摘要：研究了一种光子晶体的慢波结构,通过对该结构的色散、场分布和粒子模拟计算,设计和仿真了一个0.28-THz的带状注返波管。在阴极电流密度仅10 A/cm^(2)(最小可低于6 A/cm^(2)),电压12.5 kV,磁场0.5 T的情况下,该结构通过与带状电子注浸没式互作用,输出功率为435 mW。在此基础上,采用了LIGA加工技术制备了该慢波结构。研究表明,光子晶体结构能有效提高互作用效率和降低起振电流密度,有效提高太赫兹真空电子器件阴极的使用寿命,是提高太赫兹真空辐射源性能的一种有效途径。

摘要：受蜂鸟颜色调节机制的启发,通过将N-异丙基丙烯酸胺(NIPAM)和硬脂基丙烯酸酯(SA)共聚物引入到反蛋白石支架中,本文提出了一种新型的形状记忆结构色水凝胶薄膜.共聚物水凝胶优异的柔韧性和反蛋白石结构的存在,赋予了薄膜稳定的拉伸性和鲜艳的结构色.同时,共聚物的瞬态结构各向异性使得薄膜具有形状记忆的性能.利用其形状记忆和结构色响应性能,可以设计各种具有复杂形状的不同结构色的执行器.值得一提的是,具有光热响应的石墨烯量子点可以集成到水凝胶薄膜中,使其具有光控可逆变形和同步结构色变化的特性.本文提出的形状记忆结构色水凝胶薄膜在传感、通信和软机器人伪装方面都展现了巨大的应用潜力.

摘要：In this paper, we present a design where a bunched relativistic electron beam traversing inside the rectangular dielectric-loaded （DL） waveguide is used as a high power microwave generation device. Two kinds of methods of calculating the electromagnetic （EM） field excited by a bunched beam are introduced, and in the second method the calculation of EM pulse length is discussed in detail. The desired operating mode is the LSM11 due to its strong interaction with the electron beam. For the designed 7.8 GHz operating frequency, with a 100 nC/bunch drive train of electron bunches separated by 0.769 ns, we find that high gradient （〉 30 MV/m） and high power （〉 160 MW） can be generated. An output coupler is also designed which is able to extract the generated power to standard waveguides with a 94% coupling efficiency.

摘要：合成维度的概念可广泛用于在低维平台上研究高维物理.比如四维拓扑可被利用于操控三维真实空间中波的传播.本文通过实验验证了调制连续耦合声波导的设计可实现三维结构中的声拓扑态泵浦,所设计的系统具有受四维系统拓扑保护的边态和角态.通过控制合成空间中的相位和相应声源模式的激励,可以在特定空间方向上实现拓扑边界态与角态的泵浦.此外,本文还研究了角到角泵浦对无序的鲁棒性,实验结果表明该系统具有强鲁棒性.所得研究结果提供了通过连续耦合波导实现拓扑声泵浦的一般策略,并为探索连续系统中的高维拓扑相位提供了新的思路.

摘要：氧还原反应(ORR)是燃料电池和金属-空气电池等各种能源转换器件中重要的半反应.由于ORR的动力学缓慢,需要开发高活性电催化剂来替代常用的贵金属铂基催化剂.Fe-N-C催化剂被认为是最有前景的材料,其丰富的活性位点可以降低含氧中间体的能垒.在这篇综述中,我们详细总结了Fe-N-C催化剂在理论和实验研究方面的最新研究进展.首先,概述了基于Fe-N-C催化剂的电催化ORR的反应机理.然后,对Fe-N-C催化剂的设计策略和活性位点进行了分类.接下来,讨论了活性位点与催化性能之间的关系.介绍了Fe-N-C催化剂在燃料电池和锌空气电池中的应用现状.最后,进一步提出了Fe-N-C催化剂在可控合成、机理研究和能源器件应用方面面临的挑战和机遇.

摘要：直接从非偏振波中产生偏振波并同时操纵波前的超材料器件可用于先进的光学系统.然而,传统的波前可控偏振转换超表面(PCMs)依赖于具有特定偏振状态的入射波,而不是非偏振波.少数经特殊设计的超构起偏器虽然已经从非偏振波中获得了偏振波,但没有同步地实现波前操控.本文报道了基于全硅材料的波前可控的太赫兹超构起偏器,它比传统的超构起偏器和波前可控PCMs具有更高的集成特性.这种太赫兹超构起偏器将特定相位分布融入超构原子的波束干涉中,直接从非偏振太赫兹波产生偏振太赫兹波,并同步实现波前操控,有望为太赫兹波操控领域带来新的影响.

摘要：光生电荷的快速迁移和高效分离是实现高效太阳能分解水反应的必要条件.本文中,我们通过铁电单畴PbTiO_(3)晶体的不同极性晶面对阴阳离子的选择性吸附,在其正负极性面上分别选择性生长了TiO_(2)和CdS,构建出了“三明治”型CdS/PbTiO_(3)/TiO_(2)异质结构,且CdS和TiO_(2)均与PbTiO_(3)晶体具有高质量的界面接触.在该“三明治”型结构中通过单畴铁电场与界面电场的结合,CdS、PbTiO_(3)和TiO_(2)三种材料的能带实现了有序级联,为整个体系提供了促进光生电荷迁移和分离的强驱动力.用于可见光催化产氢反应中,CdS/PbTiO_(3)/TiO_(2)的活性较PbTiO_(3)/TiO_(2)提升了两个数量级,显示了“三明治”型结构的高电荷分离特性.本工作中所展示的利用铁电场实现不同半导体能带结构有序级联的策略,为光电荷迁移与分离路径的合理设计提供了一种新思路.

摘要：探索具有深紫外相位匹配能力的新型非线性光学材料是当前研究热点.本文从硼氧阴离子框架出发,发现由π共轭BO_(3)基团组成一维(BO_(2))∞链的电子离域导致了极化特性增强,可实现非线性光学性能的优化.据此,本文预测了以(BO_(2))∞链为阴离子框架的CaBO_(2)F体系.重点研究了三种能量最低的结构CaBO_(2)F-Ⅰ,CaBO_(2)F-Ⅱ和CaBO_(2)F-Ⅲ,设计了热力学上可进行的反应路径.第一原理计算表明,CaBO_(2)F-Ⅰ,CaBO_(2)-F-Ⅱ和CaBO_(2)F-Ⅲ具有较宽的带隙,合适的双折射(0.076–0.108@1064 nm)和较大的倍频系数(2.1–2.7×KDP).其中,计算得到CaBO_(2)F-Ⅰ的最短相位匹配波长在约为195 nm(基于HSE06带隙修正剪刀算符),证明了含有定向电子离域的(BO_(2))∞链是深紫外非线性光学材料的潜在阴离子框架.本文通过将机理研究与验证性的结构预测相结合实现了自上而下设计深紫外非线性光学结构模板,该研究为探索新型非线性光学材料提供了新的策略.

摘要：在列车撞击动力学中,简化的刚体模型被广泛应用于研究列车耐撞性,以及进一步优化列车在冲击载荷下的能量分布。然而忽略弹性波传播对列车耐撞性能的影响尚不清楚。为了解决这一问题,本文建立了简化的一维弹性车体模型,并研究了弹性波传播对列车能量耗散以及动力学特性的影响。基于经典的弹性波传播理论,提出了一种密度及弹性模量缩比准则,使一维弹性车体的运动特性与其横截面积无关。讨论了弹性波传播速度对不同冲击速度下三节编组列车在冲击工况下的能量吸收、弹性能储存以及车体最终的等效平衡速度的影响。研究发现,当弹性波的传播速度约为3500 m/s时,一维弹性车体与实际列车模型的一致性最好。在初始冲击速度为10、15和20 m/s时,简化的一维弹性模型吸能量与实际列车模型相比误差仅为2.56%、1.84%和1.45%,而简化的刚性模型能量吸收量比实际列车模型高10.7%、12.4%和14.8%,刚性模型显著高估了列车的能量吸收量。我们的研究结果可以促进列车在碰撞条件下的耐撞性设计和优化。

摘要：非晶合金是非晶材料家族中的新成员,由于缺乏原子排列长程有序特征,具有独特的性能和广泛应用前景.然而,非晶合金的形成、成分设计和形变问题在该领域长期未得到解决,制约着新型非晶合金的高效开发.传统上,多组元非晶合金的成分设计主要遵循相图研究范式,以温度调控为出发点,确定低液相线的成分为落脚点,尤其强调深共晶成分.然而,对于缺乏相图的多组元体系则力所不及,亟需新的理论突破.本文综述了非晶转变中的热力学与动力学基本规律,重点探讨了热力学与动力学性质之间的关联性,尤其是梳理了材料熔化熵与熔点粘度、熔点等多个非晶形成经典参量之间的内在关联,提出并论证了熔化熵和振动熵为非晶形成的关键热力学参量,可有效指导高性能非晶合金的设计和表征.结合实际应用中对非晶材料的工程要求,讨论了化学成分调控对非晶合金剪切带的萌生密度和扩展稳定性的影响,并总结了在单调加载和疲劳加载条件下剪切带行为对非晶合金断裂过程的作用.最后展望了振动熵和构型熵之间争议问题,提出未来工作中需要发展具有物理意义玻璃形成能力指标和可靠数据库的需求,混合加载模式下的韧性以及疲劳和韧性之间的权衡等问题.本文为进一步建立高性能非晶材料成分设计路径提供了参考与指导.