磷化镓晶体的声光特性及应用

磷化镓晶体具有高声光优值、高声速和低声衰减系数,是制作声光调制器的优良材料之一。对磷化镓晶体的关键声光参数进行了测试评估,并基于磷化镓晶体研制了光脉冲上升时间为6.6 ns的高速光纤声光调制器,移频频率为1.5 GHz的高频空间声光调制器,以及3 dB移频带宽125 MHz的大带宽光纤声光调制器。

多重谐振水泥基声子晶体带隙特性研究

为了拓宽混凝土超材料弹性波衰减带的范围,本工作基于局域共振理论提出了一种多重谐振水泥基声子晶体。利用有限元方法,计算了多重谐振水泥基声子晶体的能带结构、本征模态和衰减特性,研究了带隙产生机理和影响因素,根据质量-弹簧系统推导了带隙估计式,分析了混凝土超材料充填层结构的减振性能。结果表明:多重谐振水泥基声子晶体在1~400 Hz频段内具有两个带隙,其中带隙的起始和截止频率由散射体Ⅰ、散射体Ⅱ和水泥砂浆基体的振动模式决定;包裹层的弹性模量、泊松比以及厚度是影响带隙的主要因素;由多重谐振水泥基声子晶体组成的混凝土超材料充填层结构在1~400 Hz频段内的加速度级均小于普通自密实混凝土充填层结构,特别是在带隙频段范围内振动降低了6~9 dB。

基于声子晶体的高速列车地板支撑层隔声研究

随着高速列车运营速度不断提高,轨道交通产生的振动噪声会严重影响列车的车内声环境,进而降低乘坐舒适性,因此针对列车噪声源部位的车体隔声设计至关重要。目前的隔声措施能够有效控制车内中高频噪声,而对于低频噪声的抑制效果还有待进一步提升。声子晶体是一种具有弹性波带隙的周期性结构材料,该结构不需要大尺寸即可在局域共振作用下形成低频带隙,进而抑制弹性波的传播从而起到低频降噪作用。基于声子晶体周期性理论,以车辆转向架部位地板的木骨支撑层为对象,研究声子晶体在木骨支撑层隔声中的应用,系统分析声子晶体结构的带隙特性和隔声特性以及基于声子晶体结构的支撑层隔声性能。研究结果表明:通过改变结构形式及其参数可实现对于声子晶体结构的带隙形成频带及其隔声特性的人为设计和控制;以高速列车地板中的木骨结构为对象,结合声子晶体理论将其设计为木骨和声子晶体组合结构形式,不仅能够保持声子晶体在0~220 Hz低频段和620~710 Hz频段优越的隔声性能,同时可极大提升220~620 Hz频段的隔声性能;既维持该层结构的支撑作用,又能很好提升隔声性能,在高速列车地板设计中具有很强的有效性和适用性。

基于局域共振型声子晶体塔筒结构海上风机减振特性研究

针对海上风机的振动控制问题,提出一种局域共振型声子晶体塔筒结构,基于周期结构的Bloch定理,采用有限元法计算该结构的能带结构、特征模态所对应的位移场以及相应有限周期声子晶体塔筒结构的振动传输曲线,对其展现出的带隙特性进行分析。基于局域共振带隙的形成,研究声子晶体塔筒结构的振动控制问题,可将其应用于不同海洋环境中海上风机特定频率的减振。得出声子晶体塔筒结构在xy平面内与z方向上受激励时的振动传输曲线,选取两者在特定频率下的结构位移图分别进行分析,计算出非理想化声子晶体塔筒结构在xy平面内与z方向上受激励时的振动传输曲线并加以对比。研究各参数对声子晶体塔筒结构带隙衰减频段的影响规律,通过合理调整设计参数,可以实现结构特定范围内的低频隔振,证明其在复杂海洋环境中海上风机减振方面具有很好的应用前景。

基于声子晶体的周期性基础机器振动波衰减性能分析

文章利用COMSOL多物理场程序计算不同参数周期性基础的衰减域特性,探讨周期性基础对机器振动波的衰减和阻隔作用。利用商业有限元ABAQUS软件建立周期性基础机器振动有限元模型,对不同厚度、材料的周期性基础模型进行频域分析,得到周期性基础的频散关系;通过时程分析研究周期性基础机器的动力响应和振动衰减效果。结果表明:当输入波的频率处于周期性基础频率带隙内时,可以有效地减小上部机器的动力响应;当输入波的主频处于周期性基础频率带隙外时,无法减小上部机器的动力响应;不同厚度和材料的周期性基础的带隙以及对于上部机器振动的减振效果不同。研究结果为周期性基础在工业厂房机器减振中的应用提供了新的思路和方法。

基于含氮衍生物和羧酸的Co(Ⅱ)配合物的合成、结构及磁学、荧光性质

利用水热合成法合成了2种新型的金属有机配合物{[Co(Hbmp)_(2)(H_(2)O)·TFBDC}(1)和{[Co(Hbmp)(TDC)(H_(2)O)]}n(2)(Hbmp为2-(2-苯并咪唑基)-6-甲基吡啶,H2TFBDC为四氟对苯二甲酸,H2TDC为2,5-噻吩二甲酸),利用X射线单晶衍射、X射线粉末衍射、元素分析和红外光谱等方法对其结构进行表征.结果表明,配合物1的晶系是斜方晶系,Fddd空间群,中心离子Co(Ⅱ)为三角双锥构型,晶胞参数为a=1.47278(11)nm,b=2.9178(3)nm,c=3.0274(2)nm.配合物2的晶系是单斜晶系,C2/c空间群,中心离子Co(Ⅱ)为八面体构型,晶胞参数为a=1.77753(17)nm,b=1.84660(17)nm,c=1.33365(12)nm.零维结构的配合物1通过丰富的C—H…O、C—H…F、N-H…O、O—H…O氢键作用力形成三维超分子网状结构.配合物2则是利用羧酸的2种配位模式,将相邻的金属Co(Ⅱ)连接形成了一维链状结构,并借助于丰富的氢键作用力,也拓展成为了三维超分子的网状结构.利用紫外漫反射光谱分析,得到1的E_(g)值为2.65 eV,2的E_(g)值为2.85 eV,证明这2种配合物均是潜在的半导体材料.在1000 Oe的磁场作用下,在2~300 K之间研究了2个配合物的磁性,将测试的变温磁化率数据进行居里外斯拟合,得到居里外斯温度分别为-5.13 K和-5.84 K,证明了这2种配合物存在反铁磁相互作用.

混合钎料对镍基单晶高温合金大间隙钎焊接头组织和性能的影响

【目的】采用一种新型镍基钎料和母材成分一致的高熔点合金粉混合的方法制备出混合钎料,研究了添加的高熔点合金粉的粒径和配比对钎缝微观组织和力学性能的影响。【方法】采用扫描电子显微镜对钎焊接头的析出相、元素分布、微观组织进行了分析,并对钎焊接头的硬度及持久性能进行了测试。【结果】研究表明,接头主要由钎料合金区(FAZ)、界面连接区(IBZ)和扩散影响区(DAZ)三部分组成。钎料合金区主要由M3B2和M8B型硼化物及γ/γ′相组成。界面连接区由γ和γ′沉淀强化相组成。当合金粉粒径为44μm和75μm时,均可得到无缺陷的焊接接头;但当合金粉粒径尺寸达177μm时,钎缝内会形成孔洞缺陷。【结论】随着合金粉比例的提高,接头连接区的显微硬度有所上升。当合金配比由30%到50%,接头的持久寿命由15 h增加至34 h;但进一步提升比例至60%时,接头的持久寿命下降至0.6 h。该文的结果可为实现高温热端零部件的连接和修复工程应用提供理论依据和参考价值。

圆柱空腔橡胶层局域共振声子晶体双层板减振特性分析

针对机械设备中的低频减振问题,提出一种圆柱空腔橡胶层局域共振声子晶体双层板结构,即在双层板间周期性排列具有圆柱空腔的橡胶层和实心散射体振子。首先结合弹性波理论和BLOCH定理,采用有限元方法计算带隙范围并分析弯曲波带隙形成的原理,其次通过单变量和组合变量的方式分析单元参数对带隙的影响规律并依此对单元参数进行调整,使其弯曲波带隙范围为48.52~206.21 Hz,最后通过振动传输特性仿真验证其对弯曲波振动的减振效果。研究表明,圆柱空腔橡胶层双层板式声子晶体可以产生200 Hz以下的弯曲波带隙,且可以通过调整单元参数来使其匹配目标减振频段。声子晶体板的振动传输特性分析和振动位移图验证了其对带隙范围内弯曲波传输的抑制作用,可为基于声子晶体减振的工程应用提供一定的参考。

1,1’-磺酰基双(2-甲基-1H-咪唑)对宽带隙钙钛矿太阳电池性能的影响

对倒置结构,带隙为1.68 eV的钙钛矿太阳电池光吸收层掺杂1,1’-磺酰基双(2-甲基-1H-咪唑),以改善钙钛矿薄膜质量,提高太阳电池性能。空间电荷限制电流(SCLC)测试结果表明,掺杂后的钙钛矿薄膜的缺陷密度明显降低;稳态光致发光光谱(PL)结果表明,掺杂后的钙钛矿薄膜的非辐射复合被显著抑制;最终太阳电池的开路电压达到1.17 V,光电转换效率达到21.42%,在氮气环境下储存1000 h后,未封装的太阳电池仍能保持初始效率的96%,稳定性显著提高。

考虑模糊变量的声子晶体带隙特性研究及优化

针对声子晶体设计中存在模糊变量导致带宽不可靠问题,建立新型二维多组元局域共振型声子晶体,通过数值计算得到带隙曲线并探究带隙产生机制,并基于分析包覆层几何参数和材料参数对带隙影响结果,考虑将环状包覆层材料参数作为模糊变量,几何参数作为设计变量,通过拉丁超立方体抽样进行实验设计建立基于Kriging模型的声子晶体带隙优化模型,利用麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)对Kriging模型进行全局寻优,得到声子晶体最优设计解。结果表明,优化后带隙宽度从101.17 Hz变为224.164 Hz,增大121.5%,且带宽边界均在设计目标范围内,所提出的Kriging带隙优化模型在避免大量数值计算的同时,考虑了模糊变量的影响,具有较高的预测精度和可靠性,为声子晶体设计提供新研究思路。

光子晶体红外光谱特性调控及应用研究进展

光子晶体结构所具有的光子带隙和光子局域特性使得处在带隙内的电磁波无法传播,为实现目标红外隐身提供了重要手段。结合光子晶体的结构和工艺特性,总结了现有光子晶体红外光谱特性调控机理、调控设计方法和材料类型,包括周期结构优化、化合物材料、金属材料、等离子和超导材料等引入在光子晶体红外带隙调控方面的应用,并对光子晶体的未来发展进行了展望,以期对光子晶体在带隙调控和目标隐身等需求提供借鉴。

面向目标频率的声学超结构带隙优化设计研究

本文对悬臂梁式局域共振声子晶体的带隙特性进行研究,并提出一种通用的带隙优化设计方法。首先,分析声子晶体的带隙结构和形成机理,发现模态有效质量占比是带隙能否打开的关键因素。其次,基于响应面法对声子晶体的带隙进行优化设计研究,借助参数相关性分析筛选出关键的设计变量,通过最优空间填充设计获取试验点,构建响应面模型进行多目标优化,从而获得能够匹配特定目标频率的带隙优化设计方案。最后,对提出的优化方案进行验证。结果显示,优化后的局域共振单元2条带隙均在目标频率处打开。本研究成果可为局域共振型声子晶体的带隙优化设计提供一种方法和思路。

周期管路系统的振动特性研究

管路系统广泛应用于船舶动力、海洋工程、建筑环境等领域,其振动噪声可能会导致设备的失效与破坏。具有弹性波带隙特征的周期性结构设计可在特定频段内实现波的人为调控,有效降低管路结构的低频振动噪声。将周期结构引入一维管路系统,基于布拉格散射和局域共振2种带隙机理,设计具备全频段良好减振性能的周期管路结构。结合传递矩阵法和有限元法,计算了布拉格型管路的能带结构与减振特性。建立引入局域共振单元的周期管路系统有限元模型,计算并分析晶格常数、周期数量、局域振子尺寸等参数对周期管路结构振动特性的影响规律。结果表明,基于声子晶体带隙特性设计的周期管路系统具有优良的减振性能。

DD26单晶高温合金钎焊接头微观组织与力学性能研究

采用NiNbCoWCrAlSiMo钎料,在1225℃/30 min钎焊条件下开展了DD26单晶高温合金的钎焊试验,分析了0.05 mm、0.20 mm两种钎焊间隙对应接头的微观组织和性能。研究发现,接头组织主要由颗粒状的γ+γ′双相组织,以及分布在颗粒相之间的富W相和Ni–Nb(Si)相构成。当钎焊间隙为0.05 mm时,接头室温抗拉强度为614 MPa,达到DD26单晶合金的75.9%;1000℃抗拉强度为466 MPa,达到DD26单晶合金的78.8%;1000℃/75MPa条件下的持久寿命最高可达44.6 h。当钎焊间隙为0.20 mm时,接头室温抗拉强度为686 MPa,达到DD26单晶合金的84.8%;1000℃抗拉强度为479 MPa,达到DD26单晶合金的81.0%;1000℃/75 MPa条件下的持久寿命最高可达17.5 h。焊后热处理对间隙0.05 mm的接头持久性能影响不明显,间隙0.20 mm的接头持久性能在热处理后有所提升。断口分析发现,接头断裂表现出裂纹沿颗粒状的γ+γ'双相组织边缘扩展的特征。

功能梯度材料声子晶体低频带隙特性研究

声子晶体作为一种减振降噪的结构已经在建筑、土木等领域被广泛应用。基于局域共振声子晶体理论在前期研究的基础上对一种含二维变化功能梯度材料的声子晶体进行优化设计,并通过有限元数值仿真研究该声子晶体的减振性能。结果表明:功能梯度材料声子晶体能带结构在0~1000Hz内共有3条完全带隙,其第一禁带的起始频率约为0,第三禁带截止频率为991.36Hz,总禁带宽度为990.85 Hz,在该带隙范围内占比为99.08%,并且在X方向上对该声子晶体10×5个周期进行传输特性分析,分析结果完全验证了禁带的存在,证明含二维变化功能梯度材料的声子晶体能有效抑制0~1000 Hz的弹性波,最后将含功能梯度材料声子晶体与传统声子晶体进行对比分析,验证了功能梯度材料声子晶体的减振性能。研究结果可为土木交通工程减振降噪提供一种新的设计方法。

声子晶体研究概述

声子晶体是一种新型的声学功能材料,对声子晶体的研究引起了各国研究机构的极大关注。文章介绍了声子晶体的概念及基本特征,阐述了声子晶体禁带机理及声子晶体的各种潜在应用领域,最后对声子晶体的研究发展作了展望。

连续渐变周期的一维光子带隙结构全能反射器

采用转移矩阵法设计了一种具有连续渐变周期的一维光子带隙结构全能反射器 ,它在一般材料选取情况下 (如TiO2 /SiO2 ) ,在可见光区能达到几十甚至几百纳米量级的带隙宽度全向反射 研究表明 ,其带隙宽度随着周期数和渐变周期的大小改变而改变 当周期数不断增大时 ,带隙宽度不断增大 ;当渐变周期的大小在一定范围内不断增大时 ,带隙宽度同样不断增大

二维声子晶体异质线缺陷的声波导特性

以二维铝圆柱/空气体系声子晶体引入正方柱线缺陷为研究对象,采用平面波法结合超元胞的方法研究了该异质线缺陷的填充系数、旋转等因素对声波导的影响,讨论了异质线缺陷模场分布。结果表明,当f=0.7、fd=0.5旋转散射柱时,缺陷带只出现在-45°<θ<45°范围内,且位置随旋转角变化;带隙中缺陷带的数量随fd的增加而减少,当fd很小时,异质线缺陷的旋转对声波导没有影响;缺陷态的模场分布取决于它在带隙中的位置和距带隙上下边带间的距离。

一维杆状声子晶体的带隙特性

用有限元方法计算了一维杆状声子晶体的振动传输特性及其振动模态,从振形角度分析了一维杆状声子晶体相关参数(物理参数、尺寸参数)对带隙起始频率及带隙宽度的影响,发现带隙的形成与其模态振形密切相关,各参数对声子晶体带隙的影响主要是影响了个模态所在的频率,从而改变了其带隙的起始位置及宽度。

声子晶体与汽车振动噪声控制

声子晶体是一种具有弹性波带隙的周期性结构功能材料,振动频率在声子晶体带隙范围内的振动会被抑制或禁止传播,它所具有的这种弹性波带隙特性为减振技术的发展提供了一种新的可能。在介绍声子晶体的基本理论及特征的基础上,阐述了声子晶体在振动与噪声控制领域的研究现状及声子晶体在汽车减振降噪方面的应用。