气体扩散电极电合成过氧化氢技术研究进展

过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种高效的氧化剂,被广泛应用于化学合成、消毒杀菌和废水处理.通过二电子氧还原反应(2e^(-)ORR)原位电合成H_(2)O_(2)的方法具有高性能和环保性,可作为传统蒽醌工艺的替代策略.气体扩散电极(GDEs)可作为阴极,通过电催化生产H_(2)O_(2),具有更低的成本、更低的能耗和更高的氧气利用效率等优点.探讨GDEs作为阴极时通过2e^(-)ORR产H_(2)O_(2)的机制;讨论GDEs的基本构型、原理及优化方法;分析GDEs催化剂的种类及优势;展望了GDEs作为阴极原位制备H_(2)O_(2)时存在的挑战,为推动2e^(-)ORR原位电合成H_(2)O_(2)迈向市场化提供借鉴.

激光驱动接力移除空间碎片的小卫星星座及可行性研究

在众多空间碎片移除技术中,天基激光烧蚀驱动是一种高效的、有广阔应用前景的移除技术,特别是针对移除海量的、尺寸在1～10 cm的危险碎片而言,更是具有独特优势。然而,这一技术对高能激光器单脉冲能量、光束质量、发射镜口径等要求很高,目前的硬件水平还达不到实用指标要求,制约了其天基应用。为了克服这些硬件技术障碍,本文另辟蹊径,利用小卫星概念,提出了由不同轨道高度小卫星平台组成小卫星星座,通过在每个小卫星平台上的激光驱动接力来逐步降低碎片轨道高度,最终达到移除空间碎片的小卫星接力移除星座的构想。基于现有的激光器性能参数,根据激光烧蚀驱动碎片动力学模型计算了单个卫星平台的移除能力,结果显示,10 J单脉冲能量激光器和0.5 m直径发射镜,能够对20 km范围内、尺寸小于10 cm碎片进行有效驱动。进而,针对空间碎片密集度高而应用最广的800 km轨道高度区域,设计了由分布在不同轨道高度的30颗小卫星组成接力驱动移除星座系统方案,通过仿真模拟计算验证了星座系统的移除碎片的可行性。该研究利用目前热门的小卫星星座,降低了天基激光移除空间碎片技术对硬件的性能要求,为该技术的应用提供了新的思路和途径,所提出的小卫星接力驱动星座系统方案也有工程参考价值。

天基激光清除空间碎片方案与可行性研究

介绍了激光烧蚀驱动机理和空间碎片降轨清除原理,通过分析计算确立了空间碎片降轨清除判据和2种降轨清除模式。理论计算给出了清除1200、800和500 km三个典型低地球轨道上空间碎片所必须的速度增量、激光器功率、单脉冲能量、激光发射镜直径等主要参数值。对比分析显示现有的硬件指标和条件能够满足清除低地球轨道上空间碎片的设计要求,因此,天基激光清除空间碎片方案从技术角度是可行的。

激光移除空间碎片过程的三维仿真与建模

基于轨道力学和激光与物质相互作用理论建立激光移除空间碎片的三维变轨模型。该模型利用激光站/卫星与碎片位置和速度矢量作为初始数据,通过设定激光参数,实时计算和更新速度增量矢量,能够真实地反映碎片的移除过程。该模型包括地基和天基两种类型,根据激光作用临界条件与降轨效果计算碎片的降轨过程,能够实时输出碎片轨道信息,图形化输出使结果更加直观。考虑到速度增量分量对轨道倾角的影响,该模型增加了碎片逃逸情况的判断。最后,利用该模型计算了地基/天基系统移除多种空间碎片材料的过程和效果,发现钢材料碎片移除难度最大,而移除多层绝缘材料的效率最高。

天基激光移除空间碎片仿真平台研究与开发

为了从空间碎片和天基移除系统两方面分析激光驱动碎片变轨过程,优化移除任务规划和策略,基于真实的可观测空间碎片数据,设计并开发了一套天基激光移除空间碎片三维数值仿真平台。首先从总体设计出发,对三维数值仿真平台的需求分析、总体框架、模块功能进行了明确的描述。其次通过对激光驱动空间碎片变轨过程数学模型的分析,确定了各模块的具体实现方法。最后采用C++/Qt开发了三维数值仿真平台,通过仿真验证了设计平台的有效性。该仿真平台可用于不同天基平台和目标碎片的任务规划、碎片分布热点区域和航天器防护区域的方案设计及空间环境治理体系的优化设计。

空间碎片几何形状对激光烧蚀冲量的影响规律

激光烧蚀驱动是移除厘米级空间碎片非常有前景的技术,但空间碎片不规则的几何形状对激光烧蚀产生的驱动效果有十分复杂的影响,是目前研究的难点和热点之一。从激光烧蚀驱动目标冲量耦合规律出发,基于通过目标表面顶点的三角化三维重构,提出了一种可以精确计算激光辐照外形不规则目标所产生冲量大小及方向的方法。以立方体、球体和圆柱体3个典型的几何外形规则的目标为对象,验证了该方法的计算精度。利用该方法研究了激光辐照几何外形规则目标和不规则类球体小行星"贝努"产生的冲量规律,给出了在特定激光入射角度下不同几何外形目标产生最大冲量的条件。这一方法和结果对激光烧蚀驱动移除空间碎片技术研究有重要参考作用。

基于湿化学技术从污泥焚烧灰中回收磷的研究进展

作为植物生长的必需营养元素之一,磷在现代农业的发展中发挥着不可忽视的作用,并且需求量巨大。由于全球的磷储量有限且磷资源不可再生,污泥焚烧灰因其中磷含量较高且年产量巨大被认为是一种潜在的二次磷资源。本文综述了基于湿化学技术从污泥焚烧灰中回收磷的研究现状,该技术主要包括磷提取过程及后续的磷产品生产过程。磷提取过程主要包括基于酸性试剂的酸提取技术,基于碱性试剂的碱提取技术以及多种方式组合的连续提取技术。磷产品生产过程主要通过化学沉淀和晶体沉淀的方法从富磷溶液中生产磷产品,一般为钙磷、鸟粪石以及蓝铁矿,这三种磷产品都可以作为磷肥促进植物生长。基于湿化学技术从污泥焚烧灰中回收磷产品的难点是其中富集有大量的重金属等杂质元素,因此需要通过各种纯化预处理手段降低溶液中的杂质含量,以提高后续回收的磷产品纯度。本文总结了基于湿化学技术的各种纯化预处理手段,主要包括离子交换除杂技术,磷吸附-解吸附技术,以及通过控制pH的沉淀除杂技术等。本文探讨了从污泥焚烧灰中回收磷产品的可行性及必要性,总结了基于湿化学技术从其中回收磷产品的方法及技术路线,分析了湿化学技术回收污泥焚烧灰中磷产品的基本原理,为开发新的从其中回收磷的技术提供了参考。

不规则目标旋转状态对激光烧蚀驱动冲量的影响

激光烧蚀驱动技术是最有前途的空间碎片主动移除技术之一,但是在其移除过程中碎片的旋转状态会对激光驱动效果产生很大的影响,是该技术研究中需要解决的一个问题。通过理论计算分析了激光脉冲连续驱动旋转平板目标的冲量规律,及脉冲频率和目标旋转角速度对其的影响。并通过目标表面三角化三维重构计算的方法分析了不同脉冲频率和目标旋转角速度下,圆柱体、长方体、圆锥等典型外形目标和不规则目标自身旋转对激光脉冲连续辐照驱动产生冲量的影响规律。结果表明,目标自身旋转会使得脉冲激光连续作用的驱动效果随脉冲次数增多产生周期性变化,其大小和周期性变化规律受自转速度、脉冲频率及自身外形特点的影响;通过激光辐照策略的合理选择,可最小化甚至消除旋转对激光脉冲连续作用产生冲量方向的影响。

新型超高强Cu-Ni-Al-Si合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为（英文）

设计并制备了一种新型超高强Cu-6.5Ni-1Al-1Si-0.15Mg-0.15Ce合金,采用扫描电镜观察、透射电镜观察、光电子能谱分析等手段研究该合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。合金经固溶、冷轧80%并在450°C时效1 h后具有最佳的综合性能,其硬度为HV 314,导电率为19.4%IACS,抗拉强度为1017 MPa,年平均腐蚀速率为0.028 mm/a。腐蚀初期合金表面形成了氧化腐蚀产物和氯化腐蚀产物,随着腐蚀时间延长形成了氢氧化物腐蚀产物。合金具有超高的强度、优良的导电率和耐腐蚀性能是由于Ni_2Si能够抑制晶界处粗大NiAl相的析出,并能抑制合金的脱Ni腐蚀。

激光驱动典型几何形状碎片运动建模研究

在以往的激光烧蚀驱动移除空间碎片研究中,均假设激光光束覆盖整个所关注的空间碎片。文章提出了焦斑式激光辐照下球体、圆柱体和立方体碎片反喷冲量和运动姿态的计算模型,研究了激光辐照在3种形状碎片不同位置处所产生的反喷冲量和姿态变化规律。结果表明:碎片运动规律与碎片几何形状和激光作用位置有关,当反喷冲量过质心时,碎片获得平动冲量;不过质心时,则会改变碎片的角速度或姿态。研究结果可为激光移除空间碎片研究提供理论参考。

PP膜表面等离子体活化接枝改性

采用Ar–O_(2)等离子体技术,以聚丙烯(PP)为基膜,用二乙烯三胺(DETA)作为改性剂,对PP膜进行表面活化接枝改性。利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、水接触角测量仪、扫描电子显微镜表征改性前后PP膜表面的官能团变化、亲水性、形貌以及时效性。结果表明,与未改性PP膜FTIR图谱相比,改性PP膜表面存在—NH2官能团,表明DETA分子成功接枝到PP膜上;当活化时间、接枝溶液体积分数、温度、时间分别为5 min,70%,60℃,3 min时,改性PP膜表面接触角达到最小,仅为34°;放置30 d后,接触角仍保持34°,表现出良好的亲水性和时效性。

空间碎片激光移除: 从概念设计到技术与系统实践

本文梳理了激光驱动移除空间碎片技术从概念设计提出至今的发展历程,分析了其天基、地基方案交替发展的特点及背后的原因。围绕激光器、探测跟瞄系统、天基平台和移除策略,介绍了该技术的发展现状,分析了工程化应用存在的问题,指出其所需硬件系统技术水平不满足要求是进一步工程化应用的主要问题。最后,围绕该问题介绍了当前该技术的发展趋势。

国外近地小行星在轨处置任务分析与设计软件研究进展

近地小行星在轨处置是应对近地小行星撞击地球威胁问题的有效手段,而在轨处置任务分析与设计软件是近地小行星在轨处置任务设计不可或缺的分析工具。本文综述了国外特别是美国和欧洲在近地小行星在轨处置任务分析与设计软件开发方面的进展,总结了国外软件的优缺点和发展趋势,提出了我国近地小行星在轨处置任务分析与设计软件发展建议。

天基激光驱动空间碎片降轨效果仿真研究

在当前天基激光移除碎片方案设计中,通常采用k J级高能激光器、100 m/s大速度增量和简单降轨模型计算移除系统参数,然而k J级天基高能激光器尚未实现。文章基于目前实验室现有的J级激光器水平,参考现阶段碎片移除方案,针对特定区域的目标空间碎片,结合碎片轨道特性信息建立降轨模型,仿真研究目标碎片在低能量天基激光驱动下的运动过程和降轨效果,分析了影响目标碎片降轨效果的因素。对部署在500 km轨道高度的天基平台移除附近碎片的仿真结果表明,速度增量和降轨高度的变化具有累积效应,提高频率、增大有效作用距离等可延长激光烧蚀驱动时间,进而增强碎片降轨效果。分析表明,J级小能量激光器通过长时间的烧蚀,也可有效驱动和移除1~10 cm碎片。

低孔隙率阳极氧化铝膜的制备及其高绝缘特性

采用恒流阳极氧化法,制备出低孔隙率高绝缘特性的阳极氧化铝膜(AAO膜),研究乙二醇(EG)对AAO膜显微结构及其绝缘性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及绝缘性能测试仪对AAO膜的物相组成、显微形貌及其绝缘性能进行测试表征。结果表明,当EG体积分数为40%时,可获得孔隙率为1.0%的AAO膜,此时AAO膜绝缘电阻率达到最高值5.4×10^(13)Ω×cm;当EG体积分数为50%时,AAO膜的击穿场强达到最优值44.8 V/μm。草酸电解液中添加有机物EG可极大地降低AAO膜多孔层孔隙率,提高阻挡层厚度,大幅度提升AAO膜的绝缘性能。

铝薄膜对烧结NdFeB磁体耐蚀性能的影响(英文)

采用直流磁控溅射的方法在烧结NdFeB磁体表面沉积Al薄膜提高磁体的耐蚀性能。研究膜厚及溅射功率对薄膜结构和耐蚀性能的影响。利用SEM对Al薄膜的微观结构进行分析,并采用动态极化曲线和中性盐雾实验分析Al薄膜耐蚀性能。均匀致密的Al薄膜的形成是获得良好耐蚀性能的必要条件。在51-82 W溅射功率下制备的6.69μm的Al薄膜具有良好的耐蚀性能。

W-Cu薄膜沉积初期亚稳态固溶体形成机制

采用直流双靶磁控溅射共沉积的方法制备了W含量为75%(原子分数)的W-Cu薄膜,并通过EDS、XRD、SEM、TEM等对W-Cu薄膜沉积初期的微观形貌及组织结构进行了表征和分析。结果表明,沉积初期,随着沉积时间延长,W-Cu薄膜有逐渐晶化的趋势,并形成了W(Cu)基亚稳态固溶体,且Cu在W中的固溶度逐渐增加。沉积10s时薄膜呈长程无序、短程有序的非晶态,局部有由于靶材粒子扩散不充分而形成的小于5nm的W、Cu纳米晶;20s时局部纳米晶消失但晶化程度升高;30s时晶化显著。沉积初期W-Cu薄膜随沉积时间延长逐渐晶化的原因是沉积过程中高能量的原子或原子团与已沉积的原子碰撞,传递能量,促进原子进一步扩散,克服了薄膜的晶化形成能,从而形成了亚稳态的W(Cu)固溶体。

空间太阳电池玻璃盖板表面超薄ITO防静电层的设计及制备工艺

ITO/MgF2复合薄膜既具有较好的表面导电性能又具有较高的透过率,可应用于空间太阳电池玻璃盖板表面。文章主要对ITO/MgF2复合薄膜中表层的超薄ITO薄膜进行了研究。利用TFCalc软件模拟了ITO薄膜厚度对ITO/MgF2复合薄膜光学性能的影响,根据模拟结果采用电子束蒸发法在衬底上依次沉积MgF2薄膜和氧化铟锡(ITO)薄膜,研究了ITO薄膜工艺参数(沉积速率、沉积温度和工作气压)和ITO薄膜厚度对ITO/MgF2复合薄膜光电性能及微观结构的影响。当ITO薄膜沉积速率为0.05nm/s、沉积温度为400℃、工作气压为2.3×10^(-2) Pa、厚度为10nm时,表层ITO薄膜基本连续,其方块电阻(1.94kΩ/)已符合设计需求,ITO/MgF2复合薄膜在可见光区间(400~800nm)的平均透过率达到89.00%。

氩离子束轰击对金刚石表面浸润性的影响

金刚石的表面改性及微纳米结构的设计加工,是金刚石功能化应用的重要延伸和探索方向。对金刚石进行离子束轰击处理是进一步扩展其应用场景的重要改性方法。本文采用宽束氩离子束对多晶金刚石片进行轰击处理,在金刚石表面构造了有序纳米波纹图案,并研究金刚石表面波纹图案、化学状态、浸润性随氩离子能量的变化规律。结果表明:改变氩离子能量对波纹形貌的特征尺寸和表面各化学组分的相对含量均有显著影响,从而实现金刚石表面浸润性的调节。原始抛光金刚石片的接触角θ约为32.4°,经能量为30 keV、入射角为64°的氩离子束轰击处理,金刚石表面由亲水变为疏水,接触角θ达到103.2°。这与离子束轰击后,金刚石表面含氧官能团减少,sp^(2) C含量增多和粗糙度增大有密切联系。

金属过渡层增强金刚石薄膜场发射性能的机理研究

以金属钛和钨为过渡层,采用HFCVD法在硅基上制备金刚石薄膜,并对薄膜的场发射特性进行分析研究。结果表明,金属过渡层对金刚石薄膜场发射性能有显著的增强作用。以金属钨为过渡层时,金刚石薄膜的场发射开启场强为5.4V/μm,比无过渡层降低了44%;场发射电流密度在电场强度为8.9V/μm时可达到1.48mA/cm^2。通过对薄膜结构表征可知,场发射性能增强主要与界面处电子运输势垒的降低及薄膜中sp^2 C含量的增加有关,在界面处及金刚石膜内形成良好的导电通道,使电子更容易运输至薄膜表面,从而表现出优异的场发射性能。