压水堆主泵及液态金属泵转子动力学研究进展

核主泵是核电站的关键设备之一,也是反应堆冷却系统的唯一旋转机械设备,其稳定运转对整个反应堆的正常工作至关重要,因此,针对核反应堆主泵开展转子动力学研究,探究主泵转子部件的模态振型、固有频率和支撑系统的刚度阻尼、液膜厚度十分必要。以国内外有关压水堆主泵及液态金属泵的转子动力学研究为重点,围绕压水堆主泵、钠冷快堆主泵、熔盐堆主泵、铅冷快堆主泵4种核主泵类型,从核主泵及其转子部件的结构特点出发,对现阶段主泵导轴承润滑性能和主泵转子结构固有频率、模态分析、临界转速等转子动力学特性的研究进展进行综述和展望,以期对有关核主泵转子动力学特性的计算分析起到一定的借鉴和指导作用。

Ga基液态金属在生物医学应用的研究进展

介绍了Ga基液态金属(GaLMs)的主要理化性质,这些性质为GaLMs应用奠定了基础。从诊断和治疗两方面总结了GaLMs在生物医学领域应用的进展,包括可穿戴柔性传感、生物成像、肿瘤治疗及其他疾病治疗。围绕GaLMs的结构优化、长期生物安全性及诊疗一体化等,讨论了GaLMs在生物医学应用中面临的挑战和未来的发展方向。

液态金属在电子热控中的应用进展与挑战

液态金属作为当下科学和工业前沿的璀璨明珠,不仅是实际应用中不可或缺的重要组成部分,更是一个充满未知奇迹的探索领域。其独特的物理性质使得它在电子热控方面备受瞩目。文中剖析了热控应用中至关重要的典型液态金属的物理参数和性能,深入挖掘了液态金属在电子热控中的应用场景,介绍了它作为热界面材料、相变储能材料和循环工质的现状和研究进展,并进一步阐述了液态金属在电子热控应用中面临的主要技术挑战,提出了应对这些技术挑战的技术途径,指出了液态金属未来的研究方向。

4D打印可编程液态金属-液晶弹性体软体致动器

为了得到能够可控制形变的液晶弹性体,提高其在软体致动器和软体机器人领域的应用潜力,本文报道了一种基于液态金属(LM)-液晶弹性体(LCE)的光驱动软体致动器。该软体致动器通过4D打印技术制备而成,展现出了良好的形变可编程性。通过超声将LM分散在乙醇中,随后将LM微米颗粒混合到配置好的液晶溶液中得到均匀的LM-LCE墨水,利用4D打印技术对其墨水的取向结构进行编程,最终制备出具有特定形变的软体致动器。通过4D打印,分别制备了具有交替正交和圆锥形阵列取向结构的LM-LCE软体致动器。该致动器具有良好的光热性能,在808 nm红外激光照射下,在10 s内致动器表面温度可达120℃。基于优越的光热性能,交替正交取向结构的致动器可以快速产生弯曲形变;而圆锥形阵列取向结构的致动器则以螺旋中心为顶点产生凸起形变。基于4D打印技术,LM-LCE的光驱动软体致动器具有良好的形状可编程性,在动态和复杂的环境中展现出更加优异的适应性及可调节性,有望在医疗、军事和软体机器人领域得到广泛应用。

基于MOOSE平台液态金属冷却快堆燃料性能分析程序开发

液态金属冷却快堆对于我国核能创新发展具有非常重要的战略意义,开发适用其的燃料性能分析程序对于快堆的设计与安全分析具有重要意义。本文基于多物理耦合平台MOOSE,开发了燃料性能分析程序LoongCALF,程序面向金属冷却快堆燃料元件。程序采用有限元方法和JFNK方法,能够求解核反应堆燃料的热-力耦合方程,从而得到温度、应力、应变及裂变气体释放等物理量在空间上的分布及随时间的变化。程序采用模块化设计,适用于芯块材料为UO 2和MOX、包壳材料为1515Ti和HT-9的燃料元件。为验证程序的准确性,设计了两个燃料元件算例,并使用LoongCALF程序与中国原子能科学研究院Fiber-Oxide程序对算例进行对比计算。结果表明,LoongCALF程序能够准确模拟液态金属冷却快堆稳态工况条件下燃料元件内部的燃料行为与关键参数演化。

柔性液态金属剪切力传感器

使用柔性微管液态金属传感器作为应力测量元件,设计制作了一种剪切力传感器.剪切力传感器由弹性聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)杆件、支撑垫片和柔性微管传感器组成.探讨了剪切力传感器的工作原理以及测量元件的传感机制.弹性PDMS杆件受到剪切力作用后变形,使用剪切力传感器对杆件的剪切角进行测量,并将测量结果与灰度重心法测得的参考值进行对比,系统分析了装配间隙δ、微管布置距离L对测量精度的影响.结果表明:当以弹性PDMS杆件为变形体时,剪切力传感器可在0.004 7~0.038 rad的转角范围内进行有效测量;测量误差随着装配间隙δ的增大而增大,随着微管布置距离L增大而减小.所设计剪切力传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点,为剪切力的测量提供了一种新的工具.

磁性镓基液态金属复合材料的研究进展

镓基液态金属具有高导电性、高导热性、高流动性和优良的生物相容性,是一种具有很大发展和应用前景的功能材料。镓基液态金属与其他不同物理化学性质的材料组合而成的镓基液态金属复合材料为基础研究与应用研究提供了一个新的方向,为解决柔性电子、热调控和生物医学等各个领域的挑战性问题提供了新的思路并表现出重大潜力。磁性粒子的引入可以使镓基液态金属具有良好的磁性能。作为一种新兴的磁性功能材料或磁性智能材料,磁性镓基液态金属复合材料在柔性电子、微电机、靶向给药、热调控、屏蔽与吸波等领域已展现出初步的研究和应用价值。本文系统地总结和评述了磁性镓基液态金属复合材料的研究进展。从基础研究、磁力控制、磁热控温、屏蔽与吸波四个方面综述了磁性镓基液态金属复合材料的性能和应用,说明了这种复合策略的有效性。这可为磁性镓基液态金属复合材料的进一步研究与开发提供思路。

液态金属改性微米Al-氟聚物的3D打印及性能表征

为了研究镓基液体金属(GLM)-Al-氟聚物的能量释放性能,制备了GLM质量分数分别为1%、3%、5%、7%的GLM-Al,通过3D打印获得了GLM-Al-氟聚物复合反应性材料;采用SEM、EDS、XRD、XPS、DSC-TG、高速摄影仪和万能拉伸仪对GLM-Al及GLM-Al-氟聚物的微观结构、燃烧性能、力学性能等进行测试。结果表明,质量分数3%的GLM改性的GLM-Al放热量和氧化增重均最大,分别为6181 J/g和42.92%;改性前的Al-氟聚物不能被点燃,改性后GLM-Al-氟聚物可以点燃且可以持续稳定燃烧,在当量比为3.5时的燃速最大,为6.0 mm/s;此时GLM-Al-氟聚物的抗拉强度和断裂伸长率均最大,分别为1.73 MPa、11486%,是改性前Al-氟聚物的1.5倍和1.3倍。

液态金属堆内小长径比同轴双层薄壁结构的流固耦合试验研究

池式液态金属堆的主容器与热屏之间具有狭窄的流体间隙,该结构属于含窄缝间隙的小长径比同轴双层柔性壳体。窄缝间隙中流体与结构之间相互作用产生的流固耦合效应在抗震分析时必须加以考虑。现有研究主要针对长径比较大和流体间隙相对较大的圆柱壳体,对于小长径比和极小流体间隙的同轴柔性壳体研究较为缺乏。本文参考液态金属反应堆的结构设计了三种不同尺寸的窄缝间隙,开展窄缝间隙条件小长径比同轴双层壳体模型的振动试验,测量结构在不同间隙尺寸下的加速度,得到模态频率和主要振型。然后,使用有限元法进行模态分析,通过与试验结果的对比,验证了有限元法的准确性。最后,计算出不同间隙尺寸下模型的附加质量;且随着间隙尺寸的减小,模型附加质量随之增大。本研究可为类似的含窄缝小长径比同轴双层柔性壳体结构的抗震设计提供数据支持,对于液态金属堆的抗震分析具有重要意义。

液态金属冷却快堆子通道分析软件SACOS-LMR研发与工程应用

子通道分析方法是反应堆堆芯设计和热工水力分析的重要手段之一,对于我国提出的压水堆-快堆-聚变堆三步走核能发展战略,开发适用于液态金属冷却快堆热工安全分析的子通道分析程序具有重要意义。本文基于西安交通大学热工水力研究室自主开发的压水堆子通道程序SACOS,通过添加液态金属快堆特有的模型,如绕丝模型、盒间流模型、液态金属对流换热模型等,扩展至适用于液态金属快堆的子通道分析程序SACOS-LMR,该程序具备对液态金属快堆组件开展稳态和瞬态热工水力分析的功能。结合卡尔斯鲁厄开展的37棒钠冷瞬态实验,完成了SACOS-LMR程序的瞬态功能验证。基于验证后的SACOS-LMR程序,对欧洲铅冷快堆(ALFRED)堆芯开展了稳态工况和瞬态事故工况下的热工安全特性分析,计算结果合理,且与同类程序保持一致,表明SACOS-LMR程序可用于液态金属快堆的堆芯设计和热工水力分析研究。

液态金属冷却快堆堆芯物理分析软件LoongSARAX的验证与确认

NECP-SARAX是西安交通大学核工程计算物理实验室自主开发的先进反应堆中子学分析计算系统。在此基础上,西安交通大学针对液态金属冷却快堆的堆芯物理工程设计与安全审评,定制开发了LoongSARAX。为了实现LoongSARAX的工程应用,规范性、系统性的验证与确认是该过程的重要一环。为此,本文针对LoongSARAX验证与确认研究,在搜集整理国际上关于液态金属冷却快堆物理计算基准题的基础上,建立了其验证与确认矩阵,并将程序分成不同模块,分别进行了模块验证、子系统验证和系统确认,范围涵盖冷却剂为钠和铅的快堆,如JOYO、ZPPR17A等。程序验证与确认表明LoongSARAX程序对于液态金属冷却快堆具有较高的计算精度,同时针对中国实验快堆(CEFR)开展了不确定度量化研究。结果表明,在99%置信度下,有效增殖因数计算结果的不确定度有90%的概率落在[-389 pcm,300 pcm]以内。

液态金属在二氧化碳电还原中的应用研究进展

自工业革命以来,人类对化石燃料的重度依赖导致全球大气中的CO_(2)浓度逐年上涨,已经引起了温室效应加剧、导致全球气温上升和海水酸化等问题。为了解决这一难题,降低二氧化碳排放已经成为当前科研领域的热点之一。现阶段,针对CO_(2)的减排问题有捕获封存和资源化利用两个方向,而其中CO_(2)的资源化化学利用备受关注,科研工作者开发了各种还原催化剂,其中液态合金是近几年来广泛应用于二氧化碳还原领域的新兴材料,它避免了传统固态催化剂容易产生催化点位结焦而导致失活的问题。综述了近年液态金属在二氧化碳电还原中的应用和作用机理,最后对未来发展方向进行了展望。

液态金属脱合金反应及其应用的研究进展

液态金属脱合金反应(Liquid Metal Dealloying,LMD)是一种基于熔融金属液中合金各组分与金属液反应性不同(混合焓正负关系)而产生的一种选择性溶解反应,是一种新型的多孔材料及复合材料的制备手段。本文首先从液态金属脱合金反应的概念和原理入手,详细介绍了此反应应用于纳米多孔材料与金属基复合材料的制备案例。在多孔材料制备方面,液态金属脱合金反应不仅可满足贱金属类纳米多孔材料的高效生产需求,还可通过脱合金反应条件调控孔隙结构。在复合材料制备方面,脱合金反应可使得析出相尺寸更加细小,分布更加均匀弥散,从而提高复合材料的综合力学性能。最后,本文对液态金属脱合金反应的最新应用与机理研究进行了概述,并对此类反应的未来应用进行了展望。

液态金属微球的微观结构与血管栓塞性能研究

本文制备了一种液态金属微球,并对该液态金属微球的微观结构和血管内栓塞效果进行了研究。结果表明:在光学显微镜与电子显微镜下观察到液态金属微球呈球形,在对其元素分析中观察到了镓元素和氧元素;在对兔子耳中央动脉的栓塞实验中,发现液态金属微球成功地阻断了兔子耳中央动脉,导致了兔耳的坏死。当液态金属微球的直径与血管的直径相当时,便会通过物理栓塞方式阻塞血管。同时,液态金属微球因其自身的高密度具有X射线显影性。栓塞前与栓塞后的血液检查和主要器官组织病理表明,液态金属微球有着良好的生物相容性。因此,液态金属微球是一种极具潜在临床应用价值的栓塞材料。

基于液态金属的纤维复合材料应用研究进展

液态金属(LM)是一种兼具导电性与流动性的功能材料,因其优异的电导率以及形变能力而获得广泛关注。纤维材料作为常见的柔性基底,因其良好的可拉伸性、透气性以及可编织等特点,已在众多领域展现出广阔的应用潜力。为了解决电子元器件柔性差,难以满足可穿戴、智能化要求,从基体和导电材料出发,利用纤维材料的可拉伸变形、柔性等优势与LM的高导电、室温流动性等特点,制备的LM基纤维复合材料已广泛用于人体运动监测、储能等领域。该文从化学稳定性、电性能及热性能方面总结了液态金属基纤维性能调控策略;重点阐述了LM基纤维复合材料在柔性传感、电磁屏蔽、能量收集与存储方面的研究进展;最后,对其性能改善及当前研究中存在的问题提出了建议,并对未来发展方向进行了展望。

新型“三位一体”弹性液态金属微球用于肝癌动脉栓塞治疗

目的本课题计划研发一种新型多功能弹性镓液态金属栓塞微球,评估其作为TACE使用栓塞材料的有效性与安全性。方法(1)通过薄膜水化法制备表面带有巯基的阿霉素胶束(Dox胶束),并以包封率与载药量为考察条件,筛选出胶束的最佳合成方法。(2)以Dox胶束溶液为介质,通过超声破碎法制备新型液态金属微球,并利用流变仪和AFM对液态金属的弹性进行验证。(3)采用透析法对制备的Dox胶束/Ga Ms进行药物缓释分析。(4)通过对兔耳动脉的栓塞,评估镓液态金属微球的栓塞能力。通过对兔耳肿瘤模型的治疗,对微球的体内抗肿瘤效果进行评价。在正常兔体内对微球的安全性评估。结果成功合成了表面由巯基修饰的Dox胶束,并将Dox胶束与液态金属微球进行偶联,利用共聚焦激光扫描显微镜,可以观察到微球表面的Dox荧光。新型多功能镓液态金属栓塞微球具有良好的弹性,可以更好地栓塞肿瘤。使用微球对兔耳栓塞后,新型液态金属栓塞微球组的肿瘤体积则持续减小至118.7±76.36 mm^(3)。显示出了更好的治疗效果。结论本研究成功制备了集药物缓释、X线显影及血管栓塞3种功能于一体的新型液态金属弹性微球,且其具有良好的体内抗肿瘤效果和生物安全性。

基于放电曲线多特征值和组合聚类算法的液态金属电池筛选研究

高效的电池筛选技术是保障储能电池系统安全性、经济性的关键技术之一。为了满足液态金属电池储能系统构建对单体一致性的要求,提出一种组合聚类方法,通过电池恒流放电期间获得的分选指标进行有效聚类,快速实现液态金属电池筛选。首先,提出一种特征提取框架来准确表征电池放电曲线,主要包括数据采集、数据预处理、特征参数生成、筛选指标生成4个阶段,生成的3个筛选指标,分别是电池曲线第2个拐点电压、对应的时间以及电池在第1个拐点电压前的放电能量。然后,提出基于密度的噪声应用空间聚类和均值漂移的组合聚类电池筛选方法,并提出一种一致性差异指标量化评估聚类效果。最后,通过分析212个200 Ah级液态金属电池的聚类优化效果可知,所提方法可显著减弱差异性较大电池对电池筛选的影响,能够同时实现离群值检测及电池自适应快速精准筛选,并通过动态工况测试证实所提方法可有效提升电池组响应一致性。

770 MPa级调质铸钢液态金属致脆失效原因及相应防护对策

采用金相显微镜、电子扫描显微镜等对某大型截面铸钢工件裂纹成因进行了分析。结果表明:开裂高强度调质铸钢,在热浸锌过程中,基体产生了垂直于表面的裂纹,裂纹长度约为3 mm,且裂纹沿晶开裂。能谱结果表明,裂纹中富含大量锌,为典型的液态金属致脆现象。针对此情况,在热浸锌工艺、焊接工艺、成型工艺、涂装体系等方面给出了避免产生液态金属致脆的防护对策。

失重和重力条件液态金属绕流管束对流传热特性对比

液态金属绕流管束对流换热能力强,其应用有助于换热设备小型化,是空间动力反应堆主换热器设计的较好选择。失重是空间环境的典型特征,失重和重力条件下液态金属绕流管束流动传热特性的异同尚不清楚,阻碍了液态金属用于空间反应堆的发展进程。为此,通过雷诺时均数值模拟方法,对比研究了失重和重力条件下液态金属绕流管束湍流传热特性,获得了局部温度与速度分布,得到了流动传热性能变化规律。结果表明:竖直向下流动时,液态金属对流传热性能在失重和重力条件下表现不同;重力条件下浮力影响了流场和温度场,相比失重条件,阻力和换热性能最大偏差约10%。

具有高柔顺性液态金属桥接铝粉基热界面材料

为了解决热界面材料导热系数和柔顺性能在热界面材料中相互制约的问题,通过向聚二甲基硅氧烷/铝体系中引入液态金属,降低球形铝粉之间的接触热阻,提高了聚二甲基硅氧烷/铝的导热性能;同时,避免了高填料含量导致的柔顺性下降问题。制备的聚二甲基硅氧烷/铝/液态金属热界面材料导热系数达到4.25 W·m^(-1)·K^(-1),柔顺性能表现优异(断裂伸长率高达164.9%,杨氏模量仅为174 kPa),与生物软体组织的力学性能类似。为满足高功率和大尺寸芯片(如CoWoS晶圆级封装)的热界面材料的发展提供了一种新颖的思路。