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。

多孔介质传热模型在多孔壁湍流中的适用性

为了考查不同的多孔介质传热模型在不同工况下的适用性,对带有高孔隙率多孔介质壁面槽道湍流及其传热进行了直接数值模拟研究。在多孔介质层外流体区域,通过有限差分方法求解不可压缩Navier-Stokes方程和温度对流扩散方程;在多孔介质层内,使用修正的Darcy-Brinkman-Forchheimer模型描述高孔隙率多孔介质阻力,以及分别采用局部热平衡(local thermal equilibrium,LTE)模型、局部非热平衡(local thermal non-equilibrium,LTNE)模型、理想金属(ideal metal foams,IMF)模型计算温度分布。通过对所得热场的统计特性的分析比较,探究了不同Biot数下水和空气两类流体介质的多孔介质传热模型的有效性。研究表明:LTE模型不足以准确预测金属泡沫多孔介质内传热问题,其等效导热系数因仅考虑孔隙率因素而低估了多孔介质层的传热能力;IMF模型在小比热容流体介质的算例中表现良好,可以代替LTNE描述多孔介质层内的传热,而在大比热容流体介质的算例中表现不佳,需要考虑比热容以及流固两相间的传热能力对预估的固体相温度分布进行修正。

电子致放气测试装置的研究

材料表面吸附的气体分子在电子轰击作用下,会加速释放到真空系统中。为了测试在电子轰击下的材料放气特性,研制了一套电子致放气的测试装置。电子束发生器作为重要的组成部件,具有许多可调参数,这些参数会在一定程度上影响输出的电子束质量,进而影响电子致放气测试结果。文章首先通过实验测量了电子束斑和束流的影响因素,结果表明,聚焦电压和栅极电压对束斑的尺寸有直接的影响,而能量电压对电子束斑直径没有影响。此外,阴极电压、电子能量和栅极电压都可影响到发射电流,从而影响出射的电子束电流。为了验证装置的电子致放气测试能力,采用放气率很低的316 L不锈钢作为测试样品,比较测试其经过三次电子束轰击前后的放气特性。结果表明,经过除气的316 L不锈钢的电子致放气率可较明显地测定,且电子束轰击下放气的主要成分由N_(2)/CO变为H_(2)。

带有防咬死铜镀层的标准螺纹紧固件放气率测试

铜镀层是防止聚变堆运行时真空室内标准螺纹紧固件咬死的主要手段之一。针对带有铜镀层标准螺纹紧固件在高真空下的放气现象,本文简要介绍了铜镀层工艺及麻点缺陷的解决方法,采用小孔流导法测试了其放气率,分析了铜镀层及环境温度等对放气率的影响。结果表明:脱附气体由氢、水、氮气和CO_(2)组成;含氢放气率未达到要求,这与铜镀层工艺、放气率测试环境及测试时间等因素有关,需对试验影响因素加以控制,以达到聚变堆真空室内材料的放气率要求。

Xe^(23+)离子束轰击低温工况下的无氧铜表面解吸性能研究

强流重离子加速器运行时产生动态真空效应引起束流寿命缩短,需安装无氧铜束流准直器来降低该效应。为探究无氧铜材料在离子束轰击下的解吸性能,本工作设计并研制了满足低温工况的解吸率测试装置,在兰州重离子加速器国家实验室利用Xe^(23+)离子束完成了无氧铜温度在4.2 K、20 K、77 K和300 K,以及束流能量为0.58 MeV/u、0.96 MeV/u和1.3 MeV/u的在束试验。结果表明,离子束轰击无氧铜表面时解吸出最多的分子为H_(2),其次分别为H2O、CO、CO_(2)、Ar和O_(2);当温度为4.2 K、束流能量为0.58 MeV/u时无氧铜解吸出H2的比例为87.74%。在同一能量下,随着无氧铜表面温度的升高,解吸率呈增加趋势,能量为0.58 MeV/u时,4.2 K下无氧铜的解吸率仅为25 mol/ion,小于300 K时的600 mol/ion,表明温度越高其解吸产额越大。在同一温度下,随着束流能量的升高无氧铜表面解吸率增加,但增加趋势逐渐减缓,解吸产额趋向饱和。

基于多孔硅支架的钛锆钒非蒸散型吸气剂薄膜的制备及表征

非蒸散型吸气剂薄膜近年以来在真空领域受到广泛的研究与应用,但有限的吸气速率和吸气容量阻碍了其进一步的发展。文章使用双槽电化学腐蚀法制备了多孔硅支架,再经过直流磁控溅射沉积了非蒸散型钛锆钒吸气剂薄膜,获得三维结构薄膜吸气剂。通过高分辨场发射扫描电子显微镜、热重分析、真空吸氢测试分别对薄膜的形貌和吸气性能进行了研究。吸氢性能测试结果表明,沉积在硅片与多孔硅支架上的400 nm厚度的薄膜,最大吸气速率分别为0.035 L·s^(-1)·cm^(2)和0.100 L·s^(-1)·cm^(-2),提升了185.71%;吸气容量分别为0.143 Pa·L·cm^(-2)和0.353 Pa·L·cm^(-2),提升了146.85%。将薄膜沉积在多孔硅支架上,提高了吸气剂的比表面积和孔隙率,增大了气体分子与吸气剂表面的接触面积,促进了吸气剂对气体分子的表面吸附和扩散作用,有效的增强了非蒸散型吸气剂薄膜的吸气性能。

基于双金属材料的电化学适体传感器用于磺胺二甲氧嘧啶检测

开发能够精准检测磺胺二甲氧嘧啶(SDM)的方法在食品安全领域至关重要。该研究利用具有优异电化学活性的镍锌双金属微花(Ni-Zn MFs)作为生物传感平台,同时,引入金锰纳米粒子(AuMn NPs)修饰的还原氧化石墨烯(rGO)作为电信号抑制单元(AuMn/rGO,AMG)。在此基础上,设计了一种用于测定SDM的高灵敏生物传感器。当目标物SDM存在时,能与SDM的结合适配体(Apt)标记的AMG(AMG-Apt)特异性结合,将电信号抑制单元带离电极表面,放大氧化还原探针[Fe(CN)_(6)]^(3-/4-)的电化学信号变化。提出的用于检测SDM的适配体传感器在1 pg/mL~100 ng/mL范围内表现出良好的线性关系,检出限(LOD)低至0.26 pg/mL。此外,该生物传感器在牛奶样品中也表现出令人满意的结果,有望在食品安全分析中应用。

低压电器用银基触点材料研究与应用进展

银基电接触材料是低压电器的核心部件,其性能指标直接决定电气设备的安全可靠性。基于绿色环保要求,传统的银氧化镉电接触材料含有毒物质Cd元素,正逐渐淘汰。与此同时,电气设备的升级换代对银基电接触材料提出了更高的性能要求。针对银基电接触材料,从触点材料的失效机理、常见的银基电接触材料分类进行讨论,同时针对各种银基电接触材料存在的问题、成分设计与工艺优化以及仿真模拟的应用进行了全面的综述,并结合材料的研发需求,给了未来银基电接触材料的发展建议,为银基电接触材料的研究发展提供参考。

公共空间中公共设施的设计思路与实践

目的探索公共空间对公共设施的基本要求与发展趋势,总结多样化的设计策略。方法遍布城市不同公共空间的公共设施是与人们联系紧密的一种物质形式,是公共性与交互性的统一,代表着人们的现实生活质量。从公共空间中公共设施的基本性质和存在价值入手,以整体性视角对其进行审视,并结合当前的社会发展实际与人们的现实需求,深入公共空间中公共设施的内部细节,分不同方面就其设计思路与创新方向展开探讨,最终以通用性、审美性、人文性等基础特点为支撑,从不同的设计细节与具体方法展开系统的研究与论述。结论公共空间的属性不同,存在其中的公共设施也多有不同,在具体设计中应从整体的设计追求与功能出发,遵循舒缓人们的精神压力、为公共空间增添亮点等要求,促就更大意义上的功能实现。

氮化硼纳米片剥离法制备及表面改性研究进展

综述以六方氮化硼(hexagonal boron nitride, h-BN)粉体为原料制备氮化硼纳米片(boron nitride nanosheet, BNNS)的方法,归纳原料粒径、溶剂、超声波功率、磨球用量、助剂及预处理工艺等因素对BNNS制备的影响机理;概述h-BN和BNNS表面修改性的途径和方法,总结共价改性法和非共价改性法的机理和优缺点。同时提出:与化学剥离法、液相剥离法、机械剥离法和超临界剥离法相比,由于h-BN层间的π-π共轭和lip-lip作用,介质增强液相剥离法更加简便、高效,适合工业化批量生产,但是需选择恰当的剥离助剂并进一步揭示剥离过程的机理;由于h-BN结构中B、 N原子的化学惰性和局部共轭作用,纯h-BN和BNNS很难被基于化学反应的共价改性法进行直接修饰;h-BN及BNNS的非共价改性法操作简便,但以物理作用为基础的非共价改性结合力较弱,容易在高温、强酸碱等苛刻条件下失效。

船形高频腔壳体成型工艺研究

大功率质子束加速器广泛应用在基础物理、核工业、家庭安全等领域,其中大功率波导型射频腔极为重要。船形射频腔具有最高的空载Q值和分流阻抗,是GeV质子束加速器的良好选择。船形铜射频腔体的制造,主要难点在于腔体复杂轮廓壳体的成型,为此,本文对其进行了详细的成型工艺研究。通过PAM-STAMP 2G仿真分析软件对高频腔壳体进行了模压成型数值模拟,分别分析了椭圆弧成型过程中壳体的减薄量、残余应力以及成形回弹,为实际模压成型提供了理论依据。根据模拟结果设计的高频腔椭圆壳体成型模具能够成功实现椭圆弧的实际模压成型。

真空材料放气率高精度测量装置

介绍了上海光源二期线站工程机械真空辅助实验室研制的一套基于双通道气路转换法的真空材料放气率高精度测量装置,对同步辐射真空系统中常见的无氧铜材料样品开展放气率测试研究。实验测量并计算得出样品与本底和本底在不同温度状态、排气时间、气路转换后的放气量。结果显示,经72h,150℃高温烘烤后的无氧铜放气率为3.06×10^(-12)Pa·m^(3)·s^(-1)·cm^(-2),表明装置具有较高的放气率测试精度,可以满足同步辐射装置对超高真空材料放气率的测量要求。

TiZrV吸气剂激活过程的XPS分析

本文用x射线光电子能谱仪（XPS）对TiZrV合金吸气剂的激活过程进行了监测，研究了吸气剂表面Ti、Zr、V、O、C元素的化学价态随温度的变化。实验结果表明：暴露过大气的TiZrV吸气剂表面的佻、Zr和V主要以氧化态的形态存在。当吸气剂置于高真空激活时，钒的氧化物在较低的温度（250℃-300℃）开始被还原，钛的氧化物在稍高于钒的温度（300℃）也开始被还原，400℃时表面已经有大量的金属钛的存在，而压的氧化物在（100℃～400℃）激活过程中，则没有明显的变化。

激活工艺和表面气体压强对一种改性锆石墨吸气剂吸气性能的影响

用粉末冶金工艺制备了一种改性的锆石墨类吸气剂,研究了激活工艺和吸气剂表面气体压强对该吸气剂吸气性能的影响。结果表明:该类吸气剂具有优越的室温吸气性能。高温短时间的激活效果优于低温长时间。增加吸气剂表面气体压强Pg有利于提高吸气剂的吸气速率和吸气量,且适当增加Pg比提高激活温度更有利于提高吸气剂的吸气性能。本文从吸气剂对气体分子的吸附和扩散作用机理解释了上述结果。

高精度真空材料放气测试研究

材料放气率是评价真空材料性能的重要参数。高精度真空材料放气测试系统集成了定容升压法、小孔流导法和双通道转换法三种材料放气率测试方法。其独特的系统设计与加工并配备先进的泵阀计组件,使系统获得无污染清洁的超高真空,极限真空度最低达6.8×10^(-9)Pa。低的本底真空进一步降低了系统的放气率测量下限,三种方法的测量下限依次可达:6.20×10^(-12),2.90×10^(-12)和2.78×10^(-12)Pa·m^3/(s·cm^2)。针对三种方法,对应选取聚四氟乙烯(PTFE)、304和316 L不锈钢作为样品,测试了不同时间的放气率。测试结果表明:三类样品10 h内的总放气率分别在10^(-8),10^(-11)和10-12Pa·m^3/(s·cm^2)数量级,对应的最大测量不确定度分别为9.4%,12.5%和13.8%。结合四极质谱计,进一步获得样品的放气组分和PTFE各组分的放气分率,总放气率和放气分率均随抽气时间的增加而下降。

聚合物的放气分率与放气模型研究

在某些工程应用中,除了关注真空材料的总放气率之外,还需知道放出的单一气体的放气分率。本文采用定容升压法对三类聚合物样品进行放气率测试和放气组分分析;将四极质谱计和真空规对比校准修正所测的放气分压,得到水和碳氢化合物的放气分率随时间变化情况;依据扩散放气模型,对所测数据进行曲线拟合,获得具有实际应用意义的放气率表达式和时间指数。

真空绝热板导热系数与板内真空度关系研究

以理论模型计算和实验样品测试相对比的方法,研究了两种不同芯材真空绝热板导热系数与板内真空度之间的关系,利用逆真空法对真空绝热板板内压力进行了测试。探讨了真空绝热板制作工艺参数,保持板内真空度及延长使用寿命的方法。

真空绝热板内部真空度的影响因素分析及改善措施

本文介绍了真空绝热板的绝热性能与板内真空度的关系,具体分析了影响真空度的因素,论述了气体渗透和内部芯材放气的机理及对板内真空度的影响情况,探讨了减少气体渗透和放气的途径和要求,指出了提高板内真空度的方法。

超纳米金刚石薄膜的快速生长及结构分析

采用微波等离子体化学气相沉积(microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)技术,通过调节微波功率制备不同温度条件下的超纳米金刚石(ultrananocrystalline diamond,UNCD)薄膜。比较分析反应源激活功率及基体温度对UNCD膜生长和组成结构的影响,以期获得高质量UNCD膜材的快速生长工艺技术。采用SEM、XRD、Raman等方法分析表征UNCD薄膜的形貌结构、物相组成和生长速率,同时通过OES光谱监测UNCD薄膜沉积过程中的生长基团状态。结果表明:UNCD薄膜沉积的基体温度范围在450~650℃,且随着功率和基体温度增加,OES光谱中CN、C_(2)基团峰值强度增强,生长速率从0.82μm/h上升到6.62μm/h;膜材中晶粒尺寸稍有增加,但平均晶粒尺寸均小于10.00 nm,且表面更加平整光滑,形成更有利于力学性能的表面形貌。因此,采用二异丙胺液态小分子为反应源,同时施加更高的微波功率,在更高的基体温度下沉积是快速生长高质量UNCD膜的有效工艺途径。

氮化物硬质涂层中Cr、Ti和Al元素对摩擦磨损特性的影响

利用四靶闭合场非平衡磁控溅射(CFUBMS)技术在石英玻璃和抛光不锈钢片两种基底上制备含有Cr、Ti和Al元素组合的各种氮化物涂层。采用摩擦磨损仪测试涂层摩擦系数,应用金相显微镜对各个涂层磨痕形态进行分析,结果表明TiN、CrN、TiAlN、CrAlN以及CrTiAlN涂层的摩擦系数依次减小,耐磨特性依次提高;结合涂层的X射线光电子能谱分析,可以得到含有Al元素涂层中形成了AlN的结构,提高涂层的硬度,增加耐磨特性;在涂层中含有Cr元素形成了氧化物Cr2O3可以提高涂层自排屑能力,减小摩擦系数,增加耐磨特性,含Ti元素形成的氧化物TiO2则不利于涂层的摩擦磨损特性;由于CrTiAlN本身具有比三元氮化物更高的涂层硬度,且含有Al和Cr元素,因此该涂层具有最好的摩擦磨损性能。