双束延时飞秒激光调控制备二维亚波长周期阵列结构

利用偏振垂直的双束延时蓝色飞秒激光(400 nm)经柱透镜聚焦扫描钼表面,获得了二维矩形周期排列的方形和(椭)圆形阵列结构,以及六边形周期排列的三角形阵列结构。最小结构尺寸和周期达到100 nm和280 nm。研究发现双束飞秒激光的能量密度和能量比是不同类型结构形成及形貌转化的关键参数。通过优化激光参数,实现了圆形和三角形阵列结构的大面积均匀制备。两种周期排布的阵列结构的形成与双束延时飞秒激光与材料作用的超快动力学过程之间的瞬态关联作用以及作用过程中表面等离激元波的共线和非共线激发密切相关。该二维周期阵列结构加工方法及理论可拓展至其它硬质金属和半导体硅表面。

SiC微粒辅助掩膜电解加工金属微孔阵列结构的研究

针对掩膜电解加工(TMECM)金属微孔阵列结构存在定域性差、微孔孔径的加工精度及刻蚀深度难以满足要求的问题,提出了SiC微粒辅助掩膜电解加工(PA-TMECM)的方法。研究了SiC微粒直径、质量浓度及电解液流量对304不锈钢表面微孔阵列结构加工效果的影响,探讨了微粒辅助掩膜电解加工的作用机制。实验结果表明:当SiC微粒质量浓度为6 g/L、直径为40μm、电解液流量为3000 mL/min时,加工定域性最佳,蚀刻因子为3.52。在微粒辅助掩膜电解加工过程中,微粒通过持续、高频的冲击作用有效去除了阳极表面的电解产物,增大了微孔刻蚀深度,限制了侧向刻蚀,最终提高了掩膜电解加工的定域性。

单层聚苯胺微球阵列结构的制备及其吸附性能

周期性阵列结构纳米材料广泛应用于材料化学、能源储存、光子学、分子传感、生物医学等领域。采用溶液法制备了平均直径为1.45μm、单分散性较好的氨基化聚苯乙烯(aminated polystyrene,aPS)微球;以普通非导电性载玻片为支撑基板,利用旋转涂覆法,通过改变旋涂时间、旋转速度、aPS微球的固含量等,成功将aPS微球制备成单层规整排列的阵列结构。该阵列结构具有预期的单层结构,aPS微球呈现良好的周期性排列,整体结构可以看作是周期性排列的微球阵列。并以此作为合成模板,采用稀溶液合成法,将聚苯胺(polyaniline,PANI)原位生长在aPS微球阵列上,得到具有规整排列的PANI@aPS微球阵列。通过染料罗丹明6G(R6G)吸附实验发现,未氨基化的PS微球、aPS微球阵列,纯PANI和PANI@aPS微球阵列对R6G的饱和吸附量分别约为1.3、2.0、5.0和7.1 mg/g,表明PANI@aPS微球阵列对R6G具有较好的吸附性。与提拉膜等规整排列技术相比,该方法更为便捷,容易在一般实验室实现,可以为金属纳米粒子(Au和Ag)、无机化合物和导电聚合物的规整生长提供模板。

二维圆弧阵列结构共面冲击下的平台应力研究

借助数值模拟和理论分析的方法研究了二维圆弧阵列结构在不同冲击速度下的共面平台应力.利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了二维圆弧阵列结构共面冲击下的有限元模型,并用压缩试验验证了有限元模型的可靠性.数值模拟结果表明该结构在低速冲击下呈现出“波浪”形坍塌,中速冲击下呈现出“一”字形加“波浪”形坍塌,高速冲击下表现为稳定的“一”字形坍塌.基于线性回归理论推导出不同变形模式间的临界速度表达式,发现其与相对密度呈线性关系.根据特征单元变形模式,推导出了预测二维圆弧阵列结构在不同冲击速度下平台应力的理论模型,理论值与有限元计算值吻合较好,最大相对误差为9.79%.此外,大量参数化计算后发现:同一结构参数下,二维圆弧阵列结构共面平台应力与冲击速度的平方呈线性关系,并随冲击速度的增大而增大;同一冲击速度下,其共面平台应力随着壁厚半径比的增大而增大;同一相对密度下,其共面平台应力随着圆弧角度的增大而增大.

碱性聚合物电解质膜的表面锥形阵列结构提升燃料电池性能

燃料电池作为一种清洁高效的能量转换装置,被认为是构建未来社会可再生能源结构的关键一环。不同于质子交换膜燃料电池(PEMFC),碱性聚合物电解质燃料电池(APEFC)的出现使非贵金属催化剂的使用成为可能,因而受到了日益广泛的关注和研究。APEFC的关键结构是膜电极,主要由聚合物电解质膜和阴阳极(含催化层、气体扩散层)组成,膜电极是电化学反应发生的场所,其优劣直接决定着电池性能的好坏。因此,基于现有的碱性聚合物电解质及催化剂体系,如何构筑更加优化的膜电极结构,使APEFC发挥出更高的电池性能是亟待开展的研究。本文首先通过模板法在碱性聚合物电解质膜的表面构建出有序的锥形阵列,再将具有阵列结构的一侧作为阴极来构筑膜电极,同时,作为对比,制备了由无阵列结构的聚合物电解质膜构筑而成的膜电极,最后对基于两种不同膜电极的APEFC的电化学性能进行了对比研究。实验结果表明,锥形阵列结构可以将APEFC的峰值功率密度由1.04 W·cm^(−2)显著提高到1.48 W·cm^(−2),这主要归因于在APEFC的阴极侧具有锥形阵列结构的聚合物电解质膜的亲水性的提升和催化剂电化学活性面积的增加。本工作为碱性聚合物电解质燃料电池的膜电极结构设计与优化提供了新思路。

多孔GaN阵列结构的制备及其光电性能

以硝酸钠溶液作为腐蚀液,通过电化学和紫外辅助电化学相结合的两步法腐蚀GaN薄膜,制备出了多孔阵列结构。采用扫描电子显微镜(SEM)表征了多孔阵列结构的形貌,结果表明多孔GaN阵列结构排列整齐,孔径分布均匀,其平均孔径为24.1 nm,孔隙密度为3.86×10^(10 )cm^(-2),深度为2μm。利用X射线衍射仪(XRD)和Raman光谱仪表征了多孔GaN阵列的晶体结构,与平面GaN薄膜相比,多孔GaN阵列结构的晶体质量更好,且具有较低的残余应力。使用光致发光(PL)光谱和紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱表征了GaN的光学性能,与平面GaN薄膜相比,多孔GaN阵列结构的光致发光强度和光吸收能力有较大提升。通过电化学工作站对多孔GaN阵列结构的光电性能进行测试,在1.23 V偏压下,多孔GaN阵列结构的光电流是GaN平面结构的约3.36倍,最大光电转化效率ηmax是平面GaN薄膜的约3.5倍。该研究为多孔GaN阵列结构的应用提供了一定的实验数据和理论指导。

微阵列结构柔性压力传感器研究进展

柔性压力传感器因形状易控、体积小、机械性能好等优点,成为柔性电子器件领域的研究热点之一。传统工作原理下,除先进功能材料外,微阵列结构的引入对进一步提升器件灵敏度、响应时间等综合性能具有重要意义。本文从材料选择、微阵列分布方式、构造方法及传感特性等方面对微阵列结构柔性压力传感器的研究进展进行了综述。首先,归纳了微阵列构造常用材料;其次,对比了基于不同分布方式的微阵列结构;随后,总结了微阵列结构的制备工艺;最后,重点讨论了几种常见微阵列柔性压力传感器的传感特性机理。未来应进一步从传感器力-电转换机制、多元环境下器件工作稳定性等方面进行深入探究,以期为开发超高性能柔性传感器件提供理论基础。

双阵列结构电离器件放电动态特性二维仿真

基于纳米尖阵列的场致发射放电结构是电离式器件的核心,能有效降低放电电压,但同时也决定了该放电结构的放电电流较小难以被精确感知。本文提出了一种双阵列结构电离器件,该器件在相同激励下能够进一步提高放电强度。本文利用有限元方法,对双阵列结构下N_(2)-O_(2)空间的动态电场进行了数值模拟,对纳米尖阵列的放电过程进行了仿真计算。通过计算发现,在双阵列结构下,正负离子对电场强度的时空分布有着较大影响;通过对电子温度发展规律的计算,发现空间电子通过空间电场的焦耳热效应获取能量;最后,通过对电子流及离子流密度变化情况的计算,发现放电电流密度由电子流密度和离子流密度叠加而成,且二次电子发射是空间放电能够自持的重要因素。研究揭示了双阵列结构电离器件的放电机理,为常压微等离子体效应在气体放电领域的应用和推广提供参考。同时,研究涉及的理论和方法还可推广至微等离子体调控及混合离子检测等领域,具有重要的实际意义。

铝阳极氧化膜纳米孔阵列结构的自组织过程分析

提出了在铝阳极氧化膜的生长过程中存在两种力的作用,一种是在阻挡层形成时就已经存在的由于基体铝与氧化铝之间晶格不匹配产生的内应力的作用,另一种是随着纳米孔的形成,存在于纳米孔内壁的表面张力的作用.铝阳极氧化膜纳米孔阵列的自组织过程是在这两种力的共同作用下进行的.这两种力的大小随着纳米孔形貌的变化而改变,当铝阳极氧化膜中的纳米孔呈规则的六角排列时,这两种力达到平衡,此时体系的能量也最低.

阵元利用率最高的MIMO雷达阵列结构优化算法

提出了一种多输入多输出雷达阵列结构优化新算法.首先要求在实际物理阵元数最少的条件下能够在接收端获得尽可能多的有效虚拟阵元数,即系统总的物理阵元利用率最高;然后约束多输入多输出雷达的虚拟阵列满足最小冗余阵的要求,从而提高系统的分辨率并克服栅瓣和高旁瓣的影响.理论分析和算法求解结果都表明,该算法优化出的多输入多输出雷达阵列是收发为同一阵列的非均匀线阵,在物理阵元总数相同的条件下,较其他阵列结构具有更好的波束性能.

沟槽与方柱阵列结构的微铣削和加工表面疏水性

采用理论分析与试验结合的方法研究沟槽与方柱阵列结构参数对水滴在其表面接触角的影响。基于适用于光滑表面的Young氏方程和适用于粗糙表面的Wenzel模型及Cassie-Baxter模型,建立沟槽结构和方柱阵列结构的Wenzel模型公式以及Cassie-Baxter模型公式,计算出水滴在其表面的接触角理论预报值。采用直径0.1 mm微铣刀加工出相应的沟槽结构和方柱阵列结构表面,测量水滴在加工表面上的接触角,并与理论预报值进行比较分析。研究结果表明,沟槽与方柱阵列结构可以使水滴在其表面的接触角增大,接触角随着微结构间距增加而增大,随着凸台(方柱)宽度增大而减小。沟槽结构与方柱阵列结构对接触角的影响规律不尽相同:沟槽结构表面上水滴在垂直于沟槽方向和平行于沟槽方向的接触角有差异并且相互影响;水滴在沟槽结构表面有着更稳定的接触角变化,而在方柱阵列结构表面有更大的接触角,并且更接近球状。

铝基材组织结构对氧化铝薄膜纳米孔阵列结构的影响

Alumina film with nano-pore array structure was prepared by anodic oxidation of aluminum matrix with different techniques treated in phosphoric acid solution.It was indicated that aluminum matrix with different composition had a great effect on the formation process and nano-pore array structure of alummina film.It was found out that the basic cause of such effect was the difference of the crystal defect density of aluminum matrix.

具有三维阵列结构的树枝晶CdS的制备及生长机理研究

采用电沉积和溶剂热相结合的方法,以树枝状金属Cd颗粒为模板和前驱体,在乙二胺溶剂中以六亚甲基四胺(HMTA)为表面修饰剂,制备出具有三维阵列结构的树枝晶CdS。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)结合X射线能谱仪(EDS)等对样品的物相、形貌、元素组分和结构进行了分析。结果表明:在溶剂热反应过程中,当不加入HMTA时,得到的产物是无序的CdS纳米线;而在HMTA的作用下,则生成的是具有三维阵列结构的树枝晶CdS;通过分析溶剂热反应过程中的化学反应,并结合产物形貌演变规律,提出了具有三维阵列结构的树枝晶CdS的形成机理。光催化性能测试表明具有三维树枝晶CdS纳米阵列在可见光照射下表现出良好的光催化活性。

纳米阵列结构功能材料的制备、性质及应用

综述了用径迹蚀刻膜模板和多孔阳极氧化铝模板等制备纳米阵列结构功能材料的方法,介绍了金属、半导体纳米阵列结构功能材料、碳纳米管阵列结构功能材料及纳米阵列复合材料的性质和应用实例,并探讨了其应用前景。

聚丙烯微阵列结构制品熔体充填行为

根据微阵列结构制品熔体的充填特性,设计直径为500μm的微圆柱阵列结构制品模型,并加工注射成型模具,对微圆柱结构制品熔体的充填规律进行实验和模拟研究。结果表明:微结构制品熔体的充填过程和流动前沿形态的实验结果与模拟分析虽然在趋势上比较一致,但在微圆柱成型过程中,流动前沿的形成过程和充填高度的模拟变化规律与实验结果有一定偏差;实验还发现,前期充填阶段对微圆柱成型的贡献较小,微圆柱内流动前沿的形成受到熔体流动速度、微圆柱模壁、熔体流动惯性影响较大,熔体流经微圆柱结构时产生向上的流动涡流,流动前沿形状呈偏心椭球冠状并逐渐发展成球冠状。

纳米线阵列结构温差电材料热电性能测试技术

介绍了一种新的一维纳米线阵列结构温差电材料热电性能测试技术。该技术创造性地采用了液流加热以及异地测温的新方法,成功地解决了对微米厚度的一维纳米线阵列结构热电材料试样两侧均匀加热并保持两侧的温差恒定,以及微米厚度的试样两侧测温的难题。依据这一原理建立了一维纳米线阵列结构热电材料性能测试系统。实验表明,该系统性能稳定,精度高,可胜任一维纳米线阵列结构热电材料的性能测试。

阵列结构辐射与散射特性分析的迭代方法

给出一种适用于有限阵列结构辐射及散射特性分析的迭代方法。该法不受阵列单元排布形式、单元电流分布情况和单元数量的限制 ,对有限周期和非周期阵列的分析都有着较高的计算效率和稳定的收敛性。文中着重以有限周期及非周期带栅的散射分析为例 ,验证了方法的有效性 ,并同有限阵格林函数法 [1] 和逐元法作了比较 。

BP算法的脉动阵列结构在FPGA上的实现

提出了一种用于实现BP神经网络的串行输入串行输出的脉动阵列结构,在FPGA上实现了基于该阵列结构的用于进行“A-Z”的印刷体字符识别系统。文中对FPGA中运算部件的微结构进行了讨论。实验结果表明,与软件实现相比用FPGA实现神经网络算法能够极大地提高BP网络的学习和分类速度。

大型阵列结构电磁特性分析的特征基函数方法

运用基于矩量法的特征基函数方法分析了大型阵列结构的电磁辐射与散射特性。特征基函数方法首先对阵列结构进行分区,通过区间互耦构造高层级基函数,大大降低了生成的全局矩阵的尺度,能够对矩阵直接求解。将特征基函数方法运用于对大型阵列结构的分析中,通过深入的研究,给出了加速计算和节省内存的手段。数值结果表明方法的准确性和高效性。

基于改进粒子群算法的宽带测向阵列结构优化

通过对测向模糊性进行分析,提出了针对宽带信号无模糊测向的阵列结构设计方法。该方法基于改进粒子群优化算法,以测向无模糊及各阵元最小间距为条件,对各阵元位置进行优化设计,得到合适的阵列结构以提高阵列的测向性能。仿真实验证明,改进粒子群算法提高了搜索效率,通过本方法设计的测向阵列在测向带宽内能够得到较高的测向性能,而且最小阵元间距不受均匀线阵中阵元间距不大于半波长的约束。