掺钨VO_(2)纳米粉双相界面自组装成膜及微结构的光学性质

VO_(2)的相变温度68℃限制了其在室温环境中的应用和安全性,采用W^(6+)离子掺杂的方法可有效降低VO_(2)相变温度。利用涂有真空硅脂的聚苯乙烯模具和添加表面活性剂的W_(x)V_(1-x)O_(2)纳米溶液,在玻璃基底上通过双相界面自组装方法将水热法合成的W_(x)V_(1-x)O_(2)纳米粉末制备成薄膜,在此基础上加装直径1μm的聚乙烯线制备W_(x)V_(1-x)O_(2)/glass微结构。直接观察到液/固双相界面上毛细管流的运动过程,以及微结构两侧对称出现半月形的现象。液-固-气系统复杂的动态变化的过程,遵循流体动力学和热力学的规律。X射线衍射表征结果表明,自组装W_(x)V_(1-x)O_(2)薄膜为多晶结构,主要成分为M相VO_(2)和少量钒的其他价态氧化物及少量钨钒的氧化物(WVO_4);近红外透过率测试显示W_(x)V_(1-x)O_(2)/glass薄膜随温度变化规律与理论模拟计算的趋势吻合;其温度-透过率曲线“突变”特性优于旋涂法制备的薄膜;可见光的微结构衍射图样类似光栅衍射图样,表明此种薄膜和微结构制备方法可行。研究结果可应用于防护涂层制备和微结构光学调控领域。

SH波入射时垂直半空间中双相介质界面附近圆孔的动力分析

利用复变函数和Green函数法研究了垂直半空间中双相介质界面附近圆孔对SH波的散射与动应力集中问题。该问题的解答采用镜像法,首先构造出含有圆孔的直角平面区域出平面问题的Green函数,然后利用"契合"技术,并根据界面处位移连续性条件将解答归结为具有弱奇异性的第一类Fredholm积分方程组的求解,结合散射波的衰减特性,直接离散该方程组,把积分方程组转化为线性代数方程组可得到该问题的数值结果。最后,通过算例分析了圆孔的动应力集中情况。结果表明,与全空间中界面附近圆孔对SH波的散射相比,由于垂直半空间自由边界的存在,孔边动应力集中系数明显增大;另外,入射波由硬介质(波速大)进入到软介质(波速小)时,与均匀介质相比,孔边动应力集中更显著,最不利的参数组合,孔边动应力集中系数几乎提高了一倍,入射波由软介质进入到硬介质时,情况相反。

半空间中双相介质界面一侧多个圆形弹性孔洞对SH波的散射

SH波入射情况下,对半空间双相弹性介质界面一侧多个圆形孔洞动态力学响应的解析解答进行了研究。首先,利用复变函数方法建立SH波作用下含有多个圆形弹性孔洞的双相介质半空间理论模型,通过“镜像”思想和多极坐标技术构造满足控制方程和边界条件的等效波场位移表达式。然后,结合分区思想建立“契合”模型,根据双相介质界面处连续性条件,并利用Green函数和“契合”模型建立第一类Fredholm积分方程组。通过有效截断求解该定解积分方程组,并且给出任意位置的圆形孔洞周边的动应力集中系数表达式。以介质中存在两个圆形弹性孔为例,通过讨论发现弹性常数的变化和其他介质缺陷的存在均会对圆孔周边动应力集中系数的分布有一定程度的影响。

SH波对双相介质界面附近圆形孔洞的散射

建立了求解平面SH波对双相介质界面附近圆形孔洞散射与动应力集中的一种分析方法。利用复变函数与多极坐标的方法构造了一个Green函数,它是在含有圆形孔洞的弹性半空间的水平面上任一点上作用时间谐和的出平面线源荷载的位移解。利用“契合”模型,并根据界面上位移连续性条件,建立了求解SH波对双相介质界面附近圆形孔洞散射的具有弱奇异性的第一类Fredholm型积分方程。给出了圆孔周边上动应力集中系数的表达式。作为算例,分析了在界面一侧或界面两侧附近具有圆形孔洞时SH波的散射,并讨论了入射波波数、不同的材料组合以及孔心至界面的距离对动应力集中的影响。

SH波入射下正交各向异性双相介质界面附近圆孔的动应力集中

基于复变函数和格林函数的方法,探讨了SH波在具有圆孔的正交各向异性两相介质中的散射,分析了圆孔周围的动态响应规律。首先建立问题的二维解析模型,将全空间分为两个部分:均匀各向同性上半空间以及含圆柱形孔洞的正交各向异性下半空间。采用格林函数法推导出了两半空间界面处各点的格林函数表达式,并引入复变量,构造出了SH波入射下求解区域内位移和应力的表达式。考虑界面的连续性条件,将未定反平面力加载到两个半空间的水平界面上,推导出Fredholm定解积分方程组,用弱奇异积分方程的直接离散方法求解。最终通过算例分析,发现介质的正交各向异性参数、入射波波数、角度以及孔洞埋深等对下半空间圆孔周边的动应力集中系数(DSCF)影响显著。

钼(或铬,钒)原子替位掺杂对双相γ-TiAl/α_2-Ti_3Al界面的能量、延性和电子性质的影响

采用基于密度泛函理论计算研究了钼(或铬,钒)原子替位掺杂双相γ-TiAl/α_2-Ti_3Al界面体系的平均形成能、断裂功、电子结构等。结果显示:各个掺杂体系的总能量和平均形成能均为负值,表明它们可以由实验制备并能稳定存在。对代表性体系的断裂功和态密度分析表明,体系Mo-S_(a5) (或Cr-S_(a5))的结合强度减弱,同时体系Mo-S_(a5)的Mo-d和Ti-d电子态密度增加、相互作用增强,而Ti-d和Al-p轨道杂化键强度降低,位错运动的阻力减少,有利于改善Ti Al合金材料的延性。对杂质原子所在(001)面电荷密度和布居数的分析发现,Mo(或V)的掺入会引起电子云在杂质原子周围的聚集效应,形成结合强度稍高的区域,该区域与周围其他区域结合的各向异性程度下降。这正是此类TiAl合金延性改善的内因。

环氧/Cu界面混合分层断裂研究

高密度塑封器件不同材料间分层断裂常导致器件失效,且界面通常为正应力作用下的张开型(模式I)断裂和切应力作用下的滑开型(模式II)断裂的混合模式。环氧塑封料和Cu引线框架之间热失配较大,在热、力学载荷作用下,环氧/铜界面易发生界面分层断裂。设计了一种双相材料样品和一种可以对样品施加不同角度拉力的装置,用于测试环氧/铜界面混合断裂参数。通过弹性断裂力学分析,基于实验结果可以得到界面断裂能量释放率和混合断裂相位角。该方法可以应用于电子封装中其他界面断裂参数的表征。

纳米材料形貌和性能调控的仿生自组装研究进展

纳米材料在纳米尺度展现出的特殊性质,相较于宏观尺度材料表现出众多优异特性,在力学、声学、光学、磁学、电学、热学等各种领域具有良好的应用前景。纳米材料的仿生自组装技术模拟活体生命活动,使纳米材料基于非共价键的相互作用,自发形成稳定结构,现已成为制备纳米材料的主要方法之一。仿生自组装技术是"自上而下"方法中的重要技术手段,这种合成方式有望代替传统的"自上而下"加工技术,实现单个原子或分子在纳米尺度上构造特定结构和功能的器件。另外,仿生自组装技术虽然以化学过程为主,但又有物理过程,并且结合了"仿生学"的优点,具有定向构造纳米材料的特点,是众多交叉学科的热门研究手段。本文重点介绍了纳米材料在形貌和性能调控中不同的仿生自组装合成策略,包括屏蔽效应的位相选择自组装、双相界面协同效应的仿生自组装、场诱导定位效应的功能器件一体化制备、光诱导自组装以及羟基氢键驱动的分相自组装,总结了仿生自组装纳米材料的特性,归纳了自组装技术在传感器、表面拉曼散射、生物医疗等领域的应用,并对纳米材料仿生自组装技术的发展前景进行了展望。

SH波入射双相介质半空间浅埋任意位置圆形夹杂的动力分析

采用Green函数及复变函数方法研究了SH波入射到双相介质半空间时,浅埋任意位置圆形夹杂的动力响应问题。首先,利用"镜像"法构造满足直角平面自由边界条件的散射波场解答,进而求出该文所需的Green函数;其次,利用"契合"思想,将模型沿着垂直界面剖分为两个直角域,并利用界面连续性条件及Green函数建立待解外力系的第一类Fredholm积分方程组;最后,通过具体算例给出了圆形弹性夹杂周边的动应力集中系数。结果显示:界面、自由边界、圆形夹杂、入射波数等因素均对动应力集中系数有影响。

双相介质中椭圆孔洞与裂纹对SH波的散射

采用Green函数法和保角映射法解答了双相介质界面附近一个椭圆孔洞和一个裂纹(在同一侧)对SH波的散射问题。沿水平界面将双相介质剖分为一个含椭圆孔和裂纹的半空间以及一个完整的弹性半空间。结合"裂纹切割"法,利用Green函数法构造裂纹,求解出孔洞与裂纹同时存在时的位移和应力表达式。一组未知力系施加在水平界面上,使两部分契合,基于界面连续条件推导出一系列Fredholm积分方程组,从而求出未知力系。最后,给出算例讨论了不同参数对椭圆孔周边动应力集中系数和裂纹尖端动应力强度因子的影响。