全玻璃真空太阳集热管关键技术参数研究进展

全玻璃真空太阳集热管是太阳能热利用系统的重要组成部分,其性能参数的优劣直接影响到太阳能热利用系统的热性能、耐久可靠性和节能效果。文章从真空管基本结构和工作原理的介绍出发,对影响真空管性能的光学性能、热性能等关键技术参数及玻璃管材料、真空性能等其他技术要求的研究进展做了详细分析,并在长期从事科研和检测工作的基础上,给出了提升真空管的产品性能可从玻璃管生产优化、新涂层开发、真空性能加强、技术创新、先进设备开发、标准修订等方面的建议。

熔融温度对DLC薄膜杂化状态影响的分子动力学研究

文章基于Tersoff势函数,采用分子动力学方法建立金刚石的分子模型,分析了不同熔融温度和冷却过程对原子键合结构,径向分布函数曲线和配位数的影响,从原子尺度阐明了DLC薄膜制备过程中原子形态杂化的形成机理。研究发现:DLC薄膜主要由C-sp3和C-sp2杂化相组成,当温度低于6000 K时,熔融和冷却基本不会使C-sp3杂化发生结构转变,薄膜的性能比较稳定。当温度高于7000 K时,熔融过程中有大量的C-sp3杂化原子转变为C-sp2和C-sp1,冷却和弛豫平衡会引起高能态C-sp3杂化原子转变为C-sp2,但C-sp1杂化的含量基本不变。熔融温度主要影响DLC薄膜制备过程中C-sp3和C-sp2相的百分比含量,当体系中C-sp2含量超过40%,薄膜的性能将趋向于石墨。

小行星样品密封设计及验证

中国计划开展探测编号为2016H03的近地小行星并采集样品返回地面,测定小行星样品的物理性质、化学成分与矿物成分,为小行星起源与演化、太阳系的形成与演化过程提供科学依据。针对中国首次近地小行星采样封装任务,设计多种样密封方案,综合考虑密封力、密封面样品颗粒污染物防护等因素,采用双弹性体径向密封方案,并开展密封方案验证工作,通过高温、低温及模拟尘埃污染漏率试验,密封漏率优于5×10^(-6)Pa·m^(3)·s^(-1),满足小行星样品密封要求。

太阳成像仪镜筒舱内压力控制技术研究

文章阐述了太阳成像仪镜筒舱内压力控制技术研究,主要包括限流小孔机械尺寸理论分析、慢速泄压阀设计、镜筒压力控制模拟测试等内容。目前,所研制的慢速泄压阀已顺利交付使用,并随46.5 nm极紫外太阳成像仪在中科院空间新技术试验卫星上进行了搭载,实现了在轨顺利开机,验证了太阳成像仪镜筒舱内压力控制手段的正确性。

真空筛分多孔介质床流动阻力系数预测及影响因素分析

探究真空筛分流体流动特性对于揭示真空筛分机理至关重要。然而,真空筛分过程中筛网截留的固体颗粒形成的过滤床难以采用微观结构描述,通常假设为多孔介质床。为了精确描述多孔介质床的流体流动特性,深入研究真空筛分性能,文章基于实验与机器学习方法预测真空筛分多孔介质床流动阻力系数,分析了BP神经网络,随机森林和XGBoost模型特征重要性排序结果,识别出影响多孔介质床流动阻力系数因素的敏感性顺序为气流速度>颗粒床>颗粒配比>颗粒层厚度>筛网目数。最后,采用遗传算法GA,以XGBoost预测模型作为多目标优化的适应度函数,建立真空筛分多孔介质床多目标优化模型,得到最优真空筛分工艺参数和流动阻力系数。文章为真空筛分流动阻力系数的研究提供了一种新方法,研究结果对揭示真空筛分机理具有重要意义。

低温温差条件下不同尺寸比例钢化真空玻璃变形特征研究

钢化真空玻璃导热差且具有冷收缩性能,当两侧玻璃温度差异较明显时,在冷收缩作用下,导致钢化真空玻璃弯曲变形,甚至出现真空环境失效,这极大限制了钢化真空玻璃在寒带地区的推广应用。基于此,进行了低温温差下钢化真空玻璃的变形测试和数值模拟,分析了低温温差和不同尺寸比例下,钢化真空玻璃两侧玻璃之间的协同变形规律。结果表明:试验与数值模拟结果相对误差在2%以内,钢化真空玻璃热-力学耦合模型具有可靠性;低温条件下玻璃整体向上弯曲变形,中心点向内凹陷,变形与温差呈正比关系;同一温差下,钢化真空玻璃长边长度相同时,随着长宽比的减小,长边上的最大变形量会增大。能够为钢化真空玻璃在极寒地区的推广应用及生产工艺的改进提供理论依据。

响应面法优化秋葵预制菜真空蒸汽脉动烫漂工艺

将真空蒸汽脉动烫漂技术应用到秋葵预制菜处理中,以色差、脆度、蛋白质含量、感官评分为指标,分别进行蒸汽烫漂单因素试验和四因素三水平响应面试验,通过响应面法分析烫漂真空度、烫漂温度、烫漂时间和脉动次数对综合评分的影响,建立二次回归数学模型,对秋葵预制菜真空蒸汽脉动烫漂工艺参数进行优化。结果表明:各秋葵预制菜品质的影响顺序为烫漂时间>脉动次数>烫漂温度>烫漂真空度。最佳工艺参数:烫漂真空度0.04 MPa,烫漂温度108℃,烫漂时间70 s,脉动次数2次,此工艺条件下,色差值6.36,脆度1824.68,蛋白质含量1.66%,感官评分31,综合评分0.8795分。研究结果可为预制秋葵菜品的加工提供参考。

真空纳米二极管和三极管综述

真空纳米二极管和真空纳米三极管具有与传统真空管相似的基本功能,但却可以通过现有先进的微加工工艺线制造,以实现尺寸小、重量轻和高度集成,这使得它们在最近十年发展迅速。综述了真空纳米二极管和三极管的起源、发展历史和最新技术状态。介绍了典型的横向结构、垂直结构和环栅结构器件,并分析了各自优缺点。硅基器件对于成熟微加工工艺兼容性最好,但基于金属和一些宽带隙半导体材料,如碳化硅和氮化镓的真空纳米器件显示更好的电性能、耐温性和耐辐射性。尽管当今最发达的真空纳米二极管和三极管在大多数常规应用中仍然无法和固态集成电路抗衡,但它们正得到更多关注,并有望首先在高温或强辐射等恶劣环境实现应用。

一种高性能非蒸散型吸气剂的性能分析

非蒸散型吸气剂(NEG)是高真空和超高真空系统维持真空度的重要材料,具有高稳定性和高气体吸附性能,文章采用粉末冶金的方法制备出Zr_(59.46)V_(29.81)Al_(10.73)吸气剂,并基于小孔流导法搭建了一套吸气剂性能测试的高真空系统,分别测试了气体种类及工作温度对吸气剂性能的影响,实验结果表明:Zr_(59.46)V_(29.81)Al_(10.73)吸气剂对H_(2)、CO_(2)、N2都有很好的吸气性能,其对H_(2)的吸气性能远超N2和CO_(2),但它不吸收He等惰性气体,不同工作温度对吸气性能有很大差异,其最佳工作温度为200℃。利用X射线衍射图谱(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)及能量色散图谱(EDS)对吸气剂进行晶相、形貌和成分分析,结果表明Zr_(59.46)V_(29.81)Al_(10.73)吸气剂表面呈现多孔状结构,其主要由α-Zr基固溶体、C15 Laves相及少量Zr_(x)Al_(y)化合物组成,多孔的结构及α-Zr基固溶体、C15 Laves相的高比例有利于吸气剂对活性气体的吸附,因此Zr_(59.46)V_(29.81)Al_(10.73)吸气剂展现出较好的性能。

微尺度下场致发射对电晕放电的影响机理

场致离子化微电晕器件基于一维纳米材料的电场增强效应,可产生大气压非平衡微等离子体,适用于气体检测以及生物医疗等领域,具有响应快、低功耗等特点。但微尺度下的电晕放电属于局部自持的低能放电,其场致发射的作用及影响机制尚不清晰。因此文章基于流体-化学混合模型框架,融合F-N发射模型,建立了常温常压N2-O2混合气体的二维微电晕放电模型。通过与无场致发射放电模型对比,探索不同间距下场致发射对放电动态过程的影响,发现针-板间距减至15μm时,两种模型放电过程差异很小,表明放电以二次电子发射机制为主导,当间距减至10μm时,两种模型的放电强度相差近1倍,场致发射的作用及影响不可忽略;通过进一步对电子密度分布、空间电场分布、电流密度等参量进行动态分析,发现场致发射、空间碰撞电离反应和离子轰击二次电子发射之间存在链锁影响规律。

真空扩散对奥氏体灰铸铁渗硼层组织与性能影响的研究

为了改善奥氏体灰铸铁渗硼层厚度不足和脆性过大的问题,研究了渗硼处理和渗硼/真空扩散复合处理对奥氏体灰铸铁表面改性层摩擦磨损性能的影响和影响机理。利用光学显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、电子探针等设备对单一处理和复合处理试样的渗层进行了金相组织、元素分布、物相组成、表面硬度、截面硬度以及磨痕分析。结果表明:真空扩散对渗硼层有着增厚的作用,能够有效的将脆性较大的FeB相转化为脆性相对较小Fe2B相,改善渗硼层的耐磨性,但会使得渗层的表面硬度略微降低,渗层中石墨的粗化现象更为加重。

转子-径隙式水力空化反应器空化性能优化研究

旋转型水力空化反应器因其空化强度大,空化率高,已被广泛应用于杀菌消毒,污水处理等工业领域。文章提出一种弧形转子,通过数值计算分析弧形转子与原转子在不同转速下反应器内部空化性能,分析定子与转子之间的相互作用,研究改变弧形转子叶片入口安装角对反应器内部空化性能的影响。结果表明,在不同转速下,弧形转子均极大提高反应器内部空化强度,提高空化率。转子区域,空化发生于转子叶片吸力面,与低压区相对应;定子区域,转子叶片转过定子盲孔时,对流体进行强剪切,盲孔内部与进出口分离区压力降低涡量增大,发生剪切空化以及涡空化。增大叶片入口安装角度可以极大增加空化强度,提高反应器性能。

自支撑BaTiO_(3)薄膜的制备与铁电性研究

BaTiO_(3)(BTO)铁电氧化物薄膜因其在非易失信息存储、智能传感、生物医疗、纳米发电机等领域潜在的应用而受到了人们的广泛关注。目前,为了保证BTO薄膜能高质量外延生长,通常选择晶格匹配的氧化物做衬底,所生长的薄膜与衬底之间存在较强的化学键,很难将其从衬底上大面积地剥离下来,所以也无法实现下一步转移到可用于高密度器件集成的的Si基衬底上。文章使用水溶Sr_(3)Al_(2)O_(6)(SAO)为牺牲层的方法,将生长在Nb-SrTiO_(3)(Nb-STO)衬底上的BTO外延薄膜可以大面积、无褶皱地转移到Si基衬底上。并且,转移后的自支撑薄膜仍然保持了完美的结晶度和室温铁电性。此结论对自支撑氧化物薄膜在高密度铁电器件的集成方面奠定了一定的基础。

非平衡态等离子体技术处理含聚废水降黏实验研究

聚丙烯酰胺(HPAM)是聚合物驱技术中最常用的聚合物,能有效提高油田采收率,但同时会产生大量含聚废水。HPAM会使废水具有高乳化性和高黏度的特性,增加采油废水的处理难度。因此需要寻找一种可以快速、高效处理含聚废水的方法。文章设计了一个非平衡态等离子体流动反应器,使用该反应器处理HPAM溶液,研究了放电气体、放电电压、放电时间和溶液浓度对HPAM溶液黏度降低的影响规律。实验结果表明,不同放电气体的降黏效果由高到低为空气、O2、N2、Ar;当放电气体为空气,放电电压50 kV,放电时间为6 s,溶液初始浓度为0.5 g/L时,含聚废水黏度最高可以降低99.87%。同时,测量了处理前后溶液中主要相关物质的变化,进一步分析了溶液黏度下降的机理。研究结果表明,这种非平衡等离子体处理方式是处理含HPAM油田废水的一种很有前途的处理方法。

非均匀电场条件下CO_(2)等离子体流注的模拟研究

CO_(2)等离子体中存在大量电子碰撞反应和化学反应,对CO_(2)流注放电进行深入仿真相当困难。建立针-平板电极非均匀电场模型,采用等离子体流体模型和自适应网格细化方法,对CO_(2)等离子体流注进行数值模拟研究。研究了外加电压、放电气压等参数对CO_(2)流注中的空间场强变化、流注中荷电粒子分布、流注速度等参数的影响。文章有助于深入理解CO_(2)等离子体利用技术中流注的形成过程。

GH907高温合金表面电弧离子镀NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层的高温抗氧化性能研究

为提高GH907高温合金在750℃下高温抗氧化性能。在GH907合金表面采用电弧离子镀技术(AIP)制备NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层。系统开展复合涂层的高温抗氧化行为和机理研究,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析氧化过程中物相的结构特征、氧化产物成分及表/截面形貌特征。结果试验表明,750℃氧化500 h后,GH907高温合金氧化层(FeO,Fe_(2)O_(3))萌生大量裂纹,氧化层发生大面积剥落。基体呈迅速氧化增重趋势,500 h质量增重值为22.38 mg/cm^(2)。相比之下,NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层在氧化实验中,由于形成连续且致密的Al2O3屏障层,有效抑制氧气内扩散,延缓GH907高温合金发生氧化反应的影响。氧化80 h质量增重为6.37 mg/cm^(2),随后质量增重率趋于稳定,500 h复合涂层质量增重值仅有7.68 mg/cm^(2)。结论由此表明,NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层可以显著提高GH907高温合金高温抗氧化性能。

BNCT02真空设计及仿真

BNCT02由两套加速器和5个治疗端组成,可实现2组癌症患者同时治疗。目前开工建设的是其中一套装置,由一台ECR离子源,一条低能传输线(LEBT),一台2.8 MeV射频四极加速器(RFQ),两条高能传输线(HEBT)、两个治疗端和一条临时调束线组成。文章首先介绍了BNCT02真空设计,利用Molflow软件计算了RFQ及HEBT不同状态下的压力分布,并与实测情况进行比对。然后,对HEBT区段异型真空盒形变、水冷真空盒温升进行模拟计算,并优化对应真空盒设计。目前整个装置已经稳定运行,真空系统满足设计要求。

钐钴永磁漂移管出气及质谱分析

文章系统地阐述了同步气路法测量材料出气率的实验原理,首先实验测得钐钴永磁铁室温下不同时刻的出气率并给出及其拟合曲线,可预测更长时间钐钴所对应的出气率。其次,实验测得钐钴永磁铁漂移管样机的整体出气量,并与钐钴样品总出气量进行比对,分析夹气是导致漂移管样机出气量下降缓慢的主要原因,并提出改进方案。然后,对比不同状态下的残余气体成分,分析结果对于后续漂移管的加工提供改进思路。最后,计算了钐钴永磁漂移管应用于DTL1#物理腔引起的压强变化,为钐钴永磁漂移管的应用提供数据支持。

一种双工位NEG吸气性能测试装置设计

文章设计了可选择定压法或定容法测量非蒸散型吸气剂(NEG)吸气性能的测试装置,装置设计有两个结构对称的测试工位,可同时对两个测试样品进行预处理和性能测试,装置结构设计合理紧凑,测试效率高。测试装置可直接通过软件输出吸气速率和吸气量等性能参数。测试结果表明该装置本底真空度高,其中样品室真空度优于1×10^(−7) Pa,漏放气速率小于3×10^(−7) Pa·L/s;测试数据精度高且可靠,其中吸气速率测量精度达1 mL/s,吸气量测量精度达1 Pa·mL。

高转速背景下涡轮分子泵的发展机遇与挑战

传统直叶片结构的涡轮分子泵在高转速的背景下面临着新的发展机遇与挑战,为了突破当前遇到的“涡轮分子泵的抽气速率随着涡轮转速增加到一定程度以后就不再增加,仿佛进入了一个饱和状态”的瓶颈问题,文章从分子气体动力学基本原理出发,采用蒙特卡洛方法,分析了涡轮转速提高以后给涡轮分子泵的抽气机制带来的新变化,发现了传统直叶片结构的抽气叶列和抽气模式与目前达到的高转速不匹配限制了抽速的提升,但高转速背景下又为其抽气性能的提升提供了可能。理论分析和研究发现在涡轮叶列中设置随叶片半径变化的扭转叶片是突破瓶颈的途径,论述了设置扭转叶片的根本原因,提出了高转速小角度的设计理念和新型扭转叶片的几何建模的方法,以期实现最佳叶列结构的设计与求解,为研制高转速下高性能、高适应性涡轮分子泵提供理论依据与技术支撑,也为将来涡轮分子泵的结构优化设计提供了一个方向。