，复合纤维的直径分布在200~400 nm，且随机取向。热重分析表明，Eu(BPA)3phen/PAN复合纤维的初始分解温度约为310 ℃，热稳定性较好。此外，研究了掺杂不同浓度Eu(BPA)3phen对纤维发光性能的影响，发现纤维的荧光发射强度随着Eu(BPA)3phen含量的增加呈现先增后减的变化趋势，当Eu(BPA)3phen的含量为2.5%时，荧光强度最高。这种新型的的Eu(BPA)3phen/PAN荧光复合纤维在防伪和OLED等方面具有潜在应用价值。
静电纺丝 Eu(BPA)3phen/PAN纤维 热学性能 荧光 electrospinning Eu(BPA)3phen/PAN fibers thermal properties luminescence
1 中国科学院电子学研究所 高功率气体激光技术部, 北京 100190
2 解放军电子工程学院 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
3 中国科学院大学, 北京 100049
光热敏折变(photo-thermo-refractive, PTR)玻璃材质的体布拉格光栅(volume Bragg grating, VBG)在外腔半导体激光器(laser diode, LD)光谱特性改善领域具有较为广泛的应用。基于有限元分析方法, 研究了LD辐照高度、LD功率和工作温度对VBG热分布的影响。在LD功率为40 W和工作温度为25 ℃的工作条件下, 辐照高度分别为1.48、0.88和0.28 mm时, VBG的最高温升分别为8.52 、5.07、2.20 ℃。辐照区域内的温度与工作温度的偏差随LD功率升高等比例变大。升高VBG工作温度, 可以缩小辐照区域内的实际温度与工作温度的差距。结果表明, 通过优化辐照高度和LD的工作参数, 可以实现VBG工作区域较小的温度梯度分布。
半导体激光器 体布拉格光栅 外腔 窄线宽 热特性 laser diode volume Bragg grating external cavity narrow linewidth thermal properties 红外与激光工程
2017, 46(8): 0821001
中国空间技术研究院通信卫星事业部, 北京 100094
地球同步轨道（GEO）星地激光通信终端为开敞式结构，其光通信天线裸露于卫星舱外，受交变剧烈的空间外热流影响，光通信天线符合温控要求的在轨有效工作时间每天仅有4~6 h。基于现有热控技术基础，通过对太阳窗的设计削弱空间外热流的影响，改进系统热稳定性，并基于有限元分析得到使光通信天线系统热稳定性最佳的太阳窗光热特性参数优化设计，使其满足太阳透射率较高、吸收率较低，并且内、外表面红外发射率均较高的要求。采用上述太阳窗优化设计，光通信天线次镜可全天候满足温度指标，主镜全天中满足温度指标的时间可达12 h，二者有效工作时间分别为基础方案（未采用太阳窗）的3倍和2倍。
光通信 天线 太阳窗 光热特性 热设计
1 上海理工大学机械工程学院, 上海 200093
2 多伦多大学扩散波先进技术中心, 多伦多M5S 3G8 加拿大
为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)孔隙率与光热辐射(PTR)信号的影响，建立了四层PTR 理论模型，并搭建了相应的实验平台。采用三种不同直径的激光束分别对9 种孔隙率的CFRP 样品进行了实验，以玻璃碳为参考材料，对所得PTR 幅值和相位信号进行了规格化处理。实验结果表明，在功率一致的条件下，相同调制频率下的PTR 相位随着激光直径的减小而增加，而幅值刚好相反。激光束直径为0.2 mm 时，低频率扫描的PTR 相位信号随着孔隙率的增加而降低。
材料 碳纤维增强复合材料 光热辐射 孔隙率 热性能
1 北京航天长征飞行器研究所, 高超声速飞行器防隔热技术中心, 北京 100076
2 北京理工大学机电学院, 北京 100086
石英灯作为红外辐射式热环境模拟试验系统的加热元件, 在各类飞行器地面防隔热试验和结构热试验中已得到广泛应用。针对直接影响高温辐射试验能力的热源(即石英灯)的电热特性进行了分析。建立了热源计算模型并对 4种不同灯管进行了计算和修正, 所得结果与实测值间的最大相对误差小于 4%。通过试验对热源在额定工况下的实际发射率进行了测量, 结果表明, 发射率随温度升高时的最大变化量为 4.5%。对灯丝进行红外测温时可以忽略背景温度对测温精度的影响。实测系统热源温度上限可由 2278℃提升至 3180℃。本研究建立的模型和方法可为后续红外辐射式地面热环境模拟试验方案的优化和试验结果的预测提供可靠的技术支撑。
石英灯 电热特性 高温辐射 建模与测试 发射率 quartz lamp electro-thermal properties high temperature radiation modeling and testing emissivity
1 广西民族师范学院 物理与电子工程系, 广西 崇左 532200
2 河南城建学院数理学院, 河南 平顶山 467036
3 北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室, 北京 100124
在密度泛函理论和线性响应的密度泛函微扰理论基础上通过第一性原理计算的方法研究了Ga掺 杂ZnO氧化物的热学参数和热学性能。计算结果表明, Ga掺杂使ZnO氧化物晶胞增大;在所研究温度范 围内,纯的ZnO和Ga掺杂的ZnO的晶格热容均随温度升高不断增大,其晶格热容在最高温度900 K分别达到16.5 Cal.mol-1K-1和 31.3 Cal.mol-1K-1。纯的ZnO和Ga掺杂的ZnO的德拜温度θD 均随温度升高不断增大。Ga掺杂在ZnO中引入了新的振动模式。
材料 Ga掺杂 热学性能 materials ZnO ZnO Ga doping thermal properties
