1 中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室, 沈抚示范区, 辽宁 沈阳 113122
2 沈阳航空航天大学航空发动机学院, 辽宁 沈阳 110136
为掌握反应器结构参数和放电参数对大气压非平衡等离子体射流(N-APPJ)的射流长度的定量影响, 设计了多结构的针-环式电极氩气等离子体射流装置, 分别研究了放电电压、 电极间隙、 高压电极放电末端与接地电极的距离及氩气体积流量对射流长度的影响, 并采用发生光谱法对该反应器产生的等离子体电子激发温度进行了计算。 结果表明: 等离子体射流的最大长度可达80 mm; 高压电极放电末端与接地电极之间的距离越大, 射流长度越长但不是线性增长; 射流长度随电极间隙的增加呈现先增大后减小的趋势且在电极间隙为4.5 mm时该射流达到最大长度; 随着氩气体积流量的增加, 等离子体射流长度也呈现出先增大后减小的趋势且减小的幅度较低; 电子激发温度在高压电极和接地电极处较高, 两电极之间部分次之, 在石英管出口处会有比较明显的下降。
大气压等离子体射流 介质阻挡放电 射流长度 电极结构参数 Atmospheric pressure plasma jet Dielectric barrier discharge Jet length Electrode structure parameters 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3682
1 北京理工大学 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京100081北京信息科技大学 传感器北京市重点实验室, 北京100101
2 北京理工大学 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京100081北京理工大学 长三角研究院, 浙江 嘉兴314001
3 北京信息科技大学 传感器北京市重点实验室, 北京100101
针对高机电耦合系数和曲面换能器的应用需求，该文提出一种由压电陶瓷、环氧树脂和硅橡胶三相复合的改进1-3型压电复合材料，基于Newnhams串、并联分析对复合材料的理论模型进行了推导，并利用Matlab进行了数值计算，分析了改性1-3型复合材料的结构参数对厚度机电耦合系数、等效密度和厚度频率常数的影响。结果表明，陶瓷-环氧复合相的体积分数为0.2~0.5，陶瓷-环氧复合相中的压电陶瓷体积分数为0.6~0.7时，改性1-3型压电复合材料的性能参数较好; 利用ANSYS软件对复合材料进行了有限元仿真，将仿真结果与理论计算进行了对比，二者具有较好的一致性，验证了理论模型评估材料性能的准确性。
改性1-3型压电复合材料 理论模型 有限元仿真 结构参数 性能参数 improved 1-3 piezoelectric composite theoretical model finite element simulation structural parameters performance parameter
1 重庆邮电大学 光电工程学院, 重庆 400065
2 电子科技大学 重庆微电子产业技术研究院, 重庆 401332
3 电子科技大学 电子科学与工程学院, 四川 成都 611731
铌酸锂(LiNbO3, LN)是一种广泛使用的介电材料, 由于其电光系数大, 透明范围大, 本征带宽宽, 因而在集成和非线性光学器件中极为重要。但绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)的化学稳定性好, 刻蚀速率慢, 其微结构参数难以控制。针对以上问题, 该文开展了基于电感耦合等离子体刻蚀(ICP-RIE)的LNOI脊形微结构的制备工艺研究, 分析了腔室压强、气体总流量及刻蚀功率等参数对刻蚀速率、刻蚀倾角和表面粗糙度(RMS)的影响。研究表明, 在优化的工艺条件下, LNOI薄膜的刻蚀速率达到24.9 nm/min, 制备出刻蚀深度249 nm、刻蚀倾角76°、表面粗糙度(RMS)0.716 nm的LNOI脊形微结构。该文通过对刻蚀工艺与微观结构参数的研究, 建立了基于ICP的LNOI微结构刻蚀方法, 为控制LNOI脊形光波导和提升性能提供了工艺支撑。
绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI) 集成光子学 脊形结构 电感耦合等离子体刻蚀 微结构参数 lithium niobate on insulator (LNOI) integrated photonics ridge structure inductively coupled plasma etching microstructural parameters
1 华中科技大学, 温州先进制造技术研究院, 浙江 温州 325035
2 华中科技大学光学与电子信息学院, 武汉 430074
微波介质陶瓷是制造5G通信元件的关键材料, 采用传统的固相反应法制备BaSn(Si1-xGex)3O9(0≤x≤1.0)微波介质陶瓷, 研究Ge4+取代Si4+对BaSnSi3O9陶瓷烧结行为、晶体结构和微波介电性能的影响。结果表明: BaSnSi3O9陶瓷在最佳的 1 450 ℃烧结温度下表现出多孔的微观结构, 并呈现较差的微波介电性能(介电常数εr=6.61, 品质因数Q×f=7 977 GHz (谐振频率为15.03 GHz), τf=-37.8×10-6/℃)。通过Ge4+对Si4+的取代能形成BaSn(Si1-xGex)3O9固溶体, 其晶体结构为六方结构和P-6c2空间群。采用Ge4+对Si4+的取代促进了BaSn(Si1-xGex)3O9 (0≤x≤1.0)陶瓷的烧结, 改变了晶体结构参数实现对陶瓷微波介电性能的优化。BaSn(Si1-xGex)3O9(0≤x≤1.0)陶瓷的Q×f值主要与Si/Ge-O和Sn-O键中共价键的比例有关, 在x=1.0时BaSn(Si1-xGex)3O9陶瓷具有最优的微波介电性能: εr=8.53, Q×f=15 829 GHz (谐振频率为14.41 GHz), τf =-34.2×10-6 ℃-1。
陶瓷 烧结行为 晶体结构参数 微波介电性能 ceramics sintering behavior crystal structural parameter microwave dielectric properties
1 辽宁科技大学化学工程学院, 辽宁 鞍山 114051
2 宁夏大学省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室, 宁夏 银川 750021
低阶煤的热解萃取处理是低阶煤高附加值利用的有效方法之一, 开展低阶煤热萃取物的热解特性研究, 对低阶煤清洁、 高效转化具有重要意义。 采用热重分析与红外光谱联用(TG-FTIR)技术, 结合分峰拟合数学方法, 开展褐煤热萃取物(CPW)热解过程活化能与热解逸出气分子结构参数的关联性探索。 以CPW为研究对象, 采用非等温动力学方法开展热解动力学研究, 运用无模式函数法(Flynn-Wall-Ozawa法和Kissinger-Akahira-Sunose法)计算CPW不同转化率(α)下的活化能(Ea), 得到热解过程(0.20≤α≤0.80)的活化能介于94.04和177.40 kJ·mol-1范围之内, 平均活化能为130.01 kJ·mol-1, Ea的大小随转化率提高而增加; 采用PeakFit软件对不同α下热解逸出气红外光谱的四个区域(700~900, 1 100~1 800, 2 800~3 000和3 000~3 100 cm-1)进行分峰拟合, 获得CPW热解逸出气分子中官能团信息和各官能团相对含量, 引入六种结构参数(I1~I6)用来描述逸出气的分子结构, 探索CPW在转化率为0.20≤α≤0.80范围内的热解活化能与各结构参数之间的关联性。 研究结果表明: CPW各热解阶段的活化能与相应的I1(支链化程度)、 I2(含氧量)、 I3(芳香性指数)、 I4(芳环五元取代)、 I5(三、 四元取代)及I6(二元取代)等六种分子结构参数密切相关, 且热解活化能与I1, I3和I6三种参数呈现良好的线性关系(拟合后R2分别为0.903 4, 0.744 7和0.803 1); 对同一转化率下热解活化能Ea与逸出气的六种分子结构参数整体进行线性回归分析, 得到结构参数模型为Ea=124.91-88.75I1-318.84I2-19.19I3+40.29I4-14.28I5+1 272.33I6(R2高达0.999 9)。 基于热重红外联用技术, 剖析CPW的热解Ea与热解逸出气官能团变化规律, 深入了解CPW在热解过程中的演变规律, 有助于明晰CPW的热解过程和热转化行为, 为褐煤的高附加值利用提供一定理论依据。
热解萃取 FTIR分峰拟合 分子结构参数 热解特性 Pyrolysis extraction FTIR peak fitting Molecular structure parameters Pyrolysis characteristics
本文提出了一种利用透射偏折术测量球面透镜结构参数的方法。该方法以本文推导的附加姿态参量的球面表达式构建透镜表面模型，同时结合系统标定数据在计算机中建立理想的光线追迹模型，最后利用非线性最优化算法计算得到透镜结构参数。在实验过程中，透镜出射光线的偏折量是两表面的累加和，难以确定单面的影响，因此采用双相机从不同位置观测待测透镜。文中详细介绍了测量原理以及算法，数值模拟结果验证了本方法的正确性。最后将双凸透镜结构参数的测量结果与标称值进行对比，对比结果进一步证明了所提方法的可行性。本方法具有测量参数齐全、无需精细装调过程、装置简单等优点，为透镜全参数同时测量提供了实现途径。
测量 相位测量偏折术 双相机 光线追迹模型 透镜结构参数测量 中国激光
2022, 49(23): 2304001
沥青分子结构和沥青热转化行为的调控是制备高品质沥青基炭材料的关键。 为进一步明晰沥青热解行为与沥青分子结构间的关联性, 选用8种有机溶剂对中温沥青(AGMP)在常温下进行超声萃取处理得到8 种萃取物。 利用 PeakFit v4.12 软件对各种萃取物的红外光谱吸收峰700~900, 1 000~1 800, 2 800~3 000和3 000~3 100 cm-1四个区域进行了分峰拟合处理, 从而获得了萃取物所含各种官能团的精细结构信息, 并引入6种分子结构参数(I1~I6), 表征萃取物分子结构与热解活化能的关系。 傅里叶变换红外光谱(FTIR)谱图分析表明8种萃取物主要是以含氧、 含氮等杂原子的脂肪烃侧链为主的缩合芳香环结构组成的复杂化合物。 由于萃取剂结构差异, 萃取物中的分子结构参数也略有差异。 线性结构萃取剂所得萃取物链烃(I5)含量较高, 环结构萃取剂所得萃取物芳环(I6)取代结构较多。 利用热重分析法(TGA)在不同升温速率(3, 6, 10, 15 K·min-1)下对8种萃取物的热失重行为进行了研究, 在等转化率不考虑反应机理的情况下, 依据Flynn-Wall-Ozawa法和Kissingr-Akahira-Sunose 法解析得出8 种萃取物的热解活化能(Ea)。 结果表明8种萃取物热解活化能在78~116 kJ·mol-1之间, 其值大小与官能团结构及含量密切相关。 将红外光谱定量分析获得的萃取物红外结构参数与热解活化能进行关联, 通过详细分析探讨不同萃取物结构参数与热解活化能的一元线性回归Ea=f(Ii)的分析结果发现, 芳香性指数(I3)和支链化程度(I5)是决定萃取物热解活化能大小的主要指标, 热解活化能与各单一指标(Ii)拟合结果的正负相关性, 表示这一结构从体系中被热解破坏的难易程度。 综合考虑各红外结构参数的共同作用, AGMP萃取物热解活化能与红外光谱结构指标之间的拟合关系模型为Ea=-4 294.53I1+73 812.16I2+207 673.32I3-20 324.20I4-168.56I5+857.86I6。 结合红外分析得到的这一结果, 揭示了更多关于煤沥青的热解特性和动力学的细节信息, 有助于理解煤沥青的热解过程和热转化行为。
超声萃取 FTIR分峰拟合 分子结构参数 热解特性 Ultrasonic extraction FTIR peak fitting Molecular structure parameters Pyrolysis characteristics
1 东南大学材料科学与工程学院，南京 211189
2 江苏省土木工程材料重点实验室，南京 211189
3 先进土木工程材料协同创新中心，南京 211189
基于单丝短切纤维在细观尺度从硬化基体中拔出的特性，考虑了界面化学键、潜在纤维脱黏断裂、潜在纤维滑移断裂和滑移硬化界面特性，对高延性水泥基复合材料(HDCC)设计理论的裂纹桥联应力-裂纹张开关系(σB-δ σB-δ关系)进行了系统分析和理论推导，并建立了σB-δ 关系模型。通过实验测试数据对建立的模型进行了验证，发现σB-δ 关系模型预测的有关复合材料特性，如抗拉强度和破坏后平均裂纹张开度与实验结果具有良好的一致性。
高延性水泥基复合材料 裂纹桥联σB-δ 张开关系 细观力学 断裂力学 微结构参数 high ductility cementitious composite crack bridging stress-crack opening relationship micromechanics fracture mechanics microstructure parameter
1 内蒙古科技大学矿业与煤炭学院, 内蒙古 包头 014010
3 煤炭科学技术研究院有限公司矿山智能通风事业部, 北京 100013
6 陕煤集团神木张家峁矿业有限公司, 陕西 榆林 719000
为研究煤样的化学结构特征随煤样变质程度加深的演化规律, 采用傅里叶变换红外光谱与分峰拟合技术研究了5种不同变质程度煤样的官能团分布特征, 并依据其结果计算了结构参数。 结果表明: 不同变质程度煤样的化学结构特征存在明显差异, 但随煤样变质程度加深, 其演化规律整体趋势相似, 即相对具有较高活性的官能团逐渐减少, 较为稳定的官能团逐渐增加, 煤样的化学结构整体向稳定、 有序发育。 在羟基官能团方面, 游离羟基逐渐减少, 而羟基与芳环中π电子云间形成的羟基-π氢键逐渐增加, 羟基自缔合氢键是煤中羟基氢键的主要类型, 其相对含量在40%~55%内波动, 羟基醚氧氢键与环状缔合氢键整体呈减少趋势。 在脂肪烃结构方面, 实验煤样中亚甲基的相对含量均高于甲基与次甲基, 说明煤中脂环结构与脂链结构较为发达; 而结构参数A(CH2)/A(CH3)先增后减, 说明由甲基、 亚甲基与次甲基构成的脂肪链在低变质程度煤样中有发育趋势, 在中、 高变质程度煤样中开始断裂, 脂肪链总体长度呈先增长后缩短趋势, 但支链数量整体上却呈先减后增趋势。 在含氧官能团方面, 芳香酯减少, 活性较高的羧基逐渐减少, 羰基在低、 中变质程度煤样中相对含量的变化较小, 而在高变质程度煤样中的相对含量明显减少; 酚中C—O的相对含量呈先增后减趋势, 芳基醚与烷基醚的相对含量逐渐增加, 并成为无烟煤中的主要含氧官能团。 在芳香烃结构方面, 苯环取代以三取代为主, 结构参数$f^{C}_{ar}$与DOC逐渐变大, 说明煤中芳香体系增大, 芳香结构缩合程度逐渐增强, 无烟煤中芳香结构的缩合程度远强于其他煤样。
煤 傅里叶变换红外光谱 官能团 结构参数 变质程度 Coal FTIR Functional group Structural parameters Metamorphic degree 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3363
西安工业大学光电工程学院,陕西省光学先进制造工程技术研究中心,西安 710021
为探究一种可实现向心溅射的圆筒式柱面磁控阴极靶，需要对靶装置内的磁场分布进行研究，进一步讨论靶结构参数对其磁场分布的影响规律。本文根据磁控靶的结构与工作原理，利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件中AC/DC接口，对靶进行三维模型构建、划分网格和仿真计算。通过改变靶内磁体形状尺寸、磁轭形状以及结构排布，对靶面磁场的分布进行规律探究。最终确定新型圆筒式柱面磁控溅射阴极靶内的磁场结构参数，结果表明结构靶面磁场分布均匀且大小满足溅射要求的磁感应强度(20~50 mT)，平行靶面均匀磁场区域达35%~40%左右。通过这类靶磁场结构的研究，为设计优化磁控阴极靶提供依据。
磁控溅射 磁场分布 圆柱靶 有限元分析 结构参数 真空镀膜 设计与仿真 magnetron sputtering magnetic field distribution column target finite element analysis COMSOL COMSOL structural parameter vacuum coating design and simulation
