摘要：水陆两栖飞机的舱段结构在入水过程中需要承受入水冲击力的作用,对水陆两栖飞机的结构性能有着重要影响。本文建立了水陆两栖飞机的初始舱段结构模型,基于该结构通过数值仿真方法获取了结构入水过程中的压强分布。建立了舱段结构的有限元模型并开展了参数分析,探究了不同设计参数对舱段结构的影响。在此基础上,考虑舱段入水过程中的结构变形与应力分布,搭建了舱段结构优化设计框架;以舱段结构的应力和应变作为约束、减少质量为目标开展优化设计;根据优化后得到的舱段结构,进一步验证了单向耦合分析方法的准确性。优化结果表明,舱段结构的底面加强筋分布以及底面蒙皮厚度对入水过程中结构产生的最大米塞斯应力有着重要影响。通过对舱段结构的设计参数开展优化设计,可以在满足强度与刚度的前提下,显著降低舱段结构的质量。

摘要：高效光电探测器在监控、热成像、光通信和环境监测等领域具有广泛、迫切的应用需求.优化光电探测器参数如微型化、高量子效率、超快响应速度等,仍然是一项艰巨的任务.我们提出了一种由顶部/底部MoTe_(2)和中间Ta_(2)NiSe_(5)层组成的双范德华异质结.利用双异质结界面增强光收集效率和产生两个对立的内置电场,使得器件具有400到1550 nm的宽光谱响应,并表现出优异的性能,包括82.9%的外量子效率和3.5/4.2μs的快速响应速度.此外,利用二维Ta_(2)NiSe_(5)纳米片的面内各向异性,我们实现了在635和1550 nm波长下的极化灵敏度,分别为16.3和8.1.这项研究为开发高性能和多功能光电探测器提供了平台,为先进光电器件的设计和应用提供了新的方向.

摘要：使用正交排列的电容式传感单元的三维电场传感器(Three-dimensional electric field sensor,3D EFS)测量空间电场时,轴间耦合效应会严重影响EFS的测量精度。为此,提出了一种电场屏蔽电极,以降低3D EFS的轴间耦合效应,提高测量精度。首先,利用多物理场仿真软件构建电场分布模型。其次,根据仿真结果建立带屏蔽电极的3D EFS电容式传感单元的屏蔽电极模型。最后,建立任意角度的测试平台,将带有屏蔽电极的3D EFS和无屏蔽电极的3D EFS进行实验对比。结果显示,有屏蔽电极的3D EFS的测量偏差在3.2%以内,比无屏蔽电极的3D EFS的测量偏差减少12%。因此,所设计的基于电场屏蔽结构的3D EFS可以使解耦矩阵更加可靠,有效降低空间电场测量偏差。

摘要：随着人类社会的高速发展和工程建设的激增,地质环境扰动日益显著,极端气候因素影响日益增多,地质灾害日益频繁发生,对人类的威胁和造成的损失也随之日益加剧。滑坡是其中最主要的地质灾害,因此,研究滑坡发育、发展、发生整个地质过程中伴随的物理现象,研究其信号特征,从而间接获取滑坡发展变化的过程是地质灾害探测或监测的基础性研究,是值得深入探索的科学问题。但是专门用于滑坡探测的电磁仪器关键设计及具体实现的研究尚较缺乏。本研究以电子电路学、嵌入式计算机科学、数字信号处理技术、地球物理以及工程地质等多学科交叉的理论体系为基础,自主研发能用于滑坡探测电磁探测仪功能样机。本设计结合当前电子学科发展水平,将嵌入式多核达芬奇结构工业级计算机系统应用在地球探测仪器领域中,设计并实现了拥有自主知识产权的应用于滑坡探测的关键设备。若进一步完善并市场化,或可解决我国滑坡工程地质灾害监测领域业高端电磁仪器严重依赖进口的难题,可为滑坡不良地质勘察及防护提供强有力的技术支撑。

摘要：热源模型的选取对数值模拟增材制造过程中准确预测温度场分布和熔池形貌至关重要。本文选取面热源模型、体热源模型和双椭圆热源模型进行对比分析。3种热源模型被汇编成用户自定义子程序嵌入Abaqus/Standard仿真软件中用于镍基高温合金IN625选区激光熔化过程中最高温度和熔池形貌的预测。仿真与实验结果对比表明,双椭圆模型可以较好地预测熔池几何形貌,而体热源模型在预测最高温度值时准确度更好。相比之下,面热源模型在预测最高温度和熔池形貌时准确度最差。研究结果表明,在开展深入研究之前,热源模型的校准修正是提高效率和模拟准确性的前提。

摘要：聚合物基固态电解质得益于其易加工性,最有希望应用于下一代固态锂金属电池.目前,聚合物基态电解质的离子电导率提升策略多为加入导锂陶瓷以构建离子传输通道,其提升程度有限.电场在锂离子输运过程中存在重要影响,目前研究中有关电场对锂离子传输的影响机制尚不明确.本文将兼具高离子电导率和高介电常数的铌酸锂嵌入聚偏氟乙烯基体中,设计了一种新型复合固态电解质.铌酸锂颗粒有效调节电解质内部电场结构,增强了离子输运方向电场强度,实现了离子电导率的大幅提升(7.39×10^(-4)S cm^(-1),25℃).该电解质匹配高镍正极和锂金属负极的固态电池可稳定循环1000次以上,容量保持率为72%.该研究为设计下一代固态锂电池用高离子电导复合固态电解质提供了新的策略.

摘要：随着人类社会的高速发展和工程建设的激增,地质环境扰动日益显著,极端气候因素影响日益增多,地质灾害日益频繁发生,对人类的威胁和造成的损失也随之日益加剧。滑坡是其中最主要的地质灾害,因此,研究滑坡发育、发展、发生整个地质过程中伴随的物理现象,深入研究其信号特征,从而间接获取滑坡发展变化过程是地质灾害探测或监测的基础性研究,是值得深入探索的科学问题。但是专门用于滑坡探测的电磁仪器关键设计及具体实现的研究,特别是电磁仪器配套数据采集软件的设计及具体实现尚较缺乏。本研究以嵌入式计算机科学、软件工程、数字信号处理技术、地球物理、工程地质等多学科交叉的理论体系为基础,设计并实现了可用于滑坡探测或监测的仪器配套数据采集软件,拥有滑坡电磁法探测的嵌入式计算机软件自主知识产权,有助于科学探查滑坡地质灾害的动态发育、发展、发生。

摘要：将不同金属元素通过合金化形成二维材料(金属烯)对基础研究和纳米电子器件的实际应用具有重要意义,但目前鲜有金属烯材料是具有本征带隙的半导体.受离子晶体成键特征的启发,通过结构搜索、成键分析和高通量第一性原理计算,本文从2500多个双金属烯中筛选出一系列具有晶格动力学稳定和碱金属-金离子键的二维碱金属金化物双金属烯半导体.由于碱金属和金之间的大电负性差,其中32个碱金属金化物双金属烯是带隙范围为0.97~5.20 eV的半导体材料,而锂金双金属烯由于电负性差减小呈现出金属性.Bohn-Oppenheimer分子动力学模拟表明19个双金属烯在室温下结构稳定有利于实际应用.这项研究为设计双金属烯半导体提供了指导,并揭示了二维金属合金中成键行为和电子结构性质间的关联.

摘要：水分解是一种利用可再生能源驱动的绿色制氢方法,零碳排放特性使其成为解决氢能源生产的重要途径.在电化学水分解中,制备高活性和稳定性的催化剂至关重要.高熵合金（HEAs）由于独特的结构和性能使其成为理想的催化剂材料,其多元成分和可调组成提供了丰富的表面活性位点和灵活的催化特性,有望提高水分解的效率并降低成本.然而,简易高效地制备HEAs仍面临挑战,且目前对HEA催化剂的结构-活性关系的了解存在不足.因此,探索一种简便有效的方法用以制备高性能HEAs催化剂,并深入理解其在水分解反应中的作用机制和结构演变,能够为未来绿色制氢技术的发展提供重要的科学基础和技术支持.本文采用了电化学测量、CuK-边和PtL3-边的原位同步辐射X射线吸收光谱（XAS）测试以及密度泛函理论（DFT）计算相结合的方法,系统地研究了高熵合金电催化剂PtPdRhRuCu/C的析氢反应（HER）活性、反应机制以及结构演变规律.PtPdRhRuCu HEAs纳米颗粒由简便的一步溶剂热法制备,直径约为6.7±0.6 nm,其合金结构和元素分布通过多种表征手段（扫描透射电子显微镜、X射线衍射和能量色散X射线光谱等）得到确认.XAS对Cu K-边和PtL3-边的分析结果显示, HEAs纳米颗粒表面的少量铜氧化物在HER过程中被还原至金属态.扩展X射线吸收精细结构的拟合结果表明, HEAs在工况HER中保持了金属态和无序的原子排列,没有新的分离相形成.电化学测试结果表明,得益于多金属活性位点, PtPdRhRuCu/C催化剂在酸性和碱性条件下均表现出较好的HER活性和耐久性.在10 m Acm-2的电流密度下,该催化剂在1molL-1KOH中具有23.3 m V的极低过电位,优于商业Pt/C催化剂（50.3 m V）,其质量活性是Pt/C的7.9倍,达到3.0 ***的高熵效应显著提升了催化剂在HER中的长期稳定性,在稳定性测试中, PtPdRhRuCu/C催化剂在10000次循环伏安测试后几乎无性能衰减,而Pt/C的过电位增加了约24 m V.在-55 m V过电位下的30 h的HER测试中, PtPdRhRuCu/C保持95.7%的初始电流密度,而Pt/C衰减了53.6%.在酸性条件下, PtPdRhRuCu/C的循环稳定性和耐久性也优于Pt/C. DFT计算结果表明, PtPdRhRuCu/C较好的HER性能和稳定性归因于高熵合金的协同效应,多金属成分提供了多样的活性位点,优化了HER反应路径,特别是在Volmer步骤中降低了水裂解的反应能垒.PtPdRhRuCu/C上的HER过程遵循Volmer-Tafel机理,水分子优先吸附在Ru位点,促进HO-H键的解离,解离出的质子迁移到Pt上,而OH通过Ru和Rh的桥接作用而稳定,最终在Cu上释放H2.综上,本文展示了高熵合金在HER中较好的性能,并通过详细的表征深入理解了其构-效关系.研究成果为高熵合金催化剂的合理设计和应用提供理论支持,为未来高效、耐久和低成本的绿色制氢技术提供重要的科学依据和技术支持.

摘要：设计和制备具有优异防污能力的可注射防粘连材料对预防手术后组织和器官的粘连具有重要的意义.在此,我们将含有羟基的氨基酸衍生物引入水凝胶的制备中,通过N-丙烯酰丝氨酸(ASer)的自由基聚合制备了一种新型的氢键交联水凝胶(PASer).结果发现一个甲基取代基的存在会对分子间氢键相互作用产生明显的影响:与聚(N-丙烯酰苏氨酸)(PAThr)水凝胶相比,PASer水凝胶具有较低的成胶浓度和增强的力学性能.值得一提的是,亲水性羟基使PASer水凝胶能够有效抵抗蛋白质吸附和细胞粘附.PASer水凝胶具有优异的力学性能、可注射性、自融合性、良好的生物相容性和适宜的体内停留时间,符合临床对术后抗粘连材料的要求.体内研究实验结果表明,PASer水凝胶在建立的小鼠腹壁缺损模型中可以有效预防术后腹膜粘连发生.