摘要：电解水技术是制取高纯度氢气的有效途径,为传统的氢气生产提供了一种可持续的替代方案.其中,开发性能优异的电催化材料是降低电解水制氢成本的关键.析氧反应(OER)由于涉及多个电子转移而导致的动力学缓慢,是克服高过电位的主要挑战.镍铁羟基/氢氧化物(NiFe(oxy)hydroxides)是近期研究的热点,其在碱性条件下具有极低的OER过电位,部分材料性能甚至超过了贵金属基催化剂,如IrO_(2)和RuO_(2).然而,NiFe(oxy)hydroxides的长期催化稳定性,尤其是在大电流下的长期催化稳定性,成为限制其实际应用的主要问题,这主要是由于铁元素的严重流失导致的.因此,如何有效控制和利用电化学溶解/沉积动力学成为稳定铁位点的关键.为克服该挑战,本文提出了一种大电流极化重构方法来固定活性铁位点.通过在大电流(1.5 A cm^(-2))下对材料进行表面快速极化重构,成功制备了FeOOH@NiOOH(eFNO_(L))电催化剂.eFNO_(L)不仅具有稳定的铁位点,还暴露出高指数晶面,因此eFNO_(L)同时展现出较好的OER催化活性和稳定性.同时,密度泛函理论计算结果表明,与具有低指数晶面的FeNiOOH相比,大电流极化工程制备的分相eFNO_(L)对铁位点表现出更高的结合能,可以有效抑制OER过程中的铁流失,且高指数晶面在改变速率决定步骤和减少吸附能垒上具有更大的优势.电化学测试结果表明,经过优化后的eFNO_(L)催化剂在产生100和500 mA cm^(-2)大电流密度仅需234和27 mV的过电位,并且具有较小的Tafel斜率(35.2 mV dec^(-1)).由于铁位点结合能的提高,eFNO_(L)催化剂在500 mA cm^(-2)的电流密度下能够稳定催化超过100 h,且仅有1.5%的性能衰减,优于近期报道的大多数镍铁基OER催化剂.综上,本文为开发高活性和高稳定性能的催化剂提供了一种有效的大电流电化学重构策略,在电解水制氢领域实现其工业化的大规模应用方面显示出巨大潜力,有望降低可持续电解水制氢成本.

摘要：碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)导电性差,无法满足飞机航行过程中的雷击防护需求。金属化碳纳米管薄膜具备轻质、高导电、高载流的特点,可应用于复合材料雷击防护。采用电化学沉积工艺成功制备了一种碳纳米管(CNT)/Cu复合薄膜,并对其微观结构、电学性能及载流失效行为进行了表征分析。结果表明,CNT/Cu复合薄膜柔性较好,具有明显的梯度结构,铜的含量在薄膜厚度方向上逐渐递减。复合薄膜电导率与Cu同一量级,比电导率为Cu的2倍,载流量及比载流量分别为商用铜网的1.4倍和7倍。复合薄膜中的CNT抑制了Cu在大载流作用下电迁移的发生,进而延长其载流失效时间。基于CNT/Cu复合薄膜制备了CFRP雷击防护试样,进行人工模拟雷击试验及高精度损伤分析,评估雷击防护效果。与商用铜网雷击防护材料相比,CNT/Cu复合薄膜质量减轻61%,且表现出更为优异的雷击防护性能。

摘要：钻井深度的持续增加使钻柱面临的载荷工况越来越严苛。钛合金具有密度小、屈服强度高和弹性模量低等特点,基于井口钻杆抗拉余量设计要求,设计3种钛合金/钢钻杆复合钻柱,即复合钻柱1(Φ101.6 mm钻杆段全段使用钛合金钻杆)、复合钻柱2(Φ101.6 mm钻杆上半段使用钛合金钻杆)和复合钻柱3(Φ101.6 mm钻杆下半段使用钛合金钻杆)。为了探究钛合金/钢钻杆复合钻柱(简称为复合钻柱)的动力学特性,基于Hamiton原理建立复合钻柱的动力学模型,并采用节点迭代法和Newmark-β法对模型进行求解,分析3种复合钻柱的涡动特征、动态应力和振动特性,并与常规钢钻柱进行比较。结果表明:钛合金钻杆的使用可有效减缓钻柱涡动速度、动态应力,其中复合钻柱3的涡动速度、动态应力最小;基于振动特征强度对钻井作业参数进行优化,形成复合钻柱3的钻井作业参数推荐图版并给出合理的施工参数范围。

摘要：设计了一种根据光照强度自动调节增益的CMOS探测器,它能够在一帧时间内实现光照强度与积分增益自动适应,从而实现无论在弱光还是强光条件下CMOS探测器都能有适应的灵敏度和动态范围。相较于传统CTIA电路,自适应信号读出技术新增了比较器电路来控制CTIA积分电容大小,通过短曝光输出电压与参考阈值进行比较,输出信号结果用来调整长曝光积分增益,最终得到每个像素的输出电压和增益挡位。基于0.5μm 5 V-CMOS工艺进行了128×1线阵CMOS探测器设计仿真与流片,仿真结果表明,光电流在2 pA~100 nA六个数量级内分别自适应四个积分增益,都能有良好的信号读出。

摘要：光电化学(PEC)分解水为太阳能转换为氢能提供了一种极具潜力的绿色、可持续发展策略。复杂缓慢的水氧化反应限制了水分解的速率,因此高效光阳极的设计和制备被广泛关注和深入研究。总结了过渡金属水氧化催化剂,包括多相和均相非贵金属水氧化催化剂以及贵金属水氧化催化剂的研究进展。同时,介绍了过渡金属基光阳极的构筑及其性能,包括无机半导体光阳极TiO_(2)、Fe_(2)O_(3)、BiVO_(4)以及染料敏化光阳极。最后,提出构建高效稳定的水分解光阳极的策略及发展方向,为其将来在工业规模上实现高效和经济的太阳能—氢能转换提供参考。

摘要：通过Thermo-Calc热力学计算、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸试验和机器学习,从相转变、几何必需位错密度、晶界类型以及晶界密度的角度,设计并研究了退火温度对转向架用中Mn低密度中厚板组织性能的影响。结果表明,室温下低密度钢的热轧组织为δ铁素体、奥氏体和马氏体;退火时,基体会发生逆转变以及原奥氏体的长大,且在退火过程中产生的奥氏体的稳定性会随着退火温度的升高而降低;随退火温度的增加,试验钢的几何必需位错密度不断减小;退火过程中晶粒的长大和马氏体板条合并会导致组织中的原奥氏体界面(PAG boundaries)和马氏体板条界面(Lath boundaries)密度下降;退火后,试验钢的断后伸长率相比热轧态有显著提升,其屈服强度随退火温度的增加而降低;热轧态及退火后的试验钢在拉伸测试中均表现为均匀变形,并发生了解理断裂;在820和880℃退火后,试验钢的屈服强度分别达到了491和413 MPa。

摘要：高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT阵列。为了进一步得到阵列最佳的输出性能,降低栅瓣影响,设计了间距为波长的1/2(300μm)的并联六边形阵列,增大了填充因子,降低了阻抗,提高了输出电流。采用SOI晶片作为PMUT的基本结构,设计了微机电系统(MEMS)工艺流程,并完成了晶片制作。通过扫描电子显微镜和聚焦离子束切割确定PMUT的形貌和结构尺寸,并且测得在水中的谐振频率为2.36 MHz。仿真与测试结果表明,测试误差为9.2%,位移灵敏度较好,有望满足非侵入式血管成像应用需求。

摘要：核反应堆用锆合金构件在服役过程中会发生氢致延迟开裂(HIDC)而失效,构件表面的微缺陷是否会引起HIDC是值得研究的问题。本文采用真空电子束焊接方法制备表面有微缝隙缺陷的样品,以研究这类微缝隙缺陷在400℃过热蒸汽中腐蚀以及在350℃高压水中热循环处理过程中的行为。由于这类缺陷处会形成尖劈状的氧化膜并镶嵌在金属中,在氧化膜前端将形成应力集中和应力梯度区,引起氢的扩散、富集和氢化物析出,即使样品中原先没有残余应力,也没有受到外加应力的作用,也会发生HIDC导致裂纹扩展而开裂。因此,在设计和加工制造核反应堆堆芯中锆合金的各种结构件时,需要重视如何避免锆合金构件表面可能生成这种缺陷的问题。

摘要：核能技术的快速发展带来了辐射安全隐患,为保护人员的身体健康与周围环境的安全必须采取屏蔽体进行防护。核设施结构的复杂性以及应用场景的多样性对核辐射综合屏蔽材料的性能提出更高的要求,材料不仅要具备优异的中子/γ屏蔽功能,还应具有优异的力学性能以作为结构材料使用。本文简述了核辐射综合屏蔽材料的设计要求,并根据国内外屏蔽材料的研究现状,综述了常用的辐射屏蔽材料的研究进展,对比分析金属与非金属材料的屏蔽性能,总结了不同基体与功能填料的研究内容、特点以及存在的问题,提出了屏蔽材料结构/功能一体化已成为发展方向,指出含稀土元素的镍基复合材料在防辐射屏蔽材料方面的应用将成为进一步研究的重点,为新型辐射屏蔽材料的研制应用提供了参考。

摘要：碳纤维(Carbon fiber,CF)增强环氧树脂(Epoxy resin,EP)基复合材料因其优异的抗冲击性而被广泛应用在飞机结构件。考虑到飞机在飞行过程中部分结构会遭受多次冲击的工况,设计CF/EP复合材料层合板的多次冲击及冲击后压缩试验。通过对多次冲击的力学响应曲线分析及内部损伤图观测,得到不同冲击载荷对复合材料多次冲击的力学性能影响及多次冲击过程中的主要损伤机制和损伤传播模式。在此基础上,对冲击后的剩余压缩强度及失效形貌进行了分析,得到了CF/EP复合材料层合板在冲击后的损伤容限及失效模式。结果表明:冲击次数的提高将导致复合材料的吸能性下降,抗冲击性下降。在多次冲击过程中,复合材料层合板的损伤模式为自下而上。此外,随冲击能级变化,复合材料在冲击后压缩过程中的主要损伤模式有所变化。