物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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87Rb玻色-爱因斯坦凝聚体的快速实验制备
陈良超, 孟增明, 王鹏军
物理学报. 2017, 66 (8): 083701
基于Ni电极和ZrO2/SiO2/ZrO2介质的MIM电容的导电机理研究
刘骐萱, 王永平, 刘文军, 丁士进
物理学报. 2017, 66 (8): 087301
一类阴离子自由基液态电极材料研究
余觉知, 胡勇胜, 李泓, 黄学杰, 陈立泉
物理学报. 2017, 66 (8): 088201
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  物理学报--2017, 66 (8)   发布日期: 2017-04-20
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总论

广义(3+1)维Zakharov-Kuznetsov方程的对称约化、精确解和守恒律
Symmetry reductions, exact equations and the conservation laws of the generalized (3+1) dimensional Zakharov-Kuznetsov equation

张丽香, 刘汉泽, 辛祥鹏
物理学报. 2017, 66 (8): 080201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.080201
全文: [PDF 304 KB] 下载:(90)
摘要

运用李群分析,得到了广义(3+1)维Zakharov-Kuznetsov(ZK)方程的对称及约化方程,结合齐次平衡原理,试探函数法和指数函数法得到了该方程的群不变解和新精确解,包括冲击波解、孤立波解等. 进一步给出了广义(3+1)维ZK方程的伴随方程和守恒律.

利用慢特征分析法提取层次结构系统中的外强迫
Extracting the driving force signal from hierarchy system based on slow feature analysis

潘昕浓, 王革丽, 杨培才
物理学报. 2017, 66 (8): 080501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.080501
全文: [PDF 595 KB] 下载:(40)
摘要

在大量真实的动力系统中,外部驱动力总是随时间发生变化,正是这种变化导致了非平稳行为的产生. 因此,从此类系统的观测数据中提取和分析外强迫(也称驱动力)信号引起了人们越来越多的关注. 慢特征分析法(slow feature analysis,SFA)是从非平稳时间序列中提取外强迫信息的一种有效算法. 在其基础上利用变参数的Logistic映射产生的非平稳时间序列,通过数值试验进一步讨论了该方法的应用前景,并发展了一些相应的分析技术. 试验结果表明,对于模型中包含两个时变驱动力参数的系统,经过一次SFA处理之后,可以进一步利用子波分析技术检索出外强迫信号中的两个参数;对于模型中有两个叠加驱动力层次的三层动力系统,可先通过一次SFA处理,提取出次慢层外强迫信号,对该信号进行二次SFA处理,可提取出最慢层外强迫信号.

高精细度光学参考腔的自主化研制
Self-reliance and independently developed high-finesse spherical ultrastable optical reference cavity

刘军, 陈帛雄, 许冠军, 崔晓旭, 白波, 张林波, 陈龙, 焦东东, 王涛, 刘涛, 董瑞芳, 张首刚
物理学报. 2017, 66 (8): 080601      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.080601
全文: [PDF 903 KB] 下载:(126)
摘要

高精细度超稳光学参考腔是获得超窄线宽激光的核心部件. 本文报道了面向空间应用的高精细度球形超稳光学参考腔自主化研制及其初步测试结果. 设计球形腔体直径为80 mm,腔长78 mm,采用平-凹腔镜结构,凹镜曲率半径为0.5 m. 使用有限元方法计算了该参考腔的震动敏感度,最佳支撑位置的震动敏感度小于1×10-10/g. 采用超光滑表面三级抛光技术实现光学表面粗糙度小于0.4 nm(rms)的超精密加工,采用双离子束溅射法实现工作波长反射率大于99.999%、损耗小于4 ppm 腔镜镀膜,干式光胶方法键合腔体和腔镜. 利用扫腔线宽法和腔衰荡法对参考腔的线宽和精细度进行了测量,结果表明该参考腔的精细度约为195000,线宽为9.8 kHz. 将698 nm半导体激光器锁定到该参考腔上测得其损耗<5 ppm. 与实验室进口同类型参考腔相比较,主要性能指标与其相当.

还原温度对氧化石墨烯结构及室温下H2敏感性能的影响
Effect of reduction temperature on structure and hydrogen sensitivity of graphene oxides at room temperature

陈浩, 彭同江, 刘波, 孙红娟, 雷德会
物理学报. 2017, 66 (8): 080701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.080701
全文: [PDF 578 KB] 下载:(28)
摘要

以氧化石墨凝胶制备的氧化石墨烯(GO)溶胶为前驱体,在100-350 ℃温度下还原获得不同还原程度的还原氧化石墨烯(rGO)样品,并采用旋涂工艺制备还原氧化石墨烯气敏薄膜元件. 采用X射线衍射、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和气敏测试等手段研究还原温度对样品结构、官能团和气敏性能的影响. 结果表明:经热还原处理的氧化石墨烯结构向较为有序的类石墨结构转变,还原温度为200 ℃时,样品处于GO向rGO转变的过渡阶段,还原温度达到250 ℃时,则表现出还原氧化石墨烯特性;无序程度随还原温度的升高先由0.85增大至1.59,随后减小至1.41,总体呈现增加趋势;氧化石墨烯表面含氧官能团随还原温度的升高逐渐热解失去,不同含氧官能团的失去温度范围不同;热还原氧化石墨烯具有优异的室温H2敏感性能,随着还原温度的升高,元件灵敏度逐渐减小,响应-恢复时间逐渐增大,最佳灵敏度为88.56%,响应时间为30 s.

核物理学

关于压水堆产武器级钚的模拟计算
Simulation calculation of weapon-grade plutonium production in pressurized water reactor

徐雪峰, 付元光, 朱剑钰, 李瑞, 田东风, 伍钧, 李凯波
物理学报. 2017, 66 (8): 082801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.082801
全文: [PDF 7656 KB] 下载:(30)
摘要

防止核扩散是国际社会共同努力的目标,其中武器级核材料的防扩散是重中之重. 钚是反应堆的副产品,如果不计较经济效益,利用铀为核燃料的反应堆都可以生产武器级钚. 本文基于日本Takahama-3压水堆建立了五个模型,并进行中子和燃耗计算,得到两种燃料棒产武器级钚的条件、燃料棒轴向的燃耗分布、组件内燃料棒燃耗的变化区间和全堆芯燃料棒径向燃耗分布. 基于上述模型和计算数据给出压水堆堆芯内含有武器级钚的准确位置和UO2燃料棒中武器级钚的产量. 这种低燃耗的乏燃料给国际核不扩散带来了巨大风险,国际社会应该加强对此类乏燃料的监管.

研究堆慢正电子源构建中的关键机理问题
Key physics mechanism of the research reactor based slow positron source

王冠博, 李润东, 杨鑫, 曹超, 张之华
物理学报. 2017, 66 (8): 082802      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.082802
全文: [PDF 608 KB] 下载:(33)
摘要

研究堆慢正电子源是获得高强度慢正电子束流的有效方式,国际上已建成多座装置并获得广泛应用. 与常规同位素慢正电子源相比,研究堆慢正电子源的物理过程复杂,影响末端束流强度的因素众多,对其进行深入研究与合理建模是未来在中国绵阳研究堆(CMRR)上构建慢正电子源的基础. 本文厘清了研究堆慢正电子产生的关键过程与物理机理,建立了预测末端正电子束流强度的理论模型,找到了影响其末端强度的主要物理量:快正电子体产生率、慢化体有效表面积、慢化体扩散距离、慢正电子从表面被提取到靶环末端的效率、及束流系统提取效率. 用多种实验结果对模型进行校验,包括多个同位素慢正电子源的效率测量值,以及PULSTAR研究堆慢正电子源测量结果,充分验证了模型正确性. 根据模型对各物理量的影响因素进行了分析,找到了需着重关注的影响因素,对未来源/靶结构的设计给出建议.

原子和分子物理学

87Rb玻色-爱因斯坦凝聚体的快速实验制备 Hot!
Fast production of 87Rb Bose-Einstein condensates

陈良超, 孟增明, 王鹏军
物理学报. 2017, 66 (8): 083701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.083701
全文: [PDF 705 KB] 下载:(73)
摘要

采用二维磁光阱产生了一个快速87Rb原子流,并在高真空的三维磁光阱中实现了87Rb原子的快速俘获,进一步采用射频蒸发冷却技术实现了原子云的预冷却,然后将原子转移到远失谐的光学偶极阱中蒸发得到了玻色-爱因斯坦凝聚体. 实验上可以在25 s内完成三维磁光阱的装载(约1.0×101087Rb原子),然后经过16 s的冷却过程最终在光学偶极阱中获得5.0×105个原子的玻色-爱因斯坦凝聚体. 实验重点研究了二维磁光阱的优化设计和采用蓝失谐大功率光束对四极磁阱零点的堵塞,抑制四极磁阱中原子的马约拉纳损耗,更加有效地对原子云进行预冷却.

电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学

光子晶体传输特性的时域精细积分法分析
Analysis of photonic crystal transmission properties by the precise integration time domain

杨红卫, 孟珊珊, 高冉冉, 彭硕
物理学报. 2017, 66 (8): 084101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084101
全文: [PDF 410 KB] 下载:(34)
摘要

将精细积分法应用于时域有限差分法中,提出了一种求解光子晶体传输特性的时域精细积分法,并对其计算精度及稳定性进行了分析. 从一阶麦克斯韦方程出发,在空间上采用Yee元胞进行差分离散,结合吸收边界条件及激励源表达式将方程整理为标准的一阶常微分方程组形式. 通过时间步长的精细划分和指数矩阵的加法定理,在时间上利用精细积分法对齐次微分方程进行积分求解,并结合激励向量的特解得到空间离散的场分量,最终通过傅里叶变换求得方程的解. 利用时域精细积分法对光子晶体进行了实例计算,并将其结果分别与时域有限差分法和四阶龙格库塔法在精度、稳定性等方面进行了比较,结果表明时域精细积分法具有更高的计算精度,并且克服了时域有限差分法以及四阶龙格库塔法在计算稳定性上对时间步长的限制. 提出的方法具有精确、稳定的特点,为光子晶体传输特性的研究提供了一种新的有效的分析方法.

时空非均匀等离子体鞘套中太赫兹波的传播特性
Propagation characteristics of terahertz waves in temporally and spatially inhomogeneous plasma sheath

陈伟, 郭立新, 李江挺, 淡荔
物理学报. 2017, 66 (8): 084102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084102
全文: [PDF 868 KB] 下载:(30)
摘要

高超声速飞行器再入地面的过程中,其周围等离子体的电子密度是非均匀且随时间变化的. 对于不同的再入高度,飞行器周围的温度和压强也会发生改变. 因此,研究电磁波在时空非均匀等离子体鞘套中的传播特性意义重大. 首先建立了时变非均匀的等离子体鞘套模型,然后通过经验公式得到温度、压强与碰撞频率三者的关系. 采用时域有限差分方法计算了太赫兹波段中不同电子密度弛豫时间、温度、压强时的反射系数、透射系数和吸收率. 研究结果表明:在太赫兹波段中,电子密度的弛豫时间越长,温度越高,压强越大,电磁波越容易穿透等离子体;弛豫时间越短,温度越低,压强越小,等离子体对电磁波吸收率的变化越明显. 这些结果为解决“黑障”问题提供了理论依据.

利用含二面角误差的角锥棱镜阵列实现反射光束均匀发散的方法
A method to diverge reflected beam uniformly using cube-corner retroreflector array with dihedral angle tolerances

周晓凤, 戚祖敏, 罗向前, 刘长安, 朱建辉, 王泽华, 张轶, 訾彦勇
物理学报. 2017, 66 (8): 084201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084201
全文: [PDF 739 KB] 下载:(16)
摘要

角锥棱镜常应用于光电跟踪、卫星通信、干涉仪等领域. 在一些特殊应用场合中,要求经角锥棱镜反射的光束具有一定的发散角,以实现对距离激光器较远位置处探测器的覆盖. 由于标准角锥棱镜不具备对光束发散的功能,本文利用含二面角误差的角锥棱镜对反射光束的不均匀发散特性,提出利用角锥棱镜阵列实现对反射光束均匀发散的方法和设计原则. 采用衍射光学理论分析了所提方法及其设计原则的可行性,并依此设计了一个发散半角为0.5 mrad的角锥棱镜阵列. 分析了光束参数、结构参数对反射光束远场衍射特性的影响,结果表明,入射光斑强度分布对反射光束发散半角没有影响,当角锥阵列满足点光源条件时,传输距离对反射光斑的角向均匀性没有影响;当阵元数超过一定值时,均匀性不再显著变化,但反射光斑的强度将进一步增加. 在工程应用中,角锥棱镜阵列安装方位角误差对反射特性影响不显著,但角锥棱镜二面角的加工精度对反射特性影响较大,可通过进一步增加阵元数加以解决.

偏振双向衰减对光学成像系统像质影响的矢量平面波谱理论分析
Analysis of the influence of diattenuation on optical imaging system by using the theory of vector plane wave spectrum

张敏睿, 贺正权, 汪韬, 田进寿
物理学报. 2017, 66 (8): 084202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084202
全文: [PDF 637 KB] 下载:(22)
摘要

偏振双向衰减(diattenuation)是指偏振元件引入的光场传播过程中表征电矢量的两个正交偏振态的振幅变化特性. 在大部分有关偏振像差的讨论中,聚焦光场偏振态的振幅变化对其分布的影响较小而不被重视. 但在一些大相对孔径光学系统中,对于分束器、光调制器等有复杂平面介质结构的低透过率光学元件而言,引入的偏振相关的振幅调制相对大得多. 本文依据矢量平面波谱理论,建立了笛卡尔坐标系下的理想光学成像系统的矢量光学模型,验证了与德拜矢量衍射积分的一致性. 在线偏振光入射的条件下,对在汇聚光路中使用的光学元件的偏振双向衰减特性对成像质量的影响进行理论研究. 结果表明,在调制传递函数的低频率处(v< 0.2NA/λ),这种影响是可以忽略的;随着空间频率的增加,光学元件的偏振双向衰减特性对成像系统调制传递函数的影响逐渐变大. 若要求调制传递函数的数值不低于衍射极限的90%,中频处(0.2NA/λ < v <0.8NA/λ),s光和p光的透射/反射系数之比至少需要控制在[0.63,1.6]的范围内;而当v >0.8NA/λ 时,则需要控制在[0.9,1.11]的范围内. 随着光学系统光轴与光学分界面法向的倾角增加,容差范围有所放宽.

动态背景下基于光流场分析的运动目标检测算法
Moving object detection based on optical flow field analysis in dynamic scenes

崔智高, 王华, 李艾华, 王涛, 李辉
物理学报. 2017, 66 (8): 084203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084203
全文: [PDF 749 KB] 下载:(13)
摘要

针对现有动态背景下运动目标检测算法的不足,提出一种基于光流场分析的运动目标检测算法. 首先根据前背景在光流梯度幅值和光流矢量方向上的差异确定目标的大致边界,然后通过点在多边形内部原理获得边界内部的稀疏像素点,最后以超像素为节点,利用混合高斯模型拟合的表观信息和超像素的时空邻域关系构建马尔可夫随机场模型的能量函数,并通过使目标函数能量最小化得到最终的运动目标检测结果. 该算法不需要任何先验假设,能够同时处理动态背景和静态背景两种情况. 多组实验结果表明,本文算法在检测的准确性和处理速度上均优于现有算法.

基于透射型体布拉格光栅的两通道2.5 kW光谱组束输出
2.5 kW average power, two-channel spectral-beam-combined output based on transmitting volume Bragg grating

周泰斗, 梁小宝, 李超, 黄志华, 封建胜, 赵磊, 王建军, 景峰
物理学报. 2017, 66 (8): 084204      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084204
全文: [PDF 685 KB] 下载:(29)
摘要

体光栅光谱组束是获得高功率激光输出的一种有效途径. 在有限的可用带宽内,光谱通道间隔影响着组束光束数目以及最终的高功率组束输出. 采用耦合波理论,建立了一个两通道高功率光谱组束模型. 通过优化体光栅光谱通道间隔,可放宽对组束子束线宽和功率的限制,组束功率可大幅提升而光谱密度并无显著下降. 基于此,实验上获得了2.5 kW组束输出,绝对效率超过85%,通道间隔5 nm,光谱密度为0.51 kW/nm. 组束功率<1 kW时,组束输出能保持好的光束质量;组束功率>1.5 kW时光束质量恶化较明显,通过分析发现,组束光束质量的恶化主要受限于体光栅的色散及高功率下体光栅复杂的热畸变.

低阈值单横模852 nm半导体激光器
A low threshold single transverse mode 852 nm semiconductor laser diode

刘储, 关宝璐, 米国鑫, 廖翌如, 刘振扬, 李建军, 徐晨
物理学报. 2017, 66 (8): 084205      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084205
全文: [PDF 487 KB] 下载:(11)
摘要

基于波导理论、等效折射率方法,设计并制备了非对称波导隔离双沟结构脊型边发射激光器,最终获得了低阈值单基侧模852 nm激光器. 详细研究了不同脊型台深宽比参数设计对激光器侧向模式特性的影响规律,实现了腔面未镀膜情况下脊型波导边发射激光器的单基侧模稳定输出,同时激射波长可以精确调谐到852 nm;工作电流达到150 mA,工作温度30 ℃;斜率效率最高可达0.89 mW/mA,光谱半宽小于1 nm. 研究结果为进一步实现超窄线宽激光器提供了参考和借鉴,并且为实现激光器稳定输出提供了实验基础.

光折变晶体LiNbO3:Fe中的特殊散射现象
Special scattering in photorefractive crystal LiNbO3:Fe

张燕, 赵曰峰, 赵丽娜, 郑立仁, 高垣梅
物理学报. 2017, 66 (8): 084206      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084206
全文: [PDF 1301 KB] 下载:(26)
摘要

用柱面透镜把经针孔滤波器扩束的激光束沿某一个方向聚焦成细丝状(或长条状),细丝状光束垂直入射到LiNbO3:Fe晶体上,在远场位置观察散射光. 我们发现光散射的方向与晶体的c轴方向不一致,不仅沿着晶体的c轴方向有散射光出现,沿光束的条形方向也出现很强的散射光.

室内可见光通信复合光学接收端设计与分析
Design and analysis of composite optical receiver for indoor visible light communication

王云, 蓝天, 倪国强
物理学报. 2017, 66 (8): 084207      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084207
全文: [PDF 1551 KB] 下载:(45)
摘要

本文提出了一种适用于室内可见光通信的新型光学接收端的设计. 根据复合抛物面聚光器的聚光特性,将光电探测器与复合抛物面聚光器耦合作为接收子单元,并将这些接收子单元按照特定的几何关系嵌入一个半球面中,得到角度分集型的复合光学接收端,达到水平方向360°,垂直方向180°的大视场. 对每个接收单元接收到的光能量,低传输数据时进行相加求和作为最终的接收功率,高数据速率时取各个子单元的最大值作为接收功率. 在一个 5 m ×5 m ×3 m的空旷房间中,通过MATLAB对室内可见光通信系统建模仿真. 计算结果表明,采用这种复合型光学接收端后,两种不同处理算法下的接收功率相对于直接接收分别提高了11.85和7.47 dB,增益分别为15.31和5.98. 信噪比较高,两种情况下的平均值分别为 79.17和72.26 dB,且接收信噪比分布平缓,波动较小. 这说明采用本文设计的光学接收端,不仅能够得到较大的接收端视场角,同时获得较高的增益和接收功率,以及稳定的接收信噪比,避免了室内可见光通信系统中通信盲区的存在,保证了室内通信性能的稳定性.

蛋白石型光子晶体红外隐身材料的制备
Preparation of opal photonic crystal infrared stealth materials

张连超, 邱丽莉, 芦薇, 于颖杰, 孟子晖, 王树山, 薛敏, 刘文芳
物理学报. 2017, 66 (8): 084208      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084208
全文: [PDF 732 KB] 下载:(48)
摘要

基于光子晶体的红外隐身材料,主要采取一维层层堆叠结构和三维木堆结构等来实现对红外波段电磁波辐射性能的调控. 本文报道了一种操作简易、成本低廉的光子晶体红外隐身材料制备方法. 通过优化的垂直沉积法,微米级SiO2胶体微球自组装成高质量的蛋白石型光子晶体结构. 对SiO2胶体微球进行优选,成功制备了禁带位于2.8-3.5 μm,8.0-10.0 μm的SiO2胶体晶体蛋白石型光子晶体材料. 该材料可改变目标相应波段的红外辐射特征,具有目标红外波段的隐身效果.

一种基于模态域波束形成的水平阵被动目标深度估计
A modal domain beamforming approach for depth estimation by a horizontal array

李鹏, 章新华, 付留芳, 曾祥旭
物理学报. 2017, 66 (8): 084301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084301
全文: [PDF 1430 KB] 下载:(19)
摘要

水面水下目标分辨与识别一直是被动声呐探测领域的难题. 利用一种水平阵模态域波束形成算法获得已知方位目标声源的各阶模态强度,将其与不同深度的各阶参考模态强度进行匹配,最终实现了对声源的深度估计. 仿真结果表明,该算法可以在信噪比为-10 dB的情况下,用300 Hz带宽的信号样本,实现对声源深度的有效估计. 系统分析了不同参数和不同波导条件对该方法目标深度估计性能的影响. 其中,阵元数越多,模态样本数越多,计算频段越宽,方位估计精度越高,有效阵长越长,深度估计的性能越好. 阵元间距和波导深度的变化不会影响该方法的深度估计性能,并且该方法的深度估计性能在声速剖面、海底参数等波导条件存在扰动时具有鲁棒性.

流体-镀层基底界面波的传播特性
Propagation properties of interface waves at fluid-coated solid interface

马琦, 胡文祥, 徐琰锋, 王浩
物理学报. 2017, 66 (8): 084302      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084302
全文: [PDF 878 KB] 下载:(19)
摘要

理论分析了脉冲激光激发的流体-分层固体结构声场,在此基础上数值计算了流体-慢层快底固体和流体-快层慢底固体结构液-固界面Scholte波的频散特性与瞬态响应. 数值结果显示,对于流体-慢层快底结构,Scholte界面波呈现出正常频散特性;而对于流体-快层慢底结构,Scholte波在较小的频厚积范围呈反常频散特性. 理论瞬态信号也显示了同样的特性. 采用脉冲激光激励,用水听器接收的方式进行了Scholte界面波的实验测量. 实验测量和分析结果与理论结果有很好的一致性. 此工作可为水浸检测条件下镀层与薄膜材料参数的超声无损表征、海底沉积物参数反演等应用提供理论基础.

Birkhoff系统的离散最优控制及其在航天器交会对接中的应用
Discrete optimal control for Birkhoffian systems and its application to rendezvous and docking of spacecrafts

孔新雷, 吴惠彬
物理学报. 2017, 66 (8): 084501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084501
全文: [PDF 349 KB] 下载:(21)
摘要

由于非线性,最优控制问题通常依赖于数值求解,即通过离散目标泛函和受控运动方程转化为一有限维的非线性最优化问题. 最优控制问题中的受控运动方程在表示为受控Birkhoff方程的形式之后,可以利用受控Birkhoff方程的离散变分差分格式进行离散. 与按照传统差分格式近似受控运动方程相比,此途径可以诱导更加真实可靠的非线性最优化问题,进而也会诱导更加精确有效的离散最优控制. 应用于航天器交会对接问题,该种数值求解最优控制问题的方法在较大时间步长的情况下仍然求得了一个有效实现交会对接的离散最优控制. 模拟结果验证了该方法的有效性.

脉冲激励下超音速混合层涡结构的演化机理
Evolution mechanism of vortices in a supersonic mixing layer controlled by the pulsed forcing

郭广明, 刘洪, 张斌, 张庆兵
物理学报. 2017, 66 (8): 084701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084701
全文: [PDF 704 KB] 下载:(28)
摘要

采用大涡模拟方法对脉冲激励作用下的超音速混合层流场进行数值模拟,所得结果清晰展示了流场中涡结构的独特生长机理. 基于涡核位置提取方法,对超音速混合层流场中涡结构的空间尺寸和瞬时对流速度等动态特性进行了定量计算. 通过分析流场中涡结构的动态特性在不同频率脉冲激励下的变化,揭示出受脉冲激励超音速混合层流场中涡结构的演化机理:涡结构的生长不再是依靠相邻涡-涡结构之间的配对与融合,而是通过涡核外围的一串小涡旋结构被依次吸进涡核来实现,且受激励流场中各个涡结构的空间尺寸变化较小;流场中的涡结构数量与脉冲频率成正比例关系,而涡结构的空间尺寸与脉冲频率成反比例关系;涡结构的平均对流速度随脉冲频率的增大而减小. 针对受脉冲激励超音速混合层,给出了能够表征涡结构特性与脉冲激励参数之间关系的方程式,即受激励流场中涡结构的平均对流速度与脉冲周期的乘积近似等于流场中涡结构的空间尺寸(涡结构平均直径).

高超声速飞行器磁控热防护霍尔电场数值方法研究
Numerical solution procedure for Hall electric field of the hypersonic magnetohydrodynamic heat shield system

李开, 柳军, 刘伟强
物理学报. 2017, 66 (8): 084702      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084702
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摘要

作为一种新概念高超声速热防护手段,磁控热防护系统在实际应用中往往需要考虑霍尔效应的影响. 为了在真实气体环境下求解霍尔电场,采用交替隐式近似因子分解法建立并验证了热化学非平衡流体域电场数值求解方法. 分析了电场虚拟步进因子和收敛性的关系以及影响步进因子取值的因素,提出了当地变步进因子加速电场收敛方法. 研究表明,存在一个最优的步进因子ap使得霍尔电场收敛速度最快,并且随网格尺度的减小和霍尔系数的增加,最优步进因子ap变大,电势场收敛速率变慢. 对于局部加密网格而言,当地变步进因子法的电势收敛性明显优于常规的定步进因子法.

基于格子Boltzmann方法的自驱动Janus颗粒扩散泳力
Research on diffusiophoresis of self-propulsion Janus particles based on lattice Boltzmann method

周光雨, 陈力, 张鸿雁, 崔海航
物理学报. 2017, 66 (8): 084703      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084703
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摘要

Janus颗粒的自驱动力研究对于纳微米尺度驱动力课题具有重要意义,本文针对Pt-SiO2型Janus颗粒,基于格子Boltzmann模型及动量交换法提出了计算其扩散泳力的方法,通过与实验数据对比修正验证了模型准确性,并通过分析证明了此类Janus颗粒的扩散泳力与速度场无关,进一步模拟比较了不同形状颗粒的自驱运动. 分析发现,对于体积相等形状不同的Janus颗粒,扩散泳力主要由轴线投影面积决定,此外反应面积也会对扩散泳力产生影响.

电磁力滤波与快速反射镜光学补偿在潜航器光轴稳定控制中的应用
Lorentz force filtering and fast steering mirror optical compensation in optical axis stability control for photoelectric mast

刘宗凯, 薄煜明, 王军, 崔珂
物理学报. 2017, 66 (8): 084704      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084704
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摘要

搭载在潜航器上的光电桅杆是光电跟瞄的重要装置. 当潜航器在水下高速行进时,海水会在物体表面形成脱体边界层和涡街,涡街的生成和脱体会引起阻力和升力的大幅度波动,从而对光轴稳定性产生极大的扰动. 本文首先基于电磁场和流体力学的基本控制方程,通过层次结构网格下的有限体积法探讨了电磁流体表面控制对潜航器绕流流场的影响和消涡减振效果;其次,分析并获得了快速反射镜(fast steering mirror,FSM)的结构特性、传递函数和PID控制策略;最后,以潜航器光路模型为研究背景,结合电磁流体的滤波特性和FSM的传递函数,论证了复合控制对潜载光电跟瞄系统稳定性提高的效果. 结果表明,壁面流向电磁力能很好地调控潜航器绕流边界层,抑制涡激振动、减少光学系统的输入噪声,在此基础上通过FSM实现二次补偿,可以进一步提高光学系统跟踪的精度. 本研究是电磁流体控制在光电领域的探索,也是对传统流体力学实验方法的拓展,因此具有一定的科学意义和实用价值.

激波/边界层干扰对等离子体合成射流的响应特性
Response of the shock wave/boundary layer interaction to the plasma synthetic jet

王宏宇, 李军, 金迪, 代辉, 甘甜, 吴云
物理学报. 2017, 66 (8): 084705      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.084705
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摘要

利用高速纹影系统和数值模拟方法研究了激波/边界层干扰对逆流喷射的等离子体合成射流的响应特性,并揭示了流动控制机理. 实验在来流马赫数Ma=3.1的风洞中进行,测试模型采用钝头体和压缩斜坡的组合模型,等离子体合成射流激励器安装在钝头体头部. 纹影系统捕捉了放电频率为f=1 kHz和f=3 kHz的激励对附体激波形态和分离激波运动的控制效果. 等离子体合成射流使压缩斜坡激波/边界层干扰区域的起始点向下游移动,分离泡尺寸减小,附体激波强度减弱,发生弯曲,再附点移向上游,与此同时分离激波向附体激波逼近. 与f=3 kHz激励相比,f=1 kHz激励的射流流量更大,对激波/边界层干扰的影响范围更广、控制效果更好. 通过数值模拟,揭示了射流与来流相互作用对下游流场的作用机理:射流与来流相互作用诱导出大尺度旋涡,大尺度旋涡耗散发展增强了近壁面流场的湍流度;压缩斜坡上游近壁面的流场性质发生变化,进而导致了压缩斜坡激波/边界层干扰区域流动的变化.

气体、等离子体和放电物理

超强激光与固体气体复合靶作用产生高能氦离子
Helium ions acceleration by ultraintense laser interactions with foil-gas target

矫金龙, 贺书凯, 邓志刚, 卢峰, 张镱, 杨雷, 张发强, 董克攻, 王少义, 张博, 滕建, 洪伟, 谷渝秋
物理学报. 2017, 66 (8): 085201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.085201
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摘要

激光氦离子源产生的MeV能量的氦离子因有望用于聚变反应堆材料辐照损伤的模拟研究而得到关注. 目前激光驱动氦离子源的主要方案是采用相对论激光与氦气射流作用加速高能氦离子,但这种方案在实验上难以产生具有前向性和准单能性、数MeV能量、高产额的氦离子束,而这些氦离子束特性是材料辐照损伤研究中十分关注的. 不同于上述激光氦离子产生方法,我们提出了一种利用超强激光与固体-气体复合靶作用产生氦离子的新方法. 利用这种方法,在实验上,采用功率密度5×1018 W/cm2的皮秒脉宽的激光脉冲与铜-氦气复合靶作用,产生了前向发射的2.7 MeV的准单能氦离子束,能量超过0.5 MeV的氦离子产额约为1013/sr. 二维粒子模拟显示,氦离子在靶背鞘场加速和类无碰撞冲击波加速两种加速机理共同作用下得到加速. 同时粒子模拟还显示氦离子截止能量与超热电子温度成正比.

凝聚物质:结构、力学和热学性质

光辐照精确调控金纳米星枝杈长度及其光热性能探究
Precise control of branch-length of light irradiated gold nanostars and associated thermal performance

史娜娜, 赵艳, 冯超, 黄杰, 徐佳宇
物理学报. 2017, 66 (8): 086101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.086101
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摘要

金纳米星是一种具有尖状结构的多分枝纳米颗粒. 为了使金纳米星枝杈长度可控,利用HEPES作为体系的还原剂、稳定剂及形状诱导剂,在制备过程中进行光辐照,得到的金纳米星枝杈长度比无光辐照时的金纳米星枝杈长度短,而且不同波长光辐照得到的金纳米星枝杈长度有显著不同. 在此基础上,分析了金纳米星枝杈长度变化的物理过程,提出光诱导金纳米星生长过程中枝杈长度变化的理论模型. 测量了不同枝杈长度的金纳米星在光辐照下一定时间内的温度变化,计算了金纳米星的光热转换效率. 实验结果表明,光辐照制备金纳米星能够精确控制金纳米星枝杈长度范围,从而调控金纳米星的光热转换效率.

基于数字图像相关法的Mg含量对Al合金Protein-Le Chatelier效应影响的实验研究
Experimental investigation on the influence of Mg content on Portevin-Le Chatelier effect in Al-based alloys by using digital image correlation

杨素丽, 符师桦, 蔡玉龙, 张迪, 张青川
物理学报. 2017, 66 (8): 086201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.086201
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摘要

利用数字图像相关法研究了常温与恒定应变率(5.00×10-3 s-1) 下 Mg含量(质量分数)分别为2.30%,4.57%,6.10%及6.91%四种Al-Mg合金Portevin-Le Chatelier(PLC)效应的宏观变形行为. 实验发现,Mg含量的增加导致强化效果的增强;低Mg含量(2.30%)合金中锯齿跌落幅值基本保持不变,而在高Mg含量(4.57%,6.10%,6.91%)合金中随应变增加而增加. 锯齿跌落幅值随Mg含量增加而逐渐增大,在高Mg含量合金中趋于饱和. 宏观局域变形带的观察结果表明PLC带宽不随Mg含量或者应变改变而变化,带内变形量随着Mg含量或者应变的增加而逐渐增大. 此外,在低Mg含量合金的加载曲线后段(应变约为0.3时)观测到了特殊的周期性的衰减锯齿,相应的时域PLC带演化表明加载曲线的周期性转变大锯齿对应着空间上PLC带的转向,幅度逐渐减小的振荡对应着PLC带的传播,且在转向前后PLC带均向上连续传播.

Fe基体中包含Cu团簇的Fe-Cu二元体系在升温过程中结构变化的原子尺度计算
Atomic-scale simulation study of structural changes of Fe-Cu binary system containing Cu clusters embedded in the Fe matrix during heating

郑治秀, 张林
物理学报. 2017, 66 (8): 086301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.086301
全文: [PDF 1428 KB] 下载:(21)
摘要

采用基于嵌入原子方法的分子动力学方法模拟了具有体心立方晶格结构的Fe基体中包含小尺寸Cu纳米粒子的Fe-Cu二元体系在升温过程中的原子堆积结构变化. 进行了Cu原子均方位移、Cu原子对分布函数和原子的径向密度分布函数的计算,并对纯Cu原子区、Fe-Cu界面区和纯Fe基体区的分区域原子堆积结构进行了分析. 结果表明,Fe基体内Cu团簇的尺寸及其在Fe基体内所能占据区域的大小,对不同温度下的Cu团簇内原子堆积结构及Fe基体的原子堆积结构具有影响. 升温过程中不同尺寸受基体约束Cu团簇对Fe基体结构改变的影响表现出很大差异. 对于Febulk-Cu135体系,基体的应变临近Fe-Cu界面区,同时在团簇中间的基体区域出现大量空位缺陷和应变集中区;对于Febulk-Cu141体系,随温度升高,基体中出现的应变区域表现为小尺寸、数量多向大尺寸、小数量的变化.

三氧化钨表面氢吸附机理的第一性原理研究
First-principles study on adsorption mechanism of hydrogen on tungsten trioxide surface

姜平国, 汪正兵, 闫永播
物理学报. 2017, 66 (8): 086801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.086801
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摘要

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,在广义梯度近似下,研究了立方WO3,WO3(001)表面结构及其氢吸附机理. 计算结果表明立方晶体WO3理论带隙宽度为0.587 eV. WO3(001)表面有WO终止(001)表面和O终止(001)表面两种结构,表面结构优化后W-O键长和W-O-W键角改变,从而实现表面弛豫;WO终止(001)表面和O终止(001) 表面分别呈现n型半导体特征和p型半导体特征. 分别计算了H原子吸附在WO终止(001)表面和O终止(001)表面的H-O2c-H,H-O2c…H-O2c,H-O1c-H 和H-O1c…H-O1c四种吸附构型,其中H-O1c-H 吸附构型的吸附能最小,H-O 键最短,H失去电子数最多,分别为-3.684 eV,0.0968 nm和0.55e,此吸附构型最稳定. 分析其吸附前后的态密度,带隙从吸附前的0.624 eV 增加到1.004 eV,价带宽度基本不变. H的1s轨道电子与O 的2p,2s轨道电子相互作用,在-8和-20 eV附近各形成了一个较强的孤立电子峰,两个H原子分别与一个O1c原子形成化学键,最终吸附反应生成了一个H2O分子,同时产生了一个表面氧空位.

凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质

二硫化钼/石墨烯异质结的界面结合作用及其对带边电位影响的理论研究
Interfacial cohesive interaction and band modulation of two-dimensional MoS2/graphene heterostructure

危阳, 马新国, 祝林, 贺华, 黄楚云
物理学报. 2017, 66 (8): 087101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.087101
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摘要

采用基于色散修正的平面波超软赝势方法研究了二硫化钼/石墨烯异质结的界面结合作用及其对电荷分布和带边电位的影响. 研究表明二硫化钼与石墨烯之间可以形成范德瓦耳斯力结合的稳定堆叠结构. 通过能带结构计算,发现二硫化钼与石墨烯的耦合导致二硫化钼成为n型半导体,石墨烯转变成小带隙的p型体系. 并通过电子密度差分图证实了界面内二硫化钼附近聚集负电荷,石墨烯附近聚集正电荷,界面内形成的内建电场可以抑制光生电子-空穴对的复合. 石墨烯的引入可以调制二硫化钼的能带,使其导带底上移至-0.31 eV,提高了光生电子还原能力,有利于光催化还原反应.

电场和温度对聚合物空间电荷陷阱性能的影响
Simulations of the effects of electric field and temperature on space charge traps in polymer

李丽丽, 张晓虹, 王玉龙, 国家辉
物理学报. 2017, 66 (8): 087201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.087201
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摘要

模拟分子的结构和行为有助于更深刻地分析空间电荷陷阱性能变化的微观机理. 利用Materials studio软件建立聚乙烯模型,通过分子链段运动产生的能量和自由体积变化对微观结构和电荷陷阱进行分析. 结果表明:温度由298 K逐渐升高至363 K的过程中,聚合物分子热运动加剧导致的滑移扩散现象,使自由体积和陷阱能级在363 K处分别出现1542.07Å3和0.66 eV的最大值和最小值. 然而在Z轴方向施加0.0007 Hartree/Bohr(1 Hartree/Bohr = 5.2×1011 V/m) 电场作用时,由于电致伸缩产生Maxwell应力,使分子链段出现局部有序排列,增大范德瓦耳斯能至-360.18 kcal/mol(1 kcal/mol = 4.18 kJ/mol),而自由体积降低了279.77Å3,导致陷阱能级减小0.45 eV. 当363 K和0.0007 Hartree/Bohr联合作用时,聚乙烯的陷阱能级相比同温无电场作用降低0.17 eV. 分子模拟结果与实测结果相符. 利用分子热运动和电致伸缩效应,初步探讨了材料自由体积和范德瓦耳斯相互作用能变化的微观机理,证实分子链段运动改变了微观结构,从而影响电荷陷阱特性. 并且与温度相比,电场作用会使材料产生更低能级的空间电荷陷阱.

基于Ni电极和ZrO2/SiO2/ZrO2介质的MIM电容的导电机理研究 Hot!
Conduction mechanisms of MIM capacitors with ZrO2/SiO2/ZrO2 stacked dielectrics and Ni electrodes

刘骐萱, 王永平, 刘文军, 丁士进
物理学报. 2017, 66 (8): 087301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.087301
全文: [PDF 724 KB] 下载:(26)
摘要

研究了基于Ni电极和原子层淀积的ZrO2/SiO2/ZrO2对称叠层介质金属-绝缘体-金属(MIM)电容的电学性能. 当叠层介质的厚度固定在14 nm时,随着SiO2层厚度从0增加到2 nm,所得电容密度从13.1 fF/μm2逐渐减小到9.3 fF/μm2,耗散因子从0.025逐渐减小到0.02. 比较MIM电容的电流-电压(I-V)曲线,发现在高压下电流密度随着SiO2厚度的增加而减小,在低压下电流密度的变化不明显,还观察到电容在正、负偏压下表现出完全不同的导电特性,在正偏压下表现出不同的高、低场I-V特性,而在负偏压下则以单一的I-V特性为主导. 进一步对该电容在高、低场下以及电子顶部和底部注入时的导电机理进行了研究. 结果表明,当电子从底部注入时,在高场和低场下分别表现出普尔-法兰克(PF)发射和陷阱辅助隧穿(TAT)的导电机理;当电子从顶部注入时,在高、低场下均表现出TAT导电机理. 主要原因在于底电极Ni与ZrO2之间存在镍的氧化层(NiOx),且ZrO2介质层中含有深浅两种能级陷阱(分别为0.9和2.3 eV),当电子注入的模式和外电场不同时,不同能级的陷阱对电子的传导产生作用.

低温生长砷化镓的超快光抽运-太赫兹探测光谱
Study on ultrafast dynamics of low-temperature grown GaAs by optical pump and terahertz probe spectroscopy

樊正富, 谭智勇, 万文坚, 邢晓, 林贤, 金钻明, 曹俊诚, 马国宏
物理学报. 2017, 66 (8): 087801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.087801
全文: [PDF 458 KB] 下载:(22)
摘要

本文采用光抽运-太赫兹探测技术系统研究了低温生长砷化镓(LT-GaAs)中光生载流子的超快动力学过程. 光激发LT-GaAs薄层电导率峰值随抽运光强增加而增加,最后达到饱和,其饱和功率为54 μJ/cm2. 当载流子浓度增大时,电子间的库仑相互作用将部分屏蔽缺陷对电子的俘获概率,从而导致LT-GaAs的快速载流子俘获时间随抽运光强增加而变长. 光激发薄层电导率的色散关系可以用Cole-Cole Drude模型很好地拟合,结果表明LT-GaAs内部载流子的散射时间随抽运光强增加和延迟时间(产生光和抽运光)变长而增加,主要来源于电子-电子散射以及电子-杂质缺陷散射共同贡献,其中电子-杂质缺陷散射的强度与光激发薄层载流子浓度密切相关,并可由散射时间分布函数α 来描述. 通过对光激发载流子动力学、光激发薄层电导率以及迁移率变化的研究,我们提出适当增加缺陷浓度,可以进一步降低载流子迁移率和寿命,为研制和设计优良的THz发射器提供了实验依据.

物理学交叉学科及有关科学技术领域

磁控溅射Cl掺杂CdTe薄膜的孪晶结构与电学性质
The twins structure and electric properties of Cl doped CdTe film by magnetron sputtering

朱子尧, 刘向鑫, 蒋复国, 张跃
物理学报. 2017, 66 (8): 088101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.088101
全文: [PDF 1336 KB] 下载:(35)
摘要

CdTe用作薄膜太阳能电池吸收层需要经过氯处理才能得到高的光电转换效率,其中Cl 原子的作用机理仍然没有完全被理解. 实验发现Cl原子主要偏聚在CdTe晶界处,对晶界有钝化作用,而有第一性原理计算认为Cl原子掺入CdTe晶格能够引入浅能级提高光电转换效率. 为了验证Cl原子掺杂是否对CdTe的光电转换效率有益,本文通过磁控溅射制备了100 ppm(ppm = 1/1000000) Cl原子掺杂的CdTe(CdTe:Cl) 薄膜并研究了薄膜的晶体结构与电学性质,同时对比了正常氯处理的无掺杂CdTe薄膜与CdTe:Cl薄膜之间的性质区别. 实验发现Cl原子掺杂会在CdTe:Cl中形成大量仅由几个原子层构成的孪晶,电子和空穴在CdTe:Cl薄膜中没有分离的传导通道,而在氯处理后的CdTe薄膜中电子沿晶界传导,空穴沿晶粒内部传导. 磁控溅射沉积的CdTe:Cl 多晶薄膜属于高阻材料,退火前载流子迁移率很低,退火后载流子浓度降低到本征数量级,电阻率提高. CdTe:Cl薄膜电池效率远低于正常氯处理的无掺杂CdTe薄膜电池效率. 磁控溅射制备的非平衡重掺杂CdTe:Cl多晶薄膜不适合用作薄膜太阳能电池的吸收层.

铝-金刚石界面电子特性与界面肖特基势垒的杂化密度泛函理论HSE06的研究
Interface electronic structure and the Schottky barrier at Al-diamond interface: hybrid density functional theory HSE06 investigation

吴孔平, 孙昌旭, 马文飞, 王杰, 魏巍, 蔡俊, 陈昌兆, 任斌, 桑立雯, 廖梅勇
物理学报. 2017, 66 (8): 088102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.088102
全文: [PDF 416 KB] 下载:(34)
摘要

宽带隙半导体金刚石具有突出的电学与热学特性,近年来,基于金刚石的高频大功率器件受到广泛关注,对于金属-金刚石肖特基结而言,具有较高的击穿电压和较小的串联电阻,所以金属-金刚石这种金半结具有非常好的发展前景. 本文通过第一性原理方法去研究金属铝-金刚石界面电子特性与肖特基势垒的高度. 界面附近原子轨道的投影态密度的计算表明:金属诱导带隙态会在金刚石一侧产生,并且具有典型的局域化特征,同时可以发现电子电荷转移使得Fermi能级在金刚石一侧有所提升. 电子电荷在界面的重新分布促使界面形成新的化学键,使得金属铝-氢化金刚石形成稳定的金半结. 特别地,我们通过计算平均静电势的方法得到金属铝-氢化金刚石界面的势垒高度为1.03 eV,该值与金属诱导带隙态唯像模型计算的结果非常接近,也与实验值符合得很好. 本文的研究可为金属-金刚石肖特基结二极管的研究奠定理论基础,也可为金刚石基金半结大功率器件的研究提供理论参考.

一类阴离子自由基液态电极材料研究 Hot!
Radical anion based liquid electrode materials

余觉知, 胡勇胜, 李泓, 黄学杰, 陈立泉
物理学报. 2017, 66 (8): 088201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.088201
全文: [PDF 429 KB] 下载:(32)
摘要

将碱金属溶于含有芳香化合物的醚类溶剂,碱金属的一个电子转移给芳香化合物形成一个碱金属离子和一个阴离子自由基,同时溶于醚类溶剂得到一类具有高电子电导率和离子电导率的蓝黑色液体. 当碱金属为钠、芳香化合物为联苯、醚类溶剂为乙二醇二甲醚时,其电子电导率和离子电导率分别为8.4×10-3S·cm-1和3.6×10-3S·cm-1,电极电位为0.09 V vs. Na/Na+,适合作为负极材料,具有原材料低廉、易于制备等优点. 我们将该液体作为负极,分别以苯醌和蒽醌(AQ)溶液作为正极构建了一种新型二次电池,结果表明以AQ溶液作为正极的电池具有长循环寿命、低成本的优势. 该阴离子自由基液态负极材料的提出为开发新型的储能电池提供了新思路.

小波变换在太赫兹三维成像探测内部缺陷中的应用
Wavelet transform in the application of three-dimensional terahertz imaging for internal defect detection

代冰, 王朋, 周宇, 游承武, 胡江胜, 杨振刚, 王可嘉, 刘劲松
物理学报. 2017, 66 (8): 088701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.088701
全文: [PDF 697 KB] 下载:(25)
摘要

采用Syn View Head 300对内部有胶和空气孔的样件进行了太赫兹二维扫描(xy轴方向),系统通过线性调频连续波技术得到样件内部的三维信息. 检测薄层时,由于太赫兹源的波长在亚毫米量级,薄层的上下表面反射峰相距太近而难以辨别. 为了提高太赫兹探测的纵向分辨率,采用小波变换对探测信号进行处理,对小波系数进行三维重构,获得的三维小波系数图像比原始三维探测信号更加精确. 该方法有效提高了太赫兹成像的纵向检测精度,纵向分辨率可达1 mm.

地球物理学、天文学和天体物理学

台风“彩虹”(2015)高分辨率数值模拟及涡旋Rossby波特征分析
High resolution numerical simulation of typhoon Mujigae (2015) and analysis of vortex Rossby waves

焦亚音, 冉令坤, 李娜, 高守亭, 周冠博
物理学报. 2017, 66 (8): 089201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.089201
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摘要

采用中尺度数值预报模式对2015年22号台风“彩虹”进行高分辨率的数值模拟,成功地模拟出台风“彩虹”的移动路径、强度和降水分布,尤其是在台风登陆前后,模拟结果与实况比较接近. 以此为基础,利用模式输出资料,分析台风的动力、热力精细结构和台风雨带的宏观特征. 眼墙处具有低层径向入流、高层径向出流的动力配置. 在眼墙附近,同时存在切向风速高值区、垂直上升区、正温度距平区,并随高度向外侧倾斜,雷达回波较强,对流系统比较深厚. 次级雨带、主雨带和远距离雨带的雷达回波相对较弱,对流系统垂直厚度略小. 再利用尺度分离方法,得到涡旋Rossby波的扰动场资料,进一步分析涡旋Rossby波的特征. 1波、2波同时朝切向和径向传播,1波的振幅明显大于2波. 研究结果表明,1波、2波正涡度扰动对应强雷达回波,存在强对流活动. 降水区上空的垂直涡度扰动呈上正下负的配置,与水平散度扰动的垂直配置相似时,会加强低层辐合和高层辐散,有很强的垂直上升运动,有利于对流系统发展,降水增强. 1 波、2波扰动的动力配置影响了对流系统的发展,并对降水强度和分布有一定的诊断作用.

基于固体腔扫描法布里-珀罗干涉仪的大气温度绝对探测方法研究
Investigation of the absolute detection method of atmospheric temperature based on solid cavity scanning Fabry-Perot interferometer

王骏, 崔萌, 陆红, 汪丽, 闫庆, 刘晶晶, 华灯鑫
物理学报. 2017, 66 (8): 089202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.089202
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摘要

大气温度是描述大气状态的重要基本特征参量之一. 目前,基于Rayleigh散射的大气温度探测方法多应用于大气温度的相对探测,即温度反演时需要响应函数和校准程序. 本文提出了利用固体腔扫描式法布里-珀罗干涉仪进行大气Rayleigh散射谱型的精细探测方法和残余米散射信号的抑制方法. 根据Rayleigh散射谱特点,针对固体腔扫描式法布里-珀罗干涉仪的自由光谱区、固体腔几何长度、腔体介质类型、半高全宽、腔体反射率、扫描间隔等参数进行了优化设计. 利用优化参数的固体腔扫描式法布里-珀罗干涉仪获取Rayleigh散射谱上离散点信息,并采用多项式插值方法获得拟合谱型,与根据标准大气模型和S6模型获得的理论谱型进行比对,大气温度探测不确定度小于0.8 K. 当信噪比为10时,白天与夜晚的探测距离分别为4.5 和7.9 km. 该方法可实现大气温度廓线的全天时和高精度绝对探测,并对同类高光谱激光雷达分光系统研究具有借鉴意义,为我国高光谱激光雷达陆基及星载应用提供了一套可行的分光系统解决方案.

更正:线焦斑X射线源成像[物理学报2016,65,219501]

王研, 刘鑫, 黄万霞, 易明皓, 郭金川, 朱佩平
物理学报. 2017, 66 (8): 089901      http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.089901
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[编号:20161865]    贝叶斯迭代联合双边滤波的散焦图像快速盲复原

尹诗白 王卫星 王一斌 李大鹏 邓箴
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 67 )
实现有效的单幅散焦图像盲复原对军事及地质勘测领域的清晰图像获取具有极为重要的意义。常用算法存在计算量大,振铃及噪声敏感的问题,为此本文提出了贝叶斯框架下迭代双边滤波器的快速盲复原算法。它首先用基于深度信息的盲去卷积结果估计点扩散函数的概率模型,进而通过贝叶斯理论构建合理的盲复原最小优化问题,抑制振铃效应;然后推理分析最小优化问题的求解实质,得出双边滤波器快速求解最小优化问题的结论,简化求解过程,减少计算量;最后设计迭代联合双边滤波器的求解方式,即利用一次双边滤波器求解的复原结果设计联合双边滤波器的指导图,再将指导图作为优化问题的输入,迭代实施求解,去除噪声的同时确保复原质量。实验结果表明:该算法能有效抑制振铃,减少计算量,去除噪声,85%图像的像素误差平均值低于0.03,较常用盲去卷积法在同一误差区间的复原成功率提高了19%,运行时间缩短了约78%,能有效用于单幅散焦图像盲复原的实际工程实践中。
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[编号:20161851]    基于环形泵浦光的红外超分辨显微成像方法

刘鸿吉 刘双龙 刘伟 牛憨笨 陈丹妮
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 43 )
本文提出一种突破衍射极限的红外显微成像方法,该方法基于泵浦-探测模式,采用了环形而非高斯型强度分布的泵浦光,由于样品在环形光强度峰值附近区域达到吸收饱和,因此当高斯分布的探测光随后到达样品时,只有环形光的中心区域才能吸收探测光的能量. 而且吸收区域随着环形光的强度增加而减小. 这意味着,如果以被吸收的探测光能量作为该成像系统的信号,本文提出的方法可以使系统的分辨率超越衍射极限的限制. 本文模拟了不同环形光能量下成像系统的空间分辨率,结果表明:当环形光能量为100 nJ、探测光能量为0.1 nJ时,该方法的理论分辨率在236 nm,比传统红外显微成像系统分辨率提高了约14倍.
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[编号:20161819]    基于前冲康普顿电子高能伽马能谱测量系统设计

贾清刚 张天奎 许海波
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 48 )
除中子外,聚变核心同时释放大量高能伽马,其能谱可反映聚变过程关键物理参数,并为过程诊断提供重要信息.由于聚变伽马的时间与能量特性,需要设计高探测效率及能量分辨率的伽马谱仪.根据高能伽马谱仪的概念设计(Gamma-to-Electron Magnetic Spectrometer GEMS),针对该系统中伽马-电子转换靶,电子偏转汇聚,电子探测等关键环节进行优化设计以提高系统探测效率及能量分辨率.其中采用Monte-Carlo程序Geant4模拟研究了伽马-电子转换靶中康普顿散射与多次库伦散射对由转换靶出射电子的能谱与角分布的影响.开发并行遗传算法对复杂几何偏转磁场参数进行优化,得到低强度(小于100高斯)复杂边界偏转磁场.根据系统优化设计结果,采用Geant4模拟了该系统对不同能量伽马的响应. 此外,还模拟可该系统对特征聚变伽马能谱的测量,结果显示,该系统可在聚变中子产额分别为2.5×1015及1.2×1016条件下,对10-20 MeV高能伽马能谱测量实现能量分辨分别满足0.5 MeV(小于5%)及0.25 MeV(小于2.5%),说明该系统可用于聚变过程伽马能谱的诊断.
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[编号:20161827]    非球形效应对强声场中次 Bjerknes力的影响

马艳 林书玉
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 54 )
考虑了非球形气泡在声场中的形状振动,推导了非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力方程,数值模拟了声场中非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力和两个球形气泡之间的次Bjerknes力,并对非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力的影响因素进行了分析讨论。研究结果表明:当驱动声压振幅大于非球形气泡的Black阈值且又能使得非球形气泡稳定振动时,在第一个声驱动周期内,非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力和两个球形气泡的次Bjerknes力方向差异较大,在大小上是两个球形气泡次Bjerkens力的几倍到几十倍,且有着更长的作用距离。非球形气泡和球形气泡之间的次Bjerknes力取决于非球形气泡的形状模态阶数、两个气泡初始半径的比值、驱动声压振幅气泡间距和两个气泡的相对位置。
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[编号:20161703]    (2+1)维高阶Broer-Kaup系统的非局域对称及相互作用解

辛祥鹏 刘汉泽 刘希强
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 62 )
本文利用非局域对称方法及相容Tanh展开法研究了(2+1)维高阶Broer-Kaup系统。通过对Broer-Kaup系统的留数对称进行局域化,把非局域对称转化成等价的李点对称,同时得到了相应的对称群. 利用相容Tanh展开方法,得到了(2+1)维高阶Broer-Kaup系统的多种形式的波与孤立子的相互作用解,如椭圆周期波与孤立子等. 为了研究这些解的动力学行为,本文给出了解的相应图像.
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[编号:20161878]    一种基于二维Helmholtz腔阵列的低频宽带隔声结构实验研究

高东宝 刘选俊 田章福 周泽民 曾新吾 韩开锋
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 52 )
基于圆周排列的Helmholtz共振腔单元, 设计并实现了一种具有低频宽禁带的声人工结构, 可以在结构中心处实现二维隔声效果. 针对实际模型, 搭建了二维声场测量平台, 进行了相应的实验研究, 实验结果与有限元仿真结果吻合较好. 该结构在较宽的频带内(680-1050Hz)可以实现较好的隔声效果, 最大隔声量可达41dB. 实验中还研究了单元参数及共振状态对隔声效果的影响. 隔声区的大小与共振单元的分布形式有直接关系, 而良好的共振状态将对提高隔声量有一定帮助. 研究结果对设计新型声防护结构具有理论与应用价值.
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[编号:20161829]    复杂噪声场下对角减载技术的原理及应用

夏麾军 马远良 刘亚雄
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 95 )
实际水下噪声场是非常复杂的,它具有一定的相关性,且各阵元接收到的噪声的功率不相等,因此归一化的噪声协方差矩阵不是单位矩阵,使得一些阵列信号处理算法的性能将下降。针对这个问题,本文充分分析了复杂噪声场的物理特性,建立了噪声协方差矩阵的物理模型,提出了一种复杂噪声场下的协方差矩阵对角减载技术。首先将数据协方差矩阵减去一个减载系数矩阵,在使得波束输出信噪比达到最大的约束条件下,获得了减载系数矩阵的理论表达式和近似表达式。然后利用最小二乘方法,估计减载系数矩阵,并且理论分析了噪声场的相关性及输入信噪比对估计误差的影响。最后仿真实验和湖试数据处理结果表明,在复杂噪声场条件下,该算法提高了输出信噪比,改善了阵列信号处理算法的性能,并且该算法计算复杂度低,可以实时处理。
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[编号:20161642]    环形光子晶体光纤中涡旋光的传输特性研究

张羚翔 魏薇 张志明 廖文英 杨振国 范万德 李乙钢
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 267 )
由于涡旋光具有轨道角动量,将它应用于光纤通信领域可以有效提高信息传输速率.设计了一种环形光子晶体光纤(简称RPCF),利用COMSOL Multiphysics软件对其涡旋光TE01、HE_21^±和TM01模式特性进行模拟计算,它们之间有效折射率差分别为4.59×〖10〗^(-4) 和3.62×〖10〗^(-4);其中,TE01模式的涡旋光在入射光波长范围为1650-1950 nm时,色散值在44.18 - 45.83 ps?nm^(-1)?km^(-1)之间平坦;入射光波长在1550 nm时,TE01模式的涡旋光的非线性系数为1.37 W^(-1)?km^(-1).该结构的光子晶体光纤的涡旋光具有损耗小,色散平坦等特性,对光纤中传输涡旋光、将涡旋光应用于超连续谱等方面研究具有重要意义.
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[编号:20161598]    碰撞参数对磁化电负性等离子体鞘层结构的影响

刘惠平 邹秀 邹滨雁 邱明辉
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 207 )
数值研究了离子马赫数的取值和碰撞参数对由热的电子、热的负离子和冷的正离子构成的磁化电负性等离子体鞘层结构的影响.通过理论推导得到了鞘层模型的玻姆判据的表达式,并得到了不同离子马赫数情况下鞘层的正离子密度分布和净电荷分布曲线,还进一步得到了几个不同碰撞参数下鞘层的带电粒子密度、净电荷以及电势分布曲线.结果表明,离子马赫数取值不同对应不同的鞘层结构;碰撞使鞘层中正离子密度增加,使电子密度更快减小到零,对负离子密度分布影响不明显;碰撞使净电荷密度的峰值幅度增加并向鞘层边缘移动,使鞘层中电势值升高并使鞘层厚度减小.
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[编号:20161688]    气泡线性振动对含气泡水饱和多孔介质声传播的影响

郑广赢 黄益旺
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 60 )
为了研究孔隙水含少量气泡时多孔介质中波的传播,本文在Biot模型的基础上,将孔隙水中气泡的体积振动融合到多孔介质的孔隙流体渗流连续性方程中,从而得到了考虑气泡体积振动的孔隙流体渗流连续性方程。在此基础上,根据气泡线性振动下气泡瞬时半径和介质背景压力的关系,以及多孔介质运动方程和流体介质运动方程,导出了受气泡影响下多孔介质位移矢量波动方程,建立了非水饱和多孔介质声速频散和衰减预报模型。气泡的存在增大了孔隙水的压缩率,导致含气泡水饱和多孔介质声速的降低。当声波频率等于气泡的共振频率时,在声波激励下,介质呈现高频散,且孔隙水中的气泡产生共振,吸收截面达到最大,使得多孔介质的声衰减也达到最大。文中数值分析验证了上述结论,表明了气泡含量、大小和驱动声场频率是影响声波在含少量气泡的水饱和多孔介质中传播的主要因素。
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[编号:20161678]    基于频域电磁场的微波器件微放电阈值快速粒子模拟

王洪广 翟永贵 李记肖 李韵 王瑞 王新波(Wang Xinbo) 崔万照 李永东
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 112 )
提出了一种利用频域电磁场快速计算微波器件微放电阈值的粒子模拟方法,首先通过CST微波工作室频域求解器获得微波器件中频域电磁场分布,在微放电过程模拟时将其转化到时域,再采用Boris算法求解电磁场中的电子运动,然后判断电子是否与三角面片边界相交,进行二次电子发射处理。变化输入功率,经过系列粒子模拟后,根据电子数目随时间的变化曲线确定微放电阈值。采用该方法,分别对平行平板和同轴传输线微波器件的微放电阈值进行了模拟计算,并与CST粒子工作室的模拟结果进行了对比。结果表明,两者获得的阈值基本一致,但本方法的计算效率提高了1~2个数量级。
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[编号:20161887]    N/B掺杂石墨烯光电性质研究

禹忠 党忠
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 118 )
石墨烯自2004年发现以来,由于其独特的化学成键结构,使其拥有出色的化学、热学、机械、电学、光学特性而引起了人们极大的关注。由于石墨烯为零带隙材料,因此限制了其在纳电子学领域的发展。只有扩大石墨烯的带隙,才能推广石墨烯在纳电子学中的应用范围。本文构建了本征石墨烯、N掺杂石墨烯、B掺杂石墨烯三种模型,主要研究了本征石墨烯和不同掺杂浓度下的N/B掺杂石墨烯的能带结构、电子态密度、及光电性质,包括:吸收谱、反射谱、折射率、电导率和介电函数。研究表明:N/B掺杂石墨烯费米能级附近的电子态主要是由C-2p和N-2p/B-2p轨道杂化形成的,且N/B掺杂可以引起石墨烯费米能级和光电性质的改变。本文得出的结论可为石墨烯在光电子器件应用方面提供理论依据。
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[编号:20161738]    新型Fibonacci准周期结构一维等离子体光子晶体的全方位带隙特性研究

张娟
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 47 )
以二元Fibonacci准周期结构的一维等离子体光子晶体为对象,在系统研究不同初始序列及周期数的该结构光子晶体带隙特性的基础上,给出了一种新颖的一维等离子体光子晶体结构,用于扩大全方位光子带隙。相比文献中结构,该结构更简单(层数大大减少、且属于二元结构),全方位光子带隙宽度也更宽。此外,讨论了等离子体材料参数,如等离子厚度、等离子体频率、碰撞频率对该结构全方位带隙的影响,并与文献结构情况进行了对比。研究结果可为新型全方位反射器的设计提供重要的理论指导。
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[编号:20161653]    展向旋转平面库埃特湍流瞬时场的五分解方法

盖杰 刘泽宇 罗佳奇 蔡庆东 Zhenhua Xia
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 48 )
展向旋转平面库埃特湍流是旋转系统下壁湍流研究的经典问题,并且此湍流问题中的大尺度roll cells结构也受到广泛关注。本文,采用五分解方法将存在二次流的瞬时场分解为五部分,包括平均流场,二次流场的流向和横向部分,还有剩余场的流向和横向部分。通过五分解法,可以掌握湍动能各“分量”在能量平衡和能量传递方面的重要机制。研究结果表明,二次流和剩余场的流向运动(横向运动)是通过二次流涡量与剩余场剪应力相关项进行能量传递,二次流(剩余场)的流向运动和横向运动之间是通过旋转项进行能量传递。此外,剩余场的流向和横向运动之间还通过压力与应变率相关的再分配项进行能量传递。对于剩余场流向部分,在一定的旋转强度范围内,通过二次流涡量与剩余场剪应力相关项从二次流流向部分获取的能量大于从平均流获取的能量,说明二次流流向运动对剩余场流向运动有很大影响。
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[编号:20161880]    总剂量辐照对热载流子效应的影响研究

何玉娟 章晓文 刘远
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 59 )
本文研究了总剂量辐照(TID, Total Irradiation Dose)效应对0.35?m NMOS器件热载流子(HCI, Hot Carrier Injection)测试的影响情况,试验结果表明:经过100krad(Si)总剂量辐照后进行5000s的热载流子测试,NMOS器件阈值电压随着总剂量的增大而减小,然后随热载流子测试时间的增大而增大,且变化值远远超过未经过总剂量辐照的器件;总剂量辐照后经过200小时高温退火,再进行5000s的热载流子测试,其热载流子退化值远小于未高温退火样品,但比未辐照样品更明显;即总剂量辐照与热载流子的协同效应,要超过两种效应的简单叠加。根据两种效应的原理分析,认为总剂量辐照感生氧化层陷阱电荷中的空穴与热电子复合减少了正氧化层陷阱电荷,但辐照感生界面态俘获热电子形成负的界面陷阱电荷,使得两者的协同效应模拟方式比单机理模拟方式更恶劣。
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[编号:20161771]    基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案

曹正文
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 39 )
为了提高量子安全直接通信的效率, 本文提出了一种基于 Bell 态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案. 该方案中 Alice 将所有 Bell 态粒子划分为两个序列 $S_A$ 和 ${S_B}$ , 先将 ${S_B}$ 发给 Bob 进行第一次窃听检测, 检测结果表示量子信道安全后再将信息序列编码在序列 $S_A$ 和单光子序列 $S_S$ 混合的量子态序列上; 然后将已编码序列经过顺序重排和添加单光子检测粒子发给合法接收方 Bob. 该方案避免了复杂的 U 变换, 简化了方案的实现过程. 同时顺序重排和检测粒子的结合保证了方案的安全性. 另外 3 bit 经典信息加载在一个态上的编码规则大大提高了编码容量, 从而使信息传输效率也得到提高.
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[编号:20161638]    三终端非对称夹角石墨烯纳米结的弹道热整流

顾云风 吴晓莉 吴宏章
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 59 )
提出并通过非平衡格林函数法验证了一个三终端石墨烯纳米结弹道热整流的理论模型——石墨烯带两端作为左右热极,其上加一倾斜分支作为控制热极形成一个Y形纳米结。结果发现热流倾向于从与控制热极夹角较小的热极流向另一个热极。控制热极与左右热极间夹角差别的增大有利于热整流。这一现象在扶手椅型石墨烯带上尤其明显。锯齿型石墨烯带加上与其呈30度夹角的扶手椅型分支具有最明显的热整流效应。对于左右热极宽度不同的热整流器,倾斜控制极热可以使整流比在原来的基础上提高超过50%。
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[编号:20161787]    纳米SiO2/环氧树脂复合物介电性与纳米粒子分散性关系

高铭泽 张沛红
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 47 )
采用硅烷偶联剂改性纳米SiO2,制得改性纳米SiO2分散液和改性纳米SiO2颗粒。分别利用“机械法”制备未改性纳米SiO2复合环氧树脂和改性纳米SiO2复合环氧树脂,利用“气泡法”制备改性纳米SiO2复合环氧树脂。复合物中纳米SiO2含量分别为2wt%、3wt%、4wt% 、5wt%和6wt%。测试了复合物的击穿特性和耐电晕特性,结果表明复合物的击穿场强和耐电晕性随纳米SiO2含量的增加而增加,击穿场强在含量为5wt%时达到最大值。“气泡法”制备改性纳米SiO2复合环氧树脂的击穿场强和耐电晕性好于其它两种方法制备的复合环氧树脂。以5wt%纳米SiO2含量复合物为例,利用Image J软件分析复合物扫描电镜(SEM)图像,通过森下氏分散指数(Morisita’s Index)方法对复合物中纳米SiO2的分散性进行定量表征,得出“气泡法”制得的纳米SiO2/环氧树脂复合物的分散性好于“机械法”制备的复合物。研究发现纳米SiO2在环氧树脂基体中分散性越好,复合物的击穿特性和耐电晕性越好。
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[编号:20161604]    基于亥姆霍兹定理计算动力学系统的哈密顿能量函数

王春妮 王亚 马军
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 118 )
亥姆霍兹定理表明任意空间矢量场可以分解为涡旋场和梯度场的叠加。由于电磁场变化和电磁波传播则导致电磁场能量的迁移,动力学振子和神经元处于复杂电磁环境下必然伴随能量的吸收和释放。对于非线性混沌电路,电容器充电放电,以及电感线圈感应过程中都伴随着能量的转换和迁移。包含量纲的非线性振荡电路可利用标度变换方法转换为无量纲的动力学方程。利用平均场理论,电场能量和磁场能量的转换可用若干非线性振荡电路的动力学方程来刻画。基于亥姆霍兹定理来研究一类无量纲非线性动力学系统的哈密顿能量计算问题,对于实际的非线性振荡电路,通过标度变换可快速计算其能量函数。该结果对于动力学系统自适应控制有重要的参考价值。
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[编号:20161838]    基于声散射的水下气泡群空间关联性研究

范雨喆 李海森 徐超 陈宝伟
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 62 )
基于气泡空间位置非独立分布气泡群的线性声散射,从统计观点对气泡间的空间关联性进行了研究,通过对气泡群进行子区域划分,提出了等效空间关联函数这一概念.由于等效空间关联函数随气泡空间位置变化而变化,提出了基于子气泡群散射声波的气泡分布以及聚集趋势的声学反演方法.通过对理论进行建模仿真发现,这一方法不但能准确反演出气泡群的分布及聚集趋势,还具有在被多个含聚集中心气泡群“掩埋”的条件下对目标气泡群聚集趋势的检测能力.为了进一步对理论进行验证,对船舶气泡尾流进行了声学测量,实验获得的等效空间关联函数符合尾流中气泡群的分布和聚集趋势.本文的研究工作,可为海洋中不同成因气泡群识别以及恶劣海况下风浪形成气泡群“掩埋”下的尾流、鱼群等水下气泡群检测提供理论基础.
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[编号:20161866]    Mg-Y-Cu合金长周期有序相热力学稳定性及其电子结构的第一性原理研究

马振宁 周全 汪青杰 王逊 王磊
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 50 )
采用基于密度泛函的第一性原理平面波赝势方法计算了Mg-Y-Cu合金中长周期有序相14H和18R (18R(m),18R(t))的形成焓、电子态密度和电荷密度.计算结果表明,14H和18R相都具有负的形成焓,说明两相都能够由单质转变形成,并且14H相比18R相更加稳定;14H和18R相的态密度分布形态和变化趋势相似,它们的成键峰均主要来自于Mg的3s轨道、Mg的2p轨道,Cu的3p轨道和Y的4d轨道的贡献,且在费米能级低能级区域产生了轨道杂化效应. 14H相和18R相的成键都具有明显的共价性.通过对各相(0001)面的电荷密度分析表明,14H和18R相中的Cu原子和Y原子之间都形成了共价键,并且14H相的共价性比18R相的共价性更强.
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[编号:20161691]    钙钛矿结构SnTiO3铁电相变的第一性原理研究

叶红军 王大威 姜志军 成晟 魏晓勇
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 105 )
铁电材料因其自发极化而表现出优异的介电、压电、热电等性能,可用于电容器、滤波器、传感器、探测器、换能器等多种应用途径。本文利用有效哈密顿方法和基于密度泛函理论的第一性原理计算对钙钛矿结构SnTiO$_3$ 进行了研究, 计算获得了SnTiO$_3$ 的有效哈密顿量系数. 利用这一结果, 通过蒙特卡罗模拟, 预测了SnTiO$_3$ 的相变温度和参与相变的结构相.
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[编号:20161846]    抽样法与灵敏度法keff计算不确度量化

胡泽华 叶涛 刘雄国 王佳
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 48 )
核反应堆的中子学模拟计算中,核数据不确度导致的积分量计算不确定度,通常采用基于微扰理论的灵敏度与不确定度(S/U)分析方法(简称,灵敏度法)量化。灵敏度分析法原则上只适用于线性模型,且一般计算程序不能直接进行灵敏度分析。而抽样法,通过随机抽样核数据,直接输入中子学计算程序进行计算,对计算结果统计分析量化不确定度。抽样法易于实现、计算精确、且适用性强。在灵敏度分析与不确定度量化程序SURE中,增加了抽样法不确定度量化功能。为将抽样法应用于复杂问题的模拟计算的不确度量化,需对其进行细致的考核。选取简单的临界基准实验模型,采用灵敏度分析法和抽样法,分别进行有效中子增殖因数keff计算的不确定度量化,得到了各核素各反应道核数据导致的keff计算不确定度。对比显示,两种方法的不确定度量化结果有很好的符合,验证了SURE程序抽样法功能的正确性。抽样法计算的keff符合正态分布,说明在一般核数据的不确定度范围内,keff与核数据成线性关系,灵敏度分析法不确定度量化可以适用。
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[编号:20161731]    粒子( Ep≥45MeV)核内级联Monte Carlo模拟程序研究

胡志良 周斌 曾智蓉 梁天骄
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 49 )
本文基于核内级联物理过程,采用Monte Carlo方法发展了一款质子、中子以及π介子的粒子输运程序。基本物理模型基于适当简化和核内级联Bertini模型,同时借鉴了INCL模型质心系下的角微分分布以克服Bertini模型之不足,即采用Monte Carlo方法模拟核子与核子、核子与π介子间的弹性散射、非弹性散射等过程,粒子相互作用时,核子密度随半径变化且作用截面参考Bertini模型22类实验截面数据,出射粒子散射角在质心系下的抽样遵从INCL模型所确定的微分分布。可模拟45MeV~3500MeV的中子、质子或2500MeV以下π介子引起的核内级联过程。入射粒子能量在60~378MeV范围内反应截面理论计算值与已有实验数据、以及在65~3000MeV较宽能区范围内反应截面、出射粒子增殖比、微分截面和剩余核等计算结果与MCNPX、GEANT 4和PHITS模拟结果较好吻合。
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[编号:20161832]    基于行扫描测量的运动目标压缩成像

王盼盼 姚旭日 刘雪峰 俞文凯 邱棚 翟光杰
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 47 )
摘要:运动目标成像在实际应用中具有重要作用,而如何获取高质量运动目标图像是该领域研究中的一个热点问题。本文采用行扫描的采样方式,通过构造运动测量矩阵,建立一种基于压缩感知理论的运动物体成像模型,并通过仿真及实验,验证了该模型对于恢复运动物体图像信息的可行性。实验结果证明,该方法可获得高质量的运动物体成像。本文通过引入图像质量评价标准,分析了运动物体成像质量与速度之间的关系。本文还将该方法与普通压缩感知算法进行比较,结果证明,在相同速度下,该方法的成像质量更高。因而,该成像方法在无人机对地观测、产品线视频监测等领域有着很好的应用前景。
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[编号:20161805]    阵元随机均匀分布球面阵列联合噪声源定位方法

张揽月 丁丹丹 杨德森 时胜国 朱中锐
录用时间:2016-10-11
摘要 ( 77 )
本文研究基于球面传声器阵列的噪声源定位方法,设计加工了阵元随机均匀分布64元球面传声器阵列,研究了球面近场声全息和球谐函数模态展开聚焦波束形成联合噪声源定位识别方法,对算法的性能进行了仿真分析,并利用球面传声器阵列进行了噪声源定位识别试验。研究表明,阵元随机均匀分布球面阵列具有全空间稳定的目标定位性能,球面近场声全息对低频近距离声源具有较高的定位精度,球谐函数模态展开聚焦波束形成对高频远距离声源具有较高的定位精度,将两种方法联合进行声源的定位识别,可以利用较小孔径的球面阵列和较少阵元的条件下,在宽频带范围内获得对目标声源良好的定位性能。
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[编号:20161448]    ”作者要退稿“高温热环境微扰下一维杜芬型振子退相干的频率响应及其与经典运动的对应(暂不发,作者要求退稿)

张世辉 阎占元 崔英敏
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 104 )
以杜芬型振子为例, 借助Wigner函数和主方程, 研究了高温热环境微扰下一维受驱非线性系统退相干的频率响应. 其中, 退相干用线性熵标度, 量子演化以相干态为初始Wigner函数. 通过数值模拟发现, 对于不同的初始波包中心, 系统线性熵随时间的增长均会受到驱动频率的影响, 其平均增长速率的频率响应曲线存在显著的响应峰, 在响应峰附近退相干得到了明显增强. 通过简要的理论分析可以看出, 环境微扰导致的线性熵增长, 其速率和Wigner 函数在傅里叶空间沿高频方向的扩散有关. 后者源自量子演化过程中能级之间的干涉, 它会受到驱动频率的影响. 上述影响导致了线性熵增长的频率响应. 这一点也可以由线性熵增长频率响应曲线和经典方均根振幅频率响应曲线之间的对应得到进一步的佐证. 因为, 根据经典量子对应理论, 参与量子演化的系统能级在经典极限下可以通过方均根振幅反映出来. 从这个角度说, 对于本文研究的情况, 经典方均根振幅的频率响应曲线可以作为线性熵增长频率响应曲线的一个经典指标.
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[编号:20161562]    纳米有机薄膜有效导电层的反射光谱研究

侯艳洁 胡春光 张雷 陈雪娇 傅星 胡小唐
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 40 )
为研究纳米厚度有机薄膜生长过程中有效导电层的判定方法,揭示反射光谱蕴含的薄膜生长机理,基于多相膜层等效结构和光学菲涅尔方程建立了材料光学系数和膜层厚度为参数的差分反射光谱数学模型,提出了依据相对拟合误差的拟合度评价方法。通过分析室温真空环境纳米厚度并五苯薄膜在Si/SiO2基底上生长过程的差分反射光谱,发现采用四相膜层结构和并五苯薄膜晶体结构光学系数拟合的差分反射光谱与实验数据吻合良好,确认并五苯分子主要以薄膜结构的形态进行生长,膜厚生长速率约为0.2 nm/min。该方法避免了反射光谱中多膜层结构产生的干涉信号对生长机理分析的影响。更为重要的是,相对拟合误差随生长时间的变化趋势与由薄膜构建的场效应管结构的电学特性呈现出明显的相关性,不仅反映了生长过程中薄膜成膜模式的演变趋势,还清晰地揭示了有效导电层的形成过程,为光谱法研究薄膜生长机理和无法进行电学测试的条件下监测薄膜电学特性提供了新手段。
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[编号:20161768]    Ti3(SnxAl1-x)C2固溶体电学、力学和热学性能的理论研究

王雪飞 马静婕 焦照勇 张现周
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 56 )
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对Ti3(SnxAl1-x)C2 (x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1)固溶体的晶格结构、结构稳定性、电子结构、力学和热学性质进行了系统的理论研究。研究结果表明:Ti3(SnxAl1-x)C2固溶体具有金属性,都是热力学和力学稳定的脆性材料;Sn原子掺杂能在一定程度上提高材料的力学性能,当Sn原子掺杂浓度为0.75时有最大的体积模量,而掺杂浓度为0.5时有最大剪切模量。此外,Ti3(SnxAl1-x)C2固溶体都具有较高的熔点和德拜温度,其中Ti3AlC2、Ti3(Sn0.25Al0.75)C2和Ti3(Sn0.5Al0.5)C2在室温下的晶格热导率均能达到40 W/(m.K)以上,是良好的导热性材料。
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[编号:20161489]    纳米掺杂CaAlSiN3 :Eu2+红色荧光粉的常压氮化制备以及发光性能研究

刘文全 朝克夫
录用时间:2016-08-18
摘要 ( 52 )
本文采用纳米EuB6和Eu2O3粉末为激活剂原料,提出一步法和两步法在常压条件下制备获得了CaAlSiN3:Eu2+红色荧光粉。对不同掺杂Eu2+浓度(2%~10%)的样品进行了晶体结构、形貌、发光性能的分析研究。根据EDS与XRD的分析可知,利用两步法合成样品随Eu浓度(2%~10%)的增加晶胞体积会逐渐增大且样品中B的含量增加;当利用一步法合成样品随Eu浓度增加样品晶胞体积先增加后减小,且B含量相对上面的样品含量较少,O含量却较大。另外,在460 nm蓝光激发下,两步法合成样品(纳米EuB6掺杂)发射最强峰可在650~680 nm范围内,而一步法合成样品(纳米Eu2O3掺杂)的发射最强峰只有在630~640 nm范围,且前者的荧光相对强度都要强于后者。结合XRD以及荧光光谱数据可以认为两种常压氮化制备方法都会让硼元素引入到基质中,硼的引入不但可以降低基质中氧的含量且改变Eu离子的晶体场环境从而调节CaAlSiN3:Eu2+荧光粉的发光峰位。本实验采用的方法简单避免使用昂贵复杂的气压烧结设备以及还原性气体烧结设备,易于工业化应用以及降低生产成本。
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