表面活性剂溶液界面拉压驱动液滴浸润性响应

液体表面的流体铺展在许多工程领域中具有广泛的应用前景。本文提出通过挡板对底液表面的拉压实现液滴的动态浸润响应,以正十六烷为受驱动液滴、十二烷基硫酸钠溶液为基底溶液组成浸润实验体系。挡板向外拉伸时,表面活性剂分子面密度降低,铺展系数增大,液滴铺展;挡板向内挤压时,表面活性剂分子面密度增大,铺展系数减小,液滴收缩。挡板往复运动实现了液滴的浸润性响应调控,这一工作为实现界面液膜的调节提供了新的思路。

水下吸声机理与吸声材料

随着我国加速实施海洋强国战略,对先进水下吸声材料的需求日益迫切.与空气吸声不同,水下的高静水压力和复杂的海洋环境对水下吸声材料提出了更为苛刻的要求.吸声问题的本质是如何将弹性能高效地转化为热能或其他形式能量.本文综述了主要以聚合物分子内摩擦机制及界面耗能机制为基础的传统水下吸声材料.传统水下吸声材料面临的主要是其在低频及高静水压力下吸声性能差的问题.这是因为:一方面受质量密度定律的限制,有限厚度的水下吸声材料无法有效吸收水中传来的低频声波;另一方面,在高静水压力下,弹性材料如高分子聚合物会变"硬",从而大大降低了声波弹性能的转换效率.随着局域共振理论及超材料概念的提出,发展出了一系列新型水下吸声材料,为解决水下吸声材料遇到的难题提供了新思路.局域共振理论的特点是可以用小尺度结构控制长波声波的传播,从而可以解决低频吸声问题.本文重点综述了局域共振理论,以及由此发展出的声子木堆、声子玻璃等新型水下吸声材料.声子玻璃材料在局域共振理论基础上,通过引入多孔金属骨架结构提高了材料的抗压性能,从而解决了高静水压力下材料吸声性能变差的问题.本文最后对水下吸声材料未来发展方向进行了展望.

碳纳米管-Mg_(65)Cu_(25)Gd_(10)非晶复合材料玻璃转变的动力学性质

制备了Mg65Cu25Gd10大块非晶合金及其碳纳米管(CNTs)复合材料,对两种材料进行了不同扫描速率下的差热扫描量热分析,研究了加入CNTs对材料玻璃转变和晶化动力学效应的影响。结果表明:加入CNTs后,复合材料的玻璃转变和晶化行为仍然具有动力学效应,但加入的CNTs减小了材料晶化行为对升温速率的依赖程度;同时,加入CNTs加大了材料发生玻璃转变时需要克服的能量势垒,增大了峰值温度时的晶化反应速率常数,从而降低了材料的玻璃形成能力(GFA);对CNTs降低GFA的原因也进行了探讨。

ZrO_2陶瓷中Zr^(4+)和Y^(3+)的近邻结构与相稳定性

采用EXAFS方法研究了经中温等温和低温LN2处理的2mol％Y2O3－ZrO2陶瓷中Zr4+和Y3+离子的近邻结构结果表明，与中温等温试样相比，LN2处理的试样中Zr－O层和Zr－Zr（Y）层的配位数显著减少，平均键长明显减小，Y－O层配位数减少，Y－Zr（Y）层平均键长增大；各配位居畸变程度均增大分析认为，该试样Zr-O配位层中较多的氧空位主要来源于从高温快速冷却时所保留下来的Schottky缺陷两个试样近邻结构之间的显著差异表示中温等温相变过程存在氧离子和阳离子的扩散．两个试样的Y-O层配位数均高于zr－O层配位数，表明点阵中的氧空位倾向于与zr离子为邻根据EXAFS结果讨论了Schottky缺陷对四方相稳定性和中温相变的影响．

一种新型的碳纤维和碳纳米管化学镀镍工艺

碳纤维是最重要的复合材料增强体之一,而碳纳米管比碳纤维具有更好的力学性能,对他们的表面改性将会对复合材料性能有很大影响.试验实现了一种对碳纤维和碳纳米管通用的化学镀镍工艺.通过对基体较好的预处理,在基体上成功地完成了化学镀镍并且较好的控制了镀层成分.同时还探讨了施镀温度、pH值和搅拌方式等对镀层的影响,试验发现pH值控制在9～10之间,温度控制在70 ℃附近并采用氮气搅拌可以获得较满意的施镀效果.

原位生成TiC粒子在快凝Al-Fe合金中变化行为的研究

通过OM ,SEM和TEM等手段研究了在常规铸态以及快速凝固Al 8wt%Fe合金中原位生成TiC粒子时相组成及显微组织的变化。同时结合利用外加法制备的常规铸态和快速凝固Al 8wt%Fe TiC合金的显微组织变化 ,得出了原位反应TiC粒子的生成及其在合金熔体中的变化行为 :在常规铸态下生成的尺寸较大的八面体TiC颗粒在快速凝固过程中将发生全部或部分溶解 ,在随后的快冷过程中将重新析出并形成细小的TiC粒子 ,原位生成的TiC粒子在快速凝固过程中同样可以对α Al起到促发形核的作用。

Cu原子簇触发形核下的深过冷Ag-Ge合金组织演变研究

采用玻璃包覆的方法获得具有较大过冷度的亚共晶、共晶以及过共晶Ag-Ge合金熔体,并通过高能离子束轰击Cu箔产生Cu原子团簇溅射到过冷合金熔体中来触发非均质形核过程。凝固后合金显微组织的分析结果表明:在深过冷合金熔体中引入Cu原子团簇,它对亚共晶、共晶以及过共晶Ag-Ge合金的显微组织演变有着不同的影响效果,分析了显微组织的演变规律与形成机制。

天然蓝宝石中Fe离子配位状况的EXAFS研究

用荧光ＥＸＡＦＳ方法研究了天然蓝宝石中Ｆｅ离子的近邻结构状态。Ｆｅ离子取代Ａｌ离子处于畸变氧八面体间隙中，每个Ｆｅ离子周围有６个配位Ｏ离子，其中３个Ｏ离子在距Ｆｅ离子１．９３±０．０３处，另３个Ｏ离子则在距Ｆｅ离子２．０３±０．０２处。对Ｆｅ离子取代产生的近邻结构畸变进行了讨论。

52m长落管Ag-Ge合金的微重力凝固行为

利用52m长落管装置进行了Ag-15%Ge(质量分数)亚共晶和Ag-21%Ge(质量分数)过共晶合金微重力试验,分析了凝固后合金球体的显微组织,并和常规凝固条件下的同成分合金组织进行了比较.结果表明,落管实验能使合金获得较大的过冷度,使Ag-15%Ge(质量分数)亚共晶合金Ag初生固溶体相明显细化,枝晶特征消失并转变为细小不规则块状或近似球形;使Ag-21%Ge(质量分数)过共晶合金中Ge初生相组织细化、数量增多,但并不改变小平面晶体Ge相的侧面生长机制.

挥发速率对胶体悬浮液干燥花样的影响

研究了不同挥发速率下厚度较薄的凹液层胶体悬浮液的干燥花样。Panasonic照相机用于拍摄宏观干燥花样。结果表明,随着挥发速率的减小,马兰哥尼对流强度下降,胶体悬浮液的干燥花样更为平整均匀。在较低的挥发速率下可避免宽环花样形成,制备得到表面平整的薄膜,反射光谱证明其可作为三维光子晶体材料。

基于复合蜂窝结构的宽带周期与非周期声拓扑绝缘体

具有良好可重构性、良好缺陷兼容性及紧凑型的声学拓扑结构可能成为声学发展中一个有前景的方向.本文设计了一种可调谐、应用于空气声的二维宽带复合蜂窝形晶格结构,其元胞拥有两个变量:一个是中心圆的缩放参数s,另一个是"花瓣"图案围绕其质心的旋转角度q.研究发现当s为1.2, q为±33°时,在结构的布里渊区中心点出现四重简并态.在±33°两侧,能带会发生反转,体系经历拓扑相变;同时,结构的相对带隙宽带逐渐增加,其中q为0°和60°时,相对带宽分别为0.39和0.33.本研究还计算了由这两种转角的声子晶体组成的拼合结构的投影能带,发现在其体带隙中存在着边界态并验证了此拓扑边界的缺陷免疫特性.最后通过变化s,构建了一种非周期性双狄拉克锥型的声拓扑绝缘体并验证了其缺陷免疫性.本研究的体系相对带宽显著超过已知体系,将为利用声拓扑边界的声波器件微型化打下良好的基础.

限位液滴瞬时失重自激振荡

为探索重力瞬变引起的约束液滴自激振荡机理,本文利用落塔装置模拟短时微重力环境并借助高速CCD记录圆形限位基片上液滴整个过程的运动情况.自激振荡是微重力下液滴形态的重整恢复过程,边界的限位作用使得液滴在整个运动过程接触线钉扎不变,具体可分为两个阶段:首先是振荡的高低点位置高度渐进上升的液滴形态变化阶段,与重力环境渐进变化有关;而后是平衡位置附近的阻尼衰减振荡阶段,此时振荡的频率恒定,振幅衰减类似孤立黏性液滴的指数衰减过程.对于第二阶段,在高低点等位置处存在高度不变过程,高度起伏变化时液滴振荡模式类似自由液滴二阶振荡,高度不变时振荡模式类似自由液滴三阶振荡.此外,对于本实验体系的恒定接触面积的钉扎约束,液滴的体积量不同时,内驱振荡的阶段和模式不变,但具体的振荡过程有所不同.对于大体积液滴,会在初始振荡的中间位置出现高度不变现象,并且随振荡逐渐消失;而小液滴中间位置则不存在此现象,波形较一致;第二阶段小体积液滴振幅衰减的阻尼率更大,无量纲频率也更高.

基于Marangoni效应的液-液驱动铺展过程

液体表面的液滴运动在微流体和许多生物过程中具有广泛的应用前景.本文通过研究在液体基底上一种低表面张力液体对另一液体的驱动来理解Marangoni效应在自发驱动体系中的作用.为了研究液体驱动的液滴铺展过程,建立了以不易挥发性硅油作为驱动溶剂、正十六烷作为受驱动液滴,以及不同浓度的十二烷基硫酸钠溶液作为基底溶液的实验体系.通过对正十六烷液滴受驱动铺展动态过程的观察和研究,发现界面张力梯度对液体驱动的铺展起主导作用.实验结果表明:基底溶液浓度主要对正十六烷液滴的最大铺展半径存在影响.此外,用经典稳定性分析模型解释了正十六烷在受驱动铺展过程中由液柱破碎成小液滴的原因,同时得到了失稳特征参数最快不稳定波长与正十六烷液柱半径之间的关系.

MeV金离子辐照聚苯乙烯微球的各向异性形变

在低温条件下用Au离子辐照法实现了聚苯乙烯(PS)微球的各向异性形变。PS微球在离子辐照下呈现出不同于SiO2微球的形变特点。照后PS微球整体收缩,在平行于离子入射方向上收缩尤甚,使照后PS微球呈长轴垂直与离子入射方向的椭球。采用加掩膜辐照法,在同一晶体上特定区域实现微球的形变。此工作为重离子辐照在光子晶体中引入可控缺陷奠定了基础。

应用于微重力流变实验的旋转流变仪

基于失重条件下的流变学实验需求，针对国内流变学空间实验仪器的空白，研制适用于航天发射和微重力实验的旋转流变仪．以五相步进电机驱动旋转，采用应变式扭矩传感器，并增加预紧轴承提高旋转精度，通过滑台驱动和光栅尺定位反馈完成液位厚度调整和拉伸运动．剪切转速区间0．01～1000r／min，平均转速精度优于1％，实现了150mm／s的高速拉伸和0．5μm精度的样液厚度调整．通过测量标准硅油取得地面实验数据，得出该方案可行的结论，相对于商用流变仪，采用该方案的流变仪可进行长行程拉伸流变测量，且结构坚固可靠、体积小、重量轻，可实现发射入轨且成本低廉．

新型轻质阻尼基座设计与隔振性能研究

为了减少船体振动与辐射噪声,采用声子玻璃和弧形衔接结构设计了一种新型轻质阻尼基座。然后用加速度振级落差表征其隔振性能,开展了水泵电机激励下的基座隔振性能试验研究,结果表明阻尼基座在20~10 000 Hz的频率范围具有显著的隔振效果,相较于同尺寸钢制基座,其振动落差总级可达12.93 dB。研究结果充分验证了本文设计的轻质阻尼基座具备高强度、高阻尼、宽频隔振的特点,在舰船机械设备等减振降噪领域具有广泛的潜在应用价值。

可重构力学超材料的设计与波动特性研究

力学超材料中的弯曲梁双稳态结构由于其主动调控性强且调控精度高等优点近年来受到广泛关注.文章利用中心受压弯曲梁的不稳定性设计了六角型双稳态结构,首先建立了等效弯曲梁模型,基于梁变形微分方程及能量最低原理探明了结构双稳态特性的产生基理,之后利用有限元数值计算研究了结构几何参数对其整体力学性能的影响,分别得到了具备自恢复及双稳态性能的结构几何参数范围,绘制了几何参数与力学性能之间的相图.同时,可重构结构的可控变形能力有助于调整整体的色散特性,利用数值仿真研究了具备双稳态特性的结构在拉伸和压缩两种构型下的色散关系,对比分析了不同结构几何参数及构型转变对结构产生的带隙位置及范围的影响,之后对由不同构型单胞组成的周期性结构进行了频响分析来验证带隙计算的准确性.通过六角型可重构结构的力学特性、色散特性研究及频响分析表明可以通过结构几何参数的设计实现对结构整体性能的主动调控,为可逆向设计的弹性波超材料结构研究分析提供了一条可靠路径.

微重力下胶原蛋白纤维化及羟基磷灰石结晶的初步研究

在长期空间飞行过程中,骨质丢失是一个严重问题.羟基磷灰石(HAP)晶体是骨骼的主要成分,骨骼中的胶原蛋白纤维在HAP生长结晶过程中起到关键作用.研究了胶原蛋白纤维化过程在模拟微重力和常重力条件下的变化,对以胶原蛋白纤维作为模板生长出的HAP晶体形貌进行了观察.结果表明,不同浓度胶原蛋白溶液中形成的胶原蛋白纤维,其内部孔隙数量和尺寸在模拟微重力条件下要明显大于常重力条件下,胶原蛋白纤维内部孔隙的分布也不同于常重力条件下的结果.以模拟微重力条件下形成的胶原蛋白纤维为模板生长出的HAP晶体主要为立方体状,而以常重力条件下形成的胶原蛋白纤维为模板生长出的HAP晶体形貌主要为板状.该结果有助于未来进一步阐明空间骨质丢失的机理.

实践十号卫星有效载荷胶体材料箱地基实验

胶体材料箱是装载于实践十号上的重要载荷,用于空间胶体自组装的实验研究.地基实验阐明了常重力下的蒸发驱动胶体自组装机制.围绕胶体材料箱开展地基实验研究,制备了一种亲/疏水限位基片,分析了蒸发过程中受限液滴接触角的变化规律.通过同步显微观察法研究受限胶体液滴内部粒子的沉积行为,发现粒子沉积图案的形成过程由三种动力学行为控制.另外,通过落塔装置模拟短时微重力环境,分析重力瞬变引起限位基片上液滴的振荡过程,揭示了振荡过程中两个不同阶段的振荡特性.地基实验结果为在轨实验工况确定以及空间与地面实验对比提供了数据支撑,这对箱体工程参数设定以及空间实验条件匹配等具有重要意义.

垂直沉积干燥薄膜的剪切模量粒径依赖研究

作者前期在关于胶体颗粒粒径对干燥薄膜的初始裂纹形成影响的研究论文中报道了:对于相同厚度薄膜的初始裂纹,其裂纹间距随颗粒粒径的增大而减小.本文从这一实验现象出发,针对垂直沉积干燥薄膜的剪切模量进行了进一步的理论分析.结果表明此薄膜的剪切模量同样具有粒径依赖的特性.同时,通过与颗粒聚集体材料剪切模量的粒径依赖性的比较,我们发现二者有所差异,这表明干燥薄膜的剪切模量不仅仅由其固相部分决定,其液相部分的影响不可忽视.