基于科教融合的材料类创新实验课程思政探索与实践

课程思政是落实立德树人这一教育根本任务的综合教育理念,是实现知识体系教育与思想政治教育有机统一的重要途径之一。科教融合是当今世界高等教育的一个重要理念,是高校实施素质教育的重要要求之一。该文针对哈尔滨工业大学钛合金材料设计、制备及表征的创新实验课,对基于科教融合的创新实验课程中融入思想政治教育进行探索与实践。实践结果表明,在创新实验课的建设过程中,要充分发挥授课教师的科研优势,使科教融合真正地落实到实验课程中;要将课程思政内容贯穿于创新实验的始终,从实验的具体内涵、实验的各个步骤和环节中发掘思政资源,实现创新实验课的全过程、全方位育人。

介质材料在电子辐射环境中的放电特性

航天器表面介质材料在空间等离子体环境下会产生放电现象,放电诱发的瞬态脉冲会对航天器在轨安全运行产生较大的影响。通过对不同厚度的聚酰亚胺和聚四氟乙烯材料进行电子辐照,对放电诱发的瞬态脉冲进行测量,结果表明:随着电子能量增加,材料的电荷累积速率加快,放电电流的峰值并不随着电子能量的增加而增大,而是一个近似不变的值;放电频率随着电子能量的增加而增大且呈现出正相关的特性;随着介质材料厚度略微增大,表面充电电位增大,累积的电荷量增多,放电峰值增大,放电频率变小。

速度和载荷对脂润滑2Cr13钢离子渗氮层摩擦学行为的影响

利用销-盘式摩擦磨损试验机对不同速度和载荷条件下PFPE脂润滑2Cr13钢离子渗氮层进行了系统的真空滑动摩擦磨损试验.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别对磨损表面的形貌、化学状态及润滑脂的成分进行分析.结果表明:随着载荷和滑动速度的增加,脂润滑渗氮层的磨损机制由轻微磨损向轻微复合磨损机制转变.在真空摩擦磨损过程中2Cr13钢离子渗氮层与PFPE润滑脂发生化学反应,并有FeF3生成,促进PFPE润滑脂发生降解,形成酸性的氟化物.增加载荷和速度会加速渗氮层与润滑脂之间的反应,进一步促进润滑脂的降解.

不同带电情况下介质材料二次电子发射特性研究

空间材料二次电子发射特性是决定航天器表面带电速率和充电平衡电位水平的重要参数。本文利用1～5 keV 的脉冲电子束开展了聚酰亚胺（kapton）、玻璃盖片和光学太阳反射镜（OSR）材料的二次电子发射系数（δ）测试，并完成了介质材料表面不同充电情况下的二次电子发射特性研究。研究结果表明，在入射电子能量为1～5 keV 范围内材料二次电子发射系数随入射电子能量上升而下降，同时当二次电子发射系数大于1时，材料表面将累积正电荷，二次电子发射系数下降，当二次电子发射系数小于1时，材料表面将累积负电荷，二次电子发射系数将增加。

空间高能电子辐照对氟橡胶性能的影响

本文研究了相同电子能量、不同剂量率的辐照对氟橡胶(Fluorine Rubber,FPM)电阻率特性和力学性能的影响。电子能量是2MeV,剂量率分别是1.5×10~5rad(Si)/h,1.5×10~6rad(Si)/h,1.5×10~7rad(Si)/h。结果表明:FPM的电阻率呈下降趋势,并且辐照剂量越大电阻率下降得越快;FPM的拉伸强度先变大,而后随着辐照剂量的增加拉伸强度又持续变小;FPM的断裂伸长率随着辐照剂量的增加而降低,与辐照剂量率没有关系。该研究获得的试验数据,对航天器设计过程中材料的选择和使用都具有实际的指导意义。

空间光通信用量子点激光器辐射损伤效应研究

采用电子和质子辐射空间激光通信系统,选用1 310 nm量子点激光器,对其辐射损伤效应开展研究,给出了辐射前后器件的I-V和I-P等特性参数随辐射剂量的变化数据,并对主要结果进行了分析。结果表明,随着辐射剂量的增加,同一电流处的电压均随着辐射剂量呈上升趋势;量子点激光器阈值电流逐渐增大,同时,在同一驱动电流下,光功率逐渐减小,斜率效率下降;当电子和质子的辐射剂量分别超过1×10~7rad和8×10~5rad之后,阈值电流增加和斜率效率的下降趋势都变缓。

低轨道高压太阳电池阵充放电效应防护薄膜技术研究

星用高压太阳电池阵已得到越来越多的应用,但其充放电效应防护问题仍未得到彻底解决,限制了其在低轨道航天器的应用。提出了一种星用高压太阳电池阵充放电防护薄膜技术,通过隔离太阳电池表面与空间等离子体的相互作用,从而防止充放电效应发生。防护薄膜具有ITO/硅氧烷/透明基底的复合结构,其透过率超过90%。验证试验结果表明,防护薄膜可以有效防止高压太阳电池阵在低轨道环境中发生充放电现象。

航空发动机高温轴承用Cr4Mo4V钢升温注渗技术

Cr4Mo4V钢是一种综合性能极佳的高合金钢,具有高疲劳寿命,高高温硬度,高强度和高韧性等优点,是我国目前最常用的一种航空发动机高温轴承用钢。随着航空技术的发展,航空器的飞行速度不断提高,需要发动机的推重比越来越高,发动机轴承工作载荷越来越大,转速越来越快,环境温度越来越高。

高能电子辐照下介电材料导电性能研究

利用蒙特卡洛方法分析了不同束流密度0.8 MeV电子辐照下介电材料导电性能的变化趋势,同时开展了0.8 MeV电子辐照下聚酰亚胺(Kapton)材料导电性能实验研究.理论和实验结果表明,在0.8 MeV电子辐照后,Kapton材料导电性能在不同吸收剂量率下变化较大,电导率最大可上升5个量级,电阻由1014 Ω变为1012 Ω,下降2个量级.

短中波红外长线阵拼接集成滤光片技术研究

空间光谱成像技术的发展使得探测器阵列与分光元件的集成成为一种趋势,长线阵拼接集成滤光片是空间多光谱成像仪实现焦平面集成分光的关键器件,在我国空间多光谱成像光学系统中需求明显。设计了4通道短中波红外长线阵拼接集成滤光片,采用离子束辅助轰击的电子枪蒸发方法制备了各通道窄带滤光片,利用专门研制的工装探索了拼接工艺,研制出了短中波红外长线阵拼接集成滤光片。测试结果表明:集成滤光片各通道平均透射率达到90%,最小带宽为230 nm (中心波长为4.95μm),光谱性能与设计结果吻合,满足性能指标要求。最小拼缝宽度仅为10μm,拼缝不平行误差为1μm,集成滤光片设计结构和拼接强度能够耐受抗振性试验。该集成滤光片已经在空间光学遥感仪器上成功应用。

二次电子和背散射电子发射对卫星表面电位的影响

利用麦克斯韦函数描述空间等离子体能量分布特性,计算获得了空间等离子体中电子和离子充电电流密度、二次电子和背散射电子发射系数,并基于充放电平衡方程,建立了表面充电电位的计算方法。研究结果表明,二次电子和背散射电子在卫星表面材料Kapton的充电电位中约占25%。

高压太阳电池阵静电放电产生脉冲信号的特性研究

研究高压太阳电池阵静电放电产生脉冲信号的特性,有助于深入了解太阳电池阵充放电形成机制。在试验中,利用电子枪模拟GEO空间带电环境,辐照太阳电池样品表面。利用电流探头CT-2、单极子天线和数字存储示波器测量静电放电所产生的脉冲电流、辐射电场并记录其波形。试验结果表明:太阳电池在静电放电过程中产生了脉冲宽度为几μs的瞬态电流,其峰值幅度为几A;辐射电场的脉冲信号持续时间几百ns至几个μs,其峰值幅度达数百V/m。脉冲信号的时域特征表现为脉冲群,其波形具有陡峭的前沿,能量分布的频率范围主要集中在0.1~50 MHz之间。最后根据上述研究对在轨静电放电测试仪的设计提出建议。

电子辐照介质表面电荷分布测量研究

在轨航天器与空间等离子体相互作用,可引起静电荷在卫星表面积累,产生静电放电,影响航天器的安全运行。基于静电电容原理,设计了表面电荷测量装置,并针对航天器常用的表面介质材料,利用建立的表面电荷测量装置,开展电子束辐照下表面电荷分布测量研究。研究结果可为表面带电效应的深入研究提供手段和参考。

低轨道太阳电池势垒效应及其对卫星绝对带电影响

针对太阳电池正偏置工作电压和玻璃盖片表面负电位产生的势垒及其对低轨道航天器绝对带电的影响。本文首先基于轴对称模型结构分析了电池间隙裸露导体尺寸对太阳电池势垒效应的影响。研究结果表明,太阳电池势垒效应随着电池裸露导体尺寸增大而减弱。并且利用航天器与等离子体相互作用分析软件,通过PIC(Particle In Cell)方法研究了低轨道等离子体环境下太阳电池间隙裸露导体尺寸和工作电压对航天器悬浮电位的影响,并将仿真分析结果与无限大平板电流收集模型计算结果进行了对比分析,对比悬浮电位仿真分析与模型计算结果表明,太阳电池产生的势垒效应阻碍了航天器对电子电流的收集。

洁净系统中激光诱导颗粒污染物的分析与评估

高功率激光系统要求在洁净环境中运行,若光学元件表面在工作过程中附着污染物,将导致光学元件的损伤及整个系统负载能力的下降。针对洁净系统中激光与材料作用而产生的颗粒物,分析其作用机制,探讨用于评估的理论依据,讨论测量的需求和方法,并对系统表面存在的颗粒污染物进行了实际测量分析,提出了深入开展高功率激光系统中颗粒污染物测量与评估的技术途径。

星用高压电缆内带电效应模拟试验

测试了在高能电子辐照和高工作电压共同作用下,星用高压电缆的静电放电信号。同时,利用蒙特卡罗方法分析了高能电子沉积位置,并利用有限元法分析了高工作电压下,高压电缆的内部电场分布及变化。

火星土壤水分光热采集方法可行性分析

展望火星采样返回、载人火星探测和火星基地建设等未来任务,目前开展火星原位资源利用技术研究已具有较为实际的意义和需求。已实施的火星探测表明,火星的水资源存在于火星北极与南极的冰盖以及火星的土壤和大气中。文章针对火星表面含有水冰的土壤,提出一种利用太阳光辐射使水冰受热升华再凝华成霜来实现水分采集的方法,给出原理性装置设计,并采用有限差分法计算了一定厚度土壤内的冰完全升华所需的时间,据此分析论证了所提出方法的可行性。

液态金属离子源在航天器电位主动控制的应用

航天器在轨运行期间太阳光照条件下,受光电子发射影响,航天器光照表面的电位达到正的数十伏。航天器表面带电现象会对其在轨安全稳定运行和空间等离子体探测数据的准确性造成严重影响。带正电航天器周围电场中离子和电子的速率和空间分布被扭曲,等离子体电子在鞘层加速,光照产生的光电子被吸引进入传感器,在低能量下引起高计数率,而且加速仪器微通道板的老化,使低密度等离子体的测量变得异常困难。因此,必须对航天器的电位进行主动控制。液态金属离子源电位主动控制器已在许多航天器上得到广泛的应用,通过主要介绍国外关于液态金属离子源电位主动控制器在航天器上的应用,为自主研制电位主动控制器满足空间科学探测的需求提供参考,也为军事和应用卫星在轨可靠运行提供防护方法。

Cr4Mo4V钢等离子体基碳氮离子升温注渗层微观结构

本文采用XRD、SEM、TEM和HRTEM等方法表征了Cr4Mo4V钢升温碳氮离子注渗层的微观结构,结果表明升温注渗处理层中生成了铁的碳化物和氮化铬析出相,析出相弥散分布于晶内和晶界。马氏体发生细化,原始板条马氏体边界消失,形成了微晶、微孪晶和细小片层等结构。HRTEM在马氏体中观察到非晶区和层错等亚结构。

60Coγ射线辐照单层石墨烯的损伤效应

石墨烯是一种在常温下拥有极低的电阻率、极高的电子迁移率和高透光性的零带隙能带结构的新型碳材料,由于石墨烯优异的电学特性、光学特性和光电性能使它为研制下一代超快、高频、宽光谱光电器件提供了可能,目前已有许多基于石墨烯的光电探测器件研究,若将此类器件未来应用于航天器必有巨大优势。基于此本工作首先用化学气相沉积法制备了单层多晶石墨烯,然后进行了伽马射线辐照单层石墨烯实验,并用拉曼光谱表征了辐照前后石墨烯微观结构变化,对辐照后石墨烯的缺陷间平均距离,缺陷密度等进行了分析,辐照使单层石墨烯产生缺陷,出现无序的sp^3杂化结构。此研究可为石墨烯光电器件在外层空间中的应用打下基础,为其他空间环境因素对石墨烯的影响研究提供借鉴参考。