量子尺度下Ag纳米颗粒吸收散射特性建模及分析

以量子尺度下球形和棒形Ag纳米颗粒为研究对象,通过数值模拟的方法对其吸收散射特性进行建模分析。结果表明:修正模型的计算结果相对于经典模型而言,吸收峰的位置发生明显移动,且峰值明显减小。棒形结构Ag纳米颗粒的吸收峰可有效优化至可见光波段,且有较高的吸收因子值。

润湿性表面液滴导向运动的研究进展

润湿性表面的液滴操控技术由于其在微流控系统设计、生物医学分析、淡水收集、喷墨打印以及换热器等领域具有广阔的应用而备受学者关注。详细介绍了液固接触和液滴运动的基本理论。综述了近年来国内外学者对于润湿性表面上液滴导向传输技术的研究进展,按不同的润湿性表面涉及的不同驱动力,归纳了液滴在润湿性梯度表面上受表面梯度驱动、在超疏水基底异性轨道表面上受重力驱动、在超疏水表面上受外场驱动的三种导向运动,着重阐述了从理论分析到实验实现润湿梯度表面驱动液滴的发展脉络、超疏水基底异性轨道表面的制备方法、液滴运输实验研究和受光、电、热、磁外场响应的不同液滴驱动传输机制,分析对比了各种液滴传输技术的优缺点。最后,提出了对润湿性表面上液滴做曲线运动过程中深入到离心力、表面张力等影响运输可控性的力学特性研究,展望了耦合多外场结合固体润湿性表面的优化设计,来控制多液滴独立导向运动的重要方向,并简要介绍了未来的应用前景。

孔隙分布对分形泡沫金属基相变材料传热特性的影响

基于分形理论,采用Sierpinski分形结构来模拟分形泡沫金属的孔隙结构。以泡沫金属为基体,孔隙中填充相变材料,通过数值计算比较了相同孔隙率和分形维数但不同孔隙结构分布规律的泡沫金属基相变材料在恒热流边界条件下的传热特性差异,得到了在传热过程中相变材料的相变率随时间变化及其相场分布情况云图。结果表明:当泡沫金属存在开口孔且所在位置处于热流边界时,孔隙中相变材料的传热速率明显大于不存在任何孔隙处于热流边界的情况;当泡沫金属不存在孔隙处于热流边界时,随着泡沫金属比表面积的增大,孔隙中相变材料传热速率增大;且分形体的分形级数越高,孔隙分布规律对其传热性能的影响程度越大。

具有平面超薄膜结构的二维材料太阳能吸收器

单原子层二维材料是有潜力的太阳能光伏电池材料。研究基于二维材料的具有简单平面结构的太阳能吸收器的吸收率能否达到100%。提出二维材料/透明材料/金属基底结构,引入透明材料厚度和入射角度2个可调参数,因而能满足增强平面薄膜结构吸收率的2个维度的相位匹配条件。以MoS_2和石墨烯为例,研究表明一定存在一对透明材料厚度值和入射角度值,使结构吸收率达到100%。平面结构加工简单,利于推广二维材料在光伏转换中的应用。

Ag纳米颗粒在吸收性介质中的光谱及探测性能

贵金属纳米颗粒的局域表面等离子共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)峰对周围介质的变化十分灵敏,基于这一原理可对周围介质进行探测。本文利用吸收性介质中的Mie理论分析球形Ag纳米颗粒在吸收性介质中的光谱和探测性能。研究结果表明,当介质复折射率的虚部较小时,其对颗粒光谱和探测性能的影响可以忽略;随着虚部的增大,光谱会出现较大变化,并且颗粒的探测性能逐渐降低;当虚部大于某一值后,颗粒的LSPR峰消失,无法再利用这一原理进行探测。

高温条件下的固-固界面接触热阻测试方法与系统

高温条件下的固-固界面接触热阻是航空航天、能源、热核反应等领域中热控制和热防护系统设计的关键参数之一.针对高温条件下界面接触热阻测量系统设计与研制中存在的高温界面温差的高精度测量、热流量和压力的精确加载与计量、高温测试本体的绝热防护等技术问题,本文提出了一种上下对称布置稳态双向加载热流的高温条件下界面接触热阻测试方法,分析阐明了影响高温条件下接触热阻测量数据准确性的主要因素,建立了高温接触界面温差的红外热像测试与分析方法,攻克了钨热流计和接触界面处压力的精确加载与计量技术,设计了功率、温度全闭环精确控制的盘式钨丝高温加热器和高温测试本体的真空多层隔热结构,研制了高温条件下界面接触热阻的测试系统,实验测试了高温合金、C/C材料等材料对之间的接触热阻.结果表明,本文建立的高温条件下界面接触热阻测试方法和系统,实现了界面温度达1200℃的高温条件下接触热阻的高精度测量,测试误差小于10%.

基于有限元法的非球形颗粒光学常数反演分析

本文基于有限元方法和K-K关系,使用COMSOL与MATLAB动态交互仿真反演非球形颗粒的光学常数。以飞灰颗粒的光学常数为研究对象,首先验证了有限元方法求解球形颗粒衰减因子的准确性,在此基础上采用有限元方法分别求解了球形颗粒、正八面体形颗粒、表面带有微结构的球形颗粒的辐射特性参数,分析了形状因素对颗粒散射特性的影响规律。使用蒙特卡洛方法获得上述三种形状飞灰颗粒系统的透射率光谱,以此为"实验值"反演了其复折射率并与飞灰颗粒真实值比较,得到了较好的结果。

基于有机半导体的宽波段薄膜太阳能吸收器

具有平面结构、纳米尺度的半导体薄膜是太阳能电池的重要组成部分。平面结构加工简单廉价,纳米尺度薄膜量子效率高,但这类结构光学吸收能力差。因此,本文研究如何采用简单平面结构,增强厚度只有几十纳米的半导体薄膜的宽波段吸收特性。研究发现当半导体材料折射率随波长正比例变化、吸收指数不随波长变化时,一定存在一对透明材料厚度和入射角度,使得半导体薄膜/透明材料/金属基底平面薄膜结构具有宽波段完全吸收特性。研究结果可作为宽波段太阳能吸收器的设计准则。以厚度只有35 nm的P3HT:PC_(70)BM薄膜为例,在420和600 nm波长处,设计吸收率均超过95%,从而显著拓宽高吸收率的波段范围,使光生电流比参考结构提高42%。