湖南含籽晶天然金刚石的同步辐射X射线衍射形貌像研究

利用同步辐射X射线形貌学研究,首次发现湖南褐色天然金刚石中存在籽晶金刚石。该金刚石晶体呈菱形十二面体,其同步辐射X射线劳埃图上大部分斑点分别分布在5条主晶带上。经分析发现,该金刚石晶体首先由晶核发育成菱形十二面体金刚石籽晶,再由此籽晶生长成菱形十二面体金刚石晶体。该金刚石晶体中晶体缺陷很少,仅存在部分由塑性形变产生的应力场以及由籽晶生长界面产生的面缺陷,表明该金刚石晶体所处的生长环境较为稳定。

人造金刚石晶体缺陷的同步辐射X射线衍射形貌像浅析

利用同步辐射X射线对人造金刚石晶体缺陷进行了形貌学研究,实验采用了透射 (劳埃 )形貌术和反射形貌术两种方法。所得的X射线透射劳埃图上大部分斑点分别分布在四条主晶带上,经分析发现,该金刚石晶体主要的晶体缺陷为位错,并推导出晶体内部存在Frank不全位错。该晶体的反射形貌像中位错呈网状分布,说明其表层缺陷多于内部缺陷。此外,由形貌像分析发现该人造金刚石晶体的晶体缺陷明显少于天然金刚石。

原子力显微镜形貌像的典型失真和伪迹

简要分析原子力显微镜测量形貌像过程中由于针尖状态、样品状态和环境影响所造成的典型的失真和伪迹.其中针尖状态因素包括针尖钝化、针尖污染、针尖残缺等;样品状态包括弓形轨迹和边界效应;环境影响包括环境振动和电子噪声两个因素.对涉及的某些失真和伪迹,提供和讨论了一些相应的避免方案和图像处理办法以供参考.

GdCa4O（BO3）3晶体中由小角晶界导致的同步辐射形貌像漂移的观察和计算

采用Czochralski法，我们成功地生长了大尺寸GdCa4O(BO3)3单晶。在对晶体的完整性进行检测的过程中发现：晶体中存在亚晶界，该晶界贯穿整个大单晶。由于亚晶界两边的单体存在取向差，在同步辐射形貌像中可观察到像漂移。根据高分辨X射线衍射所确定的取向差，我们计算了对应几个典型衍射的形貌像漂移，计算结果与从形貌像中测量的结果符合得很好。

原子力显微镜形貌像成像质量的研究

基于针尖和样品之间的各种相互作用力,原子力显微镜可用于样品表面形貌、摩擦力等各种物理特性的研究。仪器参数的设定和干扰的排除是提高样品表面形貌像成像质量的关键。通过实验发现由原子力显微镜扫描得到的材料表面形貌像中常出现拖曳、条纹,影响了形貌像的成像质量。针对特定工艺条件下的纳米电子功能薄膜样品,着重研究了振幅参数(Amplitude reference)、积分增益(Integral gain)、比例增益(Proportion gain)、衰减增益(Attenuation gain)和速度增益(Speed gain)对形貌像成像质量的影响。根据这些规律找出消除或减轻样品表面形貌像中出现拖曳、条纹的方法。

真空热处理对落叶松木材纤维素形貌及结构的影响

以我国东北主要用材树种落叶松木材为研究对象,采用真空热处理方法对其材质进行改良,探究其纤维素形貌及结构热响应机制。采用湿化学法提取未处理和不同真空热处理条件下(180~220℃温度范围,处理6 h)落叶松木材纤维素,利用扫描电子显微镜观察其形貌,X射线光电子能谱和X射线衍射仪分析其化学结构及结晶度变化。结果表明:未处理木材提取的纤维素呈棒状且表面有序平行结构,热处理后木材纤维素变弯曲且表面呈扭曲结构,并随热处理温度升高,纤维素表面扭曲越显著。由X射线光电子能谱分析,随热处理强度增加,纤维素O/C比值由未处理材65.5%降低至59.5%,并且C1含量增加、C2和C3分别降低,表明热处理木材提取的纤维素碳链缩短,并且其表面存在半纤维素以及热处理过程中木质素与碳水化合物缩聚反应形成的木质素-碳水化合物。随热处理温度提高,纤维素结晶度增加,同时纤维素中Ⅱ型占比提高、Ⅰ型降低,并且二者晶胞结构和分子基团构象存在差异,进而导致热处理前后木材提取的纤维素形貌结构不同。研究结果有助于深入理解木材化学成分热响应特性,为优化真空热处理改性木材工艺提供理论依据。

国Ⅵ直喷汽油机颗粒数量及微观形貌排气输运演变特性

开展了某一国Ⅵ直喷汽油机三元催化转化器(TWC)前、TWC后、汽油机颗粒捕集器(GPF)后3个位置的颗粒物采样及微观形貌研究,分析了发动机工况、TWC、GPF对国Ⅵ直喷汽油机尾气颗粒数量、粒径分布、微观形貌的影响。结果表明,该直喷汽油机尾气颗粒数量排放整体上呈单峰分布,低转速小负荷工况下,粒径<23nm的颗粒数量较高。随着发动机转速和负荷的增大,峰值粒径向大粒径方向移动。直喷汽油机尾气颗粒物由“核‒壳”结构基本碳粒子堆积形成,呈链状、枝状、簇状等结构;负荷增大,颗粒物尺寸略有增大,基本碳粒子重叠度增强,分形维数增大;转速增大,颗粒物尺寸减小,基本碳粒子重叠度减弱,分形维数减小。随着排气输运的进行,颗粒数量逐渐降低;TWC不影响颗粒的粒径分布形态,颗粒数量净化效率41.6%~94.2%,对<23 nm的小粒径颗粒净化效果较好,低转速小负荷工况的颗粒数量净化效率较高;GPF的颗粒数量净化效率约80%,23~100 nm颗粒数量净化效率较高,对粒径<10nm的颗粒净化作用不大。TWC和GPF不影响颗粒物结构形式,TWC和GPF后颗粒物基本碳粒子重叠度减弱,分形维数减小。

飞秒激光加工参数对RB-SiC表面形貌的影响

目的揭示飞秒激光加工参数对反应烧结碳化硅(Reaction-Bounded Silicon Carbide,RB-SiC)表面形貌的影响规律。方法通过改变激光能量密度和有效脉冲数,研究RB-SiC表面烧蚀槽的形貌变化规律,确定飞秒激光加工RB-SiC的去除机理。采用扫描电镜、共聚焦显微镜、X射线能谱仪和拉曼光谱仪分析RB-SiC烧蚀前后的表面形貌演变行为。结果激光能量密度在0.62~10.48 J/cm^(2)时,Si富集区域形成凹陷结构,SiC颗粒区域形成周期性结构(Laser-Induced Periodic Surface Structures,LIPSS),周期约为970 nm。随着激光能量密度的增加,凹陷结构扩大加深,表面球形纳米颗粒增多,烧蚀槽宽度呈对数增长。有效脉冲数在69~1379,Si富集区域的去除量高于SiC颗粒区域的去除量。随着有效脉冲数增加,烧蚀槽深度显著加深,凹陷结构扩展成深坑结构,飞溅至烧蚀槽外侧的纳米颗粒聚集成团簇物,由Si、SiC和非晶态SiO_(2)构成的沉积物在烧蚀槽边缘形成堆积层。结论降低激光能量密度能够减少RB-SiC表面凹陷和纳米颗粒,有助于提升烧蚀形貌的一致性。增加有效脉冲数会促进烧蚀槽底部深坑结构的产生,进而扩大Si与SiC去除量之间的差异。

V_(2)AlC粉体的形貌调控及其吸波性能研究

V_(2)AlC粉体的形貌对其微波吸收性能有显著影响.然而,制备合成具有特殊形貌的高纯MAX相粉体仍然面临许多挑战.基于此,本文选取碳微球、碳纤维和玉米淀粉作为碳源材料,在高温混合熔盐中制得了具有微米球状、微米棒状和枝杈状的三种高纯V_(2)AlC.测试结果表明枝杈状V_(2)AlC有利于导电网络的形成,结合晶界诱发界面极化和各项异性导电性引起的偶极极化,使该类MAX相具有优异的微波吸收性能.当其厚度为2.42 mm时,最低反射损耗值为-42.91 dB,调整厚度至1.44 mm时,有效吸收宽度可达4.12 GHz.

ZSM-5分子筛形貌对苯-乙醇烷基化催化性能的调控作用

采用水热法制备了环状、薄片、类球状聚集体和小晶粒4种不同形貌和尺寸的纳米ZSM-5分子筛,用XRD、SEM、BET、MAS-NMR和NH3-TPD对所合成分子筛进行了表征,并考察分子筛形貌对苯和乙醇烷基化性能的影响.实验结果表明:在相近的硅铝比下,不同形貌的分子筛具有相似的弱酸峰强度,短b轴和中空结构的存在会降低分子筛的强酸峰强度,分子筛的强酸峰强度直接影响烷基化性能;分子筛颗粒形貌对催化烷基化性能有较大影响,4种形貌分子筛催化苯和乙醇烷基化性能优劣顺序为:薄片ZSM-5>环状ZSM-5>类球状团聚体ZSM-5>小晶粒ZSM-5.其中,具有薄片结构的H-ZSM-5分子筛在烷基化反应过程中表现出相对较好的催化性能.综合对比结果表明:较低的强酸强度、较大的比表面积和孔容、较多的直形孔道占比下,分子筛的烷基化性能较好,产物乙苯的选择性越高.

FOX-7颗粒形貌对其热性能及放气量的影响

为获得FOX-7颗粒形貌对其热性能及放气量的影响规律,首先通过原位拉曼光谱证实了FOX-7的典型相变过程;采用差示扫描量热法(DSC)对比了原料FOX-7、重结晶FOX-7以及碾碎的重结晶FOX-7三种颗粒的转晶及热分解行为,并采用真空安定性测试比较了3种具有典型粒径及形貌差异的FOX-7的放气速率及放气量。结果表明,两种具有更多缺陷的FOX-7颗粒第一步热分解峰温度均低于重结晶样品;当FOX-7粒径较小,会导致其在DSC曲线上β到γ相变吸热峰消失;通过增加单次测试样品量或增加升温速率,增强相变热效应聚集,仍可观察到该相变过程;当加热时间相同,小粒径的FOX-7放气总量大于大粒径的颗粒;当大粒径颗粒表面具有缺陷,其放气量会更快达到最大值;当小粒径颗粒表明无明显缺陷,其加热初期放气量较小,但随着加热时间延长,其总放气量会显著增加并最终超过大粒径颗粒;FOX-7颗粒粒径决定了总放气量,而其颗粒缺陷决定了放气速率;苯胺类安定剂对FOX-7具有较好的放气抑制效果。

切削速度对某新型易切削钢切屑形态及加工表面形貌影响

为了明确切削速度对某新型易切削钢切屑形态及加工表面形貌的影响规律,开展了不同切削速度下某新型易切钢的切削试验,研究切屑形态和已加工表面形貌并分析其产生原因。结果表明:宏观上,在切削速度大于150 m/min时,该易切削钢切屑以短管螺旋状为主,当切削速度小于150 m/min时,切屑以发条状和破断弧形为主,形成锯齿形切屑的临界切削速度大约在200 m/min;切削速度影响切屑底面形貌,在低速切削时,切屑底面较多大小不一的撕裂状凹坑、沟槽,当切削速度增大至200 m/min时,能够形成表面较光滑的切屑底面;低速切削该易切削钢时,工件表面粗糙度较大,3D形貌显示波峰高度、波谷深度也均较大,随着切削速度的增加,粗糙度减小,3D形貌亦趋于平缓。

基于变分立体匹配算法的GMAW熔池形貌三维重建

为实现完整熔池表面形貌三维传感,构建了双棱镜单摄像机立体视觉传感系统.针对熔池图像纹理缺乏造成的立体匹配困难的问题,引入了全局优化的变分立体匹配算法,通过建立包含灰度差异数据项和空间连续性约束项的能量函数的可行性泛函,经过迭代求解获得具有丰富细节的熔池表面稠密视差图.对自制非标准凹面形状进行立体匹配和三维重建,结果表明,宽度误差小于3.16%,深度误差小于4.82%.基于该算法实现了熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)的堆焊及V形坡口对焊条件下,不同熔透状态熔池稠密视差图计算和表面形貌的三维重建.

基于激光视觉传感器的机械零件形貌检测方法

形貌检测一直机械零件加工的关键技术,当前机械零件形貌检测方法存在许多不足,形貌检测误差,耗时比较长,为了获得更加理想的机械零件形貌检测结果,设计了基于激光视觉传感器的机械零件形貌检测方法。首先研究机械零件形貌检测的研究现状,找到引起机械零件形貌检测效果差的原因,然后引入激光视觉传感器对机械零件图进行采集,并对原始图像进行去噪、均衡化处理,提取机械零件形貌检测特征,最后根据特征进行机械零件形貌检测,并进行了机械零件形貌检测仿真测试,结果表明,本方法对零件1的检测误差为3μm,对零件2的检测误差为5μm;对零件1的检测时间为7 ms,对零件2的检测时间为6.5 ms;有效减少了机械零件形貌检测误差,提高了机械零件形貌检测精度,具有更高的实际应用价值。

柠檬酸对脱硫石膏水热产品形貌的影响机理

本文以脱硫石膏和柠檬酸为主要原料水热制备半水硫酸钙晶体,采用XRD、FTIR等手段对晶体进行表征,研究柠檬酸对半水硫酸钙晶体形貌的影响及其反应机理。结果表明,当柠檬酸用量为0.20%时,溶液中C_(6)H_(6)O_(7)^(2-)和C_(6)H_(7)O_(7)^(-)不仅能够通过化学吸附的形式与半水硫酸钙晶体的(020)晶面、(400)晶面和(204)晶面上的Ca^(2+)生成柠檬酸钙沉淀,还可通过静电吸附的形式吸附在(204)晶面上。此外,C_(6)H_(8)O_(7)与吸附在半水硫酸钙表面的柠檬酸根通过碳链之间的缔合作用和羟基之间的氢键作用相互吸附进而包覆在晶体表面,不利于SO_(4)^(2-)等生长基元在晶体表面的沉淀,使其形貌从纤维状向六棱柱状转变。当柠檬酸用量大于0.20%时,柠檬酸在溶液中主要以C_(6)H_(8)O_(7)的形式存在,C_(6)H_(8)O_(7)与吸附在半水硫酸钙表面的柠檬酸根之间的缔合作用和氢键作用占主导地位,从而不利于半水硫酸钙晶体的(020)晶面和(400)晶面上的生长,使晶体形貌由六棱柱状向板状转变。

超声混粉电火花加工热力学仿真及表面形貌研究

为了研究超声振动和混粉对电火花加工的影响,基于传热理论,结合超声和混粉特性建立了超声混粉电火花传热模型。基于建立的传热模型对超声混粉电火花加工去除材料过程进行瞬态热力学仿真,并通过实验验证了仿真结果的准确性。通过仿真和实验分析了普通电火花、超声电火花、混粉电火花和超声混粉电火花四种加工方式,结果表明超声混粉电火花加工效率比普通电火花加工效率提高了23%。加入混粉和施加超声可以减少加工表面积碳,提高表面质量;可以使放电凹坑变得更加规则,使表面粗糙度降低。混粉电火花加工相对于普通电火花加工其表面粗糙度平均降低了8.9%,超声混粉电火花表面粗糙度相对于普通电火花平均降低了4.3%。

5%Ag掺杂对MNO_(2)纳米棒和海胆微球形貌及其甲苯氧化性能的影响

采用水热法制备了MNO_(2)纳米棒和海胆微球,并原位掺杂5%Ag制备了Mn-Ag复合氧化物,利用SEM、XRD、BET、Raman等表征技术对其结构进行表征,并考察不同催化剂对甲苯的去除性能。结果表明:(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)的掺入量会对MNO_(2)的形貌产生影响,当其掺入量为2.28 g时,形成MNO_(2)纳米棒,当其掺入量为6.84 g时,形成MNO_(2)海胆微球;MNO_(2)纳米棒掺杂5%的Ag后,形貌未发生变化,但当MNO_(2)海胆微球掺杂5%Ag时,表面的纳米线较MNO_(2)海胆微球有所增长,且出现了缠绕现象,形成了空心鸟巢状结构;5%Ag掺杂后,对MNO_(2)纳米棒和MNO_(2)海胆微球的晶型未产生影响,均为α-MNO_(2),但5%Ag-MNO_(2)纳米棒出现了Mn2O_(3)的衍射峰;MNO_(2)海胆微球较MNO_(2)纳米棒的比表面积、孔径和孔容均增大,且Ag的掺杂进一步提高了MNO_(2)海胆微球的比表面积、孔径和孔容;MNO_(2)海胆微球比MNO_(2)纳米棒具有更好的甲苯去除性能,且5%Ag掺杂后,MNO_(2)海胆微球对甲苯的去除性能达到最好。

基于分形理论的旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面微观形貌

为了研究旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面的微观形貌,基于分形理论研究不同加工参数下Si_(3)N_(4)陶瓷表面微观形貌的变化。设计旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷正交试验,对比分析不同加工参数对Si_(3)N_(4)陶瓷表面分形维数和多重分形谱的影响,并设计单因素试验研究不同加工参数下Si_(3)N_(4)陶瓷表面的粗糙度、分形维数和多重分形谱。结果表明:旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面时,分形维数能更好地表征其加工表面的缺陷状态,多重分形谱则能更好地表征其加工表面缺陷的起伏程度变化。

易切削钢Te元素含量对其切削表面形貌的影响研究

采用硬质合金刀具对三种不同Te元素含量的易切削钢12L14,12L14+Te(0.017),12L14+Te(0.05)进行切削实验,研究其已加工表面形貌状态及原因。试验研究结果表明:12L14+Te(0.017)材料的已加工表面最光滑,粗糙度值最小;12L14+Te(0.05)材料的已加工表面最粗糙,微观形貌显示存在较多撕裂;切削不含Te元素的12L14材料时,已加工表面形貌与粗糙度值介于二者之间;添加Te元素材料会生成MnTe等熔点较低的化合物,在切削中起到应力集中源的作用,易导致已加工表面出现微观撕裂现象,但同时减小了刀具积屑瘤形成的可能,所以易切削钢切削表面形貌的生成是二者因素综合影响的结果。

深度与形貌检测的仿生磁致伸缩触觉传感器设计及实验测试

物体表面形貌深度信息对于智能机器人检测物体表面特征、人机交互具有重要意义。受动物毛发感知机理启发,设计了一种新型仿生磁致伸缩触觉传感器单元及阵列;基于逆磁致伸缩效应、欧拉-伯努利梁理论和胡克定律,推导了深度检测的输出电压模型。仿真研究确定了最佳偏置磁场和阵列间距,实验测试了传感器单元在静态和动态下的输出特性,在0.05~4.8 mm深度检测范围内,灵敏度为185.72 mV/mm,响应时间和恢复时间分别为31 ms和43 ms,且具有良好的重复性,传感器阵列中单元之间输出电压的耦合影响不超过2.4%。将传感器单元及阵列安装在机械手上,选择合适的滑动速度滑过不同物体表面时,根据输出电压波形精确测量各种深度和形貌,结果表明该传感器单元和阵列可为深度与形貌检测提供参考。