激光离子加速研究与应用展望

激光离子加速是近年来激光等离子体领域兴起的研究热点之一。激光产生的高能离子束具有高亮度、小尺寸、脉宽窄和方向性好等特点,具有很多潜在的应用。概述了几种常见的激光离子加速物理机制,对一系列激光离子加速实验进展进行了归纳总结,最后介绍了几种激光驱动离子束的潜在应用。

二维材料力学行为的压痕测试

准确了解二维材料的力学性能对于推动其应用具有重要意义,无基底压痕技术是目前最广泛采用的二维材料力学性能测试方法之一,本文综述了二维材料压痕研究的最新进展以及所面临的问题,并对将来的研究工作进行了展望.无基底压痕技术是将二维材料转移到带有沟槽或柱形孔的基底上,制备二维材料"梁"和"鼓"模型,然后利用原子力显微镜测量其在压针作用下的载荷–位移关系,最后通过基于连续介质薄膜导出的压痕响应分析模型拟合实验结果,估算出二维材料的弹性模量和本征强度.由于二维材料的厚度远小于连续介质薄膜,来自于压头以及基底孔侧壁的范德华力对二维材料的压痕响应具有显著影响,造成二维材料与传统压痕分析模型中的基本假设不符,导致不能准确预测二维材料的弹性模量;另外,由于传统压痕模型无法准确描述二维材料在大变形下的非线性行为,以及由缺陷等引起的应力集中,导致由压痕测试表征的二维材料(特别是多晶二维材料)本征强度具有较大的偏差.因此,一方面需要正确了解由压痕技术获得的二维材料力学性能,另一方面还需对目前的研究方法做进一步的改进和完善.

纳米流控能量吸收耗散系统

基于纳米流控行为设计的新一代能量吸收耗散系统(nanofluidic energy absorption system,NEAS)将会比传统吸能材料具有更高的能量吸收密度,而且还可以重复使用,特别是在小体积应用环境下具有显著的优势.本文从实验和计算模拟两方面综述了目前关于NEAS能量吸收耗散行为的最新研究进展,其中实验研究主要包括准静态压缩和动态压缩测试,计算模拟研究主要是采用基于经验势的分子动力学模拟方法.通过准静态压缩实验,可以测量NEAS模型的载荷-位移关系曲线,从而获得NEAS模型的临界渗透压强,了解卸载后系统是否能够恢复到加载前的状态(即是否可以重复使用),并通过载荷-位移关系曲线下面积估算NEAS模型的吸能密度;通过动态压缩实验可以测量NEAS模型对脉冲载荷的缓冲保护作用,主要体现为降低脉冲载荷幅值和扩展脉冲宽度.计算模型研究可以明确给出NEAS对外载荷的微观响应,从而可以准确了解NEAS的能量吸收耗散机制以及吸能密度的主要影响因素.本研究可以帮助我们全面了解NEAS的研究进展,为NEAS的设计与优化提供重要指导.

压力驱动纳米流控行为的计算模拟研究

由于纳米流控实验技术的限制,计算模拟已成为纳米流控行为的主要研究手段,其中基于经验势函数的分子动力学模拟是目前计算模拟研究所采用的首选方法.通过分子动力学模拟可以显性地获得液体分子在纳米通道中的具体运动细节(系统中所有原子的位移、速度和加速度),从而能够准确了解液体在纳米通道中的行为与系统控制参量的相互关系,包括外加载荷、纳米通道尺度、以及液体物理性质对纳米流控行为的影响.目前压力驱动纳米流控行为相关研究主要包括压力驱动下液体对疏液性纳米通道的浸润行为(流体从通道外进入通道)、液体在纳米通道中的传输行为(包括稳态和非稳态传输)、以及最终充满整个通道的过程,还涉及在纳米流控过程中液体的微观结构与势能变化.这些研究结果对于发展基于纳米流控行为的潜在应用具有重要指导意义,例如:设计具有更高能量吸收密度以及可以重复使用的新一代能量吸收耗散材料等.