摘要：在无线通信领域,电磁波传播和极化方向调控对特定信号的识别与接收具有重要意义。提出了一种基于液态金属材质的跨X(8~12 GHz)和Ku(12~18 GHz)波段超宽带极化转换电磁超表面,具有宽频带、高极化转换率、体积小、无机械疲劳损伤、易共形、成本低等优点。该超表面能够实现从7.595 GHz到17.712 GHz超宽带范围内交叉极化转换或宽带圆极化转换的功能。当阶梯状液态金属结构宽度为1.6 mm时,在相对带宽为79.9%的7.595~17.712 GHz频带上,超表面极化转换率优于90%,具有共极化向交叉极化转换的功能。当阶梯状液态金属结构宽度为0.3 mm时,在相对带宽为12.30%的10.864~12.288 GHz频带上,超表面具有线极化向圆极化转换的功能;在相对带宽为3.54%的7.328~7.592 GHz频带上,超表面的极化转换率优于90%,具有共极化向交叉极化转换的功能。样品制备及其极化转换特性测试结果表明:实验结果与仿真结果的相对误差为4.20%,理论设计与实验验证结果一致,进而验证了的跨X和Ku波段超宽带极化转换电磁超表面的多功能性和有效性。

摘要：使用柔性微管液态金属传感器作为应力测量元件,设计制作了一种剪切力传感器.剪切力传感器由弹性聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)杆件、支撑垫片和柔性微管传感器组成.探讨了剪切力传感器的工作原理以及测量元件的传感机制.弹性PDMS杆件受到剪切力作用后变形,使用剪切力传感器对杆件的剪切角进行测量,并将测量结果与灰度重心法测得的参考值进行对比,系统分析了装配间隙δ、微管布置距离L对测量精度的影响.结果表明:当以弹性PDMS杆件为变形体时,剪切力传感器可在0.004 7~0.038 rad的转角范围内进行有效测量;测量误差随着装配间隙δ的增大而增大,随着微管布置距离L增大而减小.所设计剪切力传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点,为剪切力的测量提供了一种新的工具.

摘要：液态金属导电纤维在拉伸、折叠等状态下仍可保持导电性,在智能纺织品领域具有广阔的应用前景。然而,大多数液态金属导电纤维在拉伸状态下导电性能大幅下降。以液态金属(LM)/聚氨酯弹性体(TPU)为芯层材料,TPU为皮层材料,通过同轴湿法纺丝工艺制备拉伸电阻不敏感的液态金属导电纤维,探究液态金属含量及芯层内径对纤维结构和性能的影响。结果表明:液态金属导电纤维具有良好的力学性能,拉伸模量为17.7 MPa,断裂伸长率约为475%,断裂强度约为29.5 MPa。此外,所制备的导电纤维具有明显的皮芯结构,芯层直径越大,液态金属含量越高,拉伸电阻稳定性越好。当芯层直径为0.6 mm,液态金属质量分数为97%时,在0~300%的应变范围内纤维电阻几乎保持不变。

摘要：绝大多数应用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的换流阀均采用水冷系统。尽管水冷却系统的散热技术已经相当成熟且具有许多优点,但随着电力电子器件散热功率的提高,传统的水冷系统逐渐无法满足这些器件的散热需求。针对现有的传统水冷散热系统模型,利用数值模拟分析技术,对比分析了不同的冷板材料(铜、铝)和冷却工质(水、液态金属)工况下替换其散热工质分别为去离子水和液态金属的散热效果。结果表明:采用铜和液态金属的散热系统的散热性能得到大大提高。在此基础上,提出了液态金属散热系统模型,并通过与传统冷却模型进行比较,凸显了其在散热性能上的明显优越性。

摘要：基于液态金属的螺旋管式换热器具有紧凑、换热能力强的特点,在热化学制氢、第四代核能、太阳能高温热发电、余热回收等能源化工系统极具价值,液态金属绕流管束流动传热问题越来越受到重视。然而,绕流管束湍流传热较复杂,实验和数值模拟难度较大,目前尚未有相关可靠文献综述,阻碍了该类换热器设计与技术进步。本文回顾了液态金属绕流管束相关研究,首先指出了液态金属流动传热特性与其他流体的异同,然后简述并比较了液态金属流动传热经验关系式,推荐了该类型换热器设计的流动传热经验公式,紧接着应用经验关系式分别对比了不同工质绕流管束、液态金属流经不同流道的流动传热性能。指出液态金属湍流传热具有一定强化潜力,且绕流管束带来形阻较大,建议采取减阻措施。本文为后续涉及液态金属绕流管束的换热器设计提供了参考。

摘要：采用低弹性模量且具有高介电常数的材料作为电容式压力传感器的介电层,是一种提高传感器灵敏度与初始电容信号的理想方法,然而这2个材料特性往往相互冲突。针对这一问题,提出了一种液态金属弹性体泡沫,其具有较低的弹性模量(10.2 kPa)、较强的可压缩性(70%应变)与高介电常数(5.5~20.9)。以该泡沫作为介电层,并设计带有屏蔽层的柔性电极,研制了一种高灵敏度、大初始电容信号的柔性电容式压力传感器。试验结果表明,该传感器灵敏度高达0.36 kPa-1,响应/恢复速度快(<49 ms),迟滞低(8.7%),同时可检测低至4.9 Pa的微小压力,具有良好的稳定性与可靠性。此外,通过驰张筛筛板弯曲挠度变化测试验证了所研发传感器的有效性,与激光位移传感器的测量结果对比表明,该柔性压力传感器可准确检测弛张筛筛板弯曲挠度的变化。

摘要：液态金属材料在热控与能源、增材制造、生物医疗、柔性智能机器等领域有着特殊的优势。但是,新型液态金属材料的设计却一直是工业界的巨大挑战。这是由于液态金属是长程无序、无晶体、无晶粒的非晶态合金,基于第一性原理或有限元分析的传统材料计算方法难以适用,液态金属材料的设计只能靠无限重复的人工制备实验来进行,设计效率低下。同时又由于液态金属材料的这种非晶态合金特性,使得其材料性能主要取决于材料组份构成,而不是材料的工艺加工过程。因此,本工作设计研发了一种数据驱动的集成学习软件平台,用于代替液态金属材料设计的人工制备实验。首先,该软件平台在材料制备实验室和材料检验实验室部署了一种物联中间件和多源异构数据适配器,其能够自动的将制备实验室和检验室的材料实验与检验数据采集到云服务端,并结构化的存储于材料知识图谱中。而后,基于采集到的材料知识图谱数据,我们设计了一种液态金属集成计算神经网络,能够学习液态金属材料的组份与特定性能之间的关联模式。最后,软件平台提供了RESTful计算接口,能够在平台上自行调整液态金属材料的组份,预测该材料对应的性能。该软件平台目前已部署于我们的合作企业,实际对比实验结果表明,该软件平台能够较为有效的预测液态金属材料性能,显著的减少液态金属材料设计的人力投入,提升设计效率。

摘要：本工作提出一种高效、低成本的新型人造肌肉纤维的制备方法。该方法将液态金属加热器完全嵌入到人造肌肉纤维中,使新型肌肉纤维同时具备液晶弹性体优异的致动性能和液态金属的类液态可变形性能,该结构可以避免肌肉纤维在发生较大变形时,由于加热器损伤而导致的肌肉纤维失效现象。利用红外摄像机和拉力试验机对新型人造肌肉纤维材料的驱动性能进行实验分析,包括其表面温度、收缩率和拉力受电流大小、加热时间和材料尺寸的变化所产生的影响等。结果表明,新型人造肌肉纤维材料具有较好的柔韧性、驱动性和高可变形性能,对液晶弹性体驱动机构的柔性设计和开发具有一定的指导意义,此方法可广泛应用于软体机器人、假肢及生物医疗设备的设计开发中。

摘要：设计蒸发段、绝热段和冷凝段长度分别为110、80、110 mm的三维管式脉动热管,研究镓基液态金属混合溶液为工质时,充液率(20%、50%、80%)、质量分数(0.01%—0.07%)对脉动热管传热性能的影响。实验结果表明:当质量分数0.03%液态金属混合溶液为脉动热管工质时,充液率为50%时PHP(脉动热管)热阻最低;当充液率为50%、质量分数为0.01%—0.05%时,液态金属混合溶液可以提升脉动热管启动特性、降低热阻。当质量分数为0.03%,与纯水相比,脉动热管启动时间和启动温度最多降低228 s(42.7%)和9.4℃(18.3%)、热阻最多降低20%。当质量分数为0.07%,黏度增加带来的负面影响超过导热增强带来的正面影响,液态金属混合溶液降低了脉动热管的传热性能。

摘要：镓基液态金属在室温下具有良好的可变形性和高电导率,是制造柔性电子器件导电单元的极佳材料。本文针对大多数电子元器件柔性差、难以应用在纺织服装领域的问题,基于液态金属的导电高、室温流动性及浸润性好等性能,综述了基于液态金属的、形态多样的柔弹性电子器件,包括导电微球、柔弹性导线及薄膜、织物器件的研究现状。这些器件可发生弯曲形变,弹性好,在外力作用下仍能保持电学稳定性。通过对液态金属的粘度、浸润性能等的改性并结合纺织材料的结构特点及制备技术,可以制备出柔弹性、智能化的纺织基电子器件,其兼具织物的柔性和液态金属的高电导率,有望应用于智能服装领域。