摘要：为探求载人龙飞船类飞船返回舱气动布局设计特性开展研究。首先,采用贝塞尔曲线生成龙飞船返回舱光滑外形母线,实现了类龙飞船返回舱气动外形的参数化表征,并拓展应用于多种典型飞船返回舱的气动外形参数化描述,采用工程预测方法计算分析了龙飞船高超声速气动特性,并与其他几种典型飞船进行了对比;然后,讨论了质心位置与配平升阻比、配平静稳定度的相互影响关系,分析气动特性对于质心系数的敏感程度,给出了质心位置布置的参考依据;最后,采用遗传算法,以最大升阻比、最大容积率等目标对龙飞船返回舱气动外形进行了多目标优化,比较了优化外形与原始外形的气动性能差异,分析了优化外形气动性能的提升程度以及相关外形参数的变化情况。结果表明:通过合理的质心布置可以获得合适的配平升阻比与静稳定度,同时通过优化设计,可以使该气动外形配平升阻比进一步提升约3%。

摘要：大气中CO_(2)浓度不断上升导致大量的环境问题,如冰川融化、温室效应、极端天气等,利用电化学方法将CO_(2)经还原反应(CO_(2)RR)转化为有价值的燃料或化学品是解决该问题的可行策略.由于CO_(2)具有稳定的化学键(C=O,806 kJ mol^(-1)),需设计具有优异活性和高选择性的催化剂.近年研究结果表明,过渡金属锚定在N掺杂碳载体上而制得的催化剂(M-N-C)具有较高的原子利用率、独特的活性金属中心电子结构以及存储量丰富,因而被认为是CO_(2)还原为CO的理想电催化剂.目前已经提出了多种方法来制备M-N-C催化剂,包括原子层沉积、基于金属-有机骨架的离子交换、基于载体修饰策略的吸附固化和受限热解.然而,这些方法存在制备过程繁琐或难以大规模生产的问题.同时,采用高温热解制备的M-N-C催化剂,金属活性位点易被其致密的结构包裹,难以完全暴露出来.但有效的活性位点对M-N-C的催化性能起着至关重要的作用,因此有必要研制一种简便、高效的方法来抑制金属原子聚集.超薄二维碳骨架已被证明可以缩短反应物的扩散路径并有利于暴露催化剂活性位点.本文将NiZn层状双金属氢氧化物(NiZn-LDHs)在多羟基化合物中进行剥离形成单层,同时通过控制单层NiZn-LDHs、多羟基化合物和三聚氰胺共同热解,宏量化制得Ni-N-C催化剂.X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)结果表明,在焙烧过程中,可通过改变单层NiZn-LDHs在多羟基化合物中的含量控制Ni-N-C材料中镍纳米颗粒的生成;焙烧过程中Zn挥发能使Ni-N-C材料形成更多中孔,增加碳骨架比表面积和孔径.中孔通道和碳基底超薄特性结合可以促进CO_(2)向内部活性位点扩散,增加反应物与活性位点的接触.XPS结果表明,Ni-N-C材料中Ni原子通过与N配位,锚定在超薄碳骨架上,且存在Niδ+中心(0<δ<2).X射线近边吸收和扩展X射线吸收精细结构分析表明,Ni-N-C-1中的Ni处于低价态(0<δ<2),这与XPS分析一致,且Ni为原子级分散;小波变换分析表明,Ni和N的配位数为3.9.利用H型电解池评估Ni-N-C材料电催化CO_(2)还原性能表明,Ni-N-C-1具有优异的CO_(2)还原活性,在-0.6至-1.0 V电位范围内,FE_(CO)都大于90%,且在-4.9 V时,FE_(CO)为95.2%,CO电流密度为24 mA cm^(-2);在-0.8 V电位,工作25 h后Ni-N-C-1的CO电流密度基本保持不变,说明Ni-N-C-1为稳定的CO_(2)RR催化剂.通过密度泛函理论计算研究了Ni-N-C材料电催化CO_(2)还原为CO的电化学演化历程,结果表明,该反应过程分四个步骤:CO_(2)吸附到单个Ni原子位点上;转移形成*COOH的质子/电子对;*COOH在释放H_(2)O的同时获得质子形成*CO;*CO从Ni位点解吸.相应步骤的吉布斯自由能分别为0.54,1.69,-0.99和-0.98 ***-N-C中Ni原子与配位N原子之间的强相互作用导致Ni原子的电子损失,Ni原子有0.85 e缺陷,周围的N原子有0.15 e堆积,这有利于CO_(2)的吸附.总之,本文采用单层NiZn-LDHs为金属源,开发了一种简便且可宏量化制备CO_(2)RR单原子催化剂的新方法.

摘要：六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和纳米Al粉可以提升推进剂或炸药配方的能量,但是纯CL-20或其与一定量Al粉的复合物均具有较高的感度,因此获得低感度的CL-20与Al粉均匀复合物有着重要的意义。以全氟羧酸修饰的纳米Al粉为表面活性剂,CL-20和TNT的乙酸乙酯溶液为油相制备Pickering乳液,研究了纳米Al粉用量和静置时间对乳液稳定性的影响规律,成功制备出球扁形核壳CL-20/TNT共晶@Al复合物,对其形貌、晶型、热分解和安全等性能进行了表征。结果表明,Al粉含量为1%、10%和20%时可以获得稳定的乳液;静置时间少于100 min时,可以获得稳定的乳液;X射线粉末衍射(XRD)结果表明,两种炸药形成了CL-20/TNT共晶;扫描电镜(SEM)结果显示,所形成的球扁形共晶尺寸约为20~40μm,纳米Al粉均匀包覆在共晶表面;复合物的特性落高H;为35 cm,摩擦感度爆炸概率为30%,安全性能高于纯CL-20。采用的制备方法中未添加非含能组份,理论上没有降低CL-20/TNT共晶@Al复合物的能量,有望为含CL-20、Al的高能推进剂和炸药的设计和制备提供新思路。

摘要：铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)复合材料是一种非常有前景的反应结构材料。为了提高材料的力学性能和反应性,将Fe颗粒加入Al/PTFE反应材料中。对Al/PTFE/Fe反应材料进行准静态和动态压缩试验,观察到明显的应变和应变率硬化现象,且当Fe含量为30%(质量分数)时,在5000 s^(-1)的应变率下,抗压强度达191.8 MPa,较Al/PTFE提升了39%。定向的PTFE纳米纤维丝能有效地阻碍裂纹的扩展。通过高速摄影对霍普金森杆和落锤冲击下的能量释放进程进行观察,且通过新设计的装置对反应活性进行定量表征。结合TG-DSC和XRD,明确了Al/PTFE和Al/Fe之间的反应。通过霍普金森杆的实验数据建立Johnson-Cook本构模型,模型结果与实验数据吻合较好。在冲击状况下,材料的反应性是多重行为的结果。

摘要：该文设计了以新型螺吡喃分子NSP为化学传感器、用于重金属铜离子可视化检测的精细化工综合实验。研究了NSP的聚集诱导发光特性,采用荧光和紫外-可见光谱法测试了NSP对铜离子的识别能力,利用扫描电镜研究了NSP结合铜离子前后的形貌变化,并对传感器在各类真实水体中检测铜离子的能力进行了测试和评价。该实验综合性和应用性较强,既有助于学生综合能力提升,又能强化学生的环保意识和社会责任感。

摘要：以膨润土为矿物成孔剂,普通硅酸盐水泥为胶凝材料,制备膨润土/水泥复合多孔材料,结合扫描电镜、氮吸附/脱附等手段,研究了膨胀聚苯乙烯(EPS)轻骨料对膨润土/水泥复合多孔材料收缩的影响。结果表明,EPS轻骨料降低了基体中引起收缩的孔含量,并在其中形成了骨架,显著降低了复合多孔材料的干缩和自收缩;当EPS轻骨料掺量为40%,设计密度分别为400 kg/m^(3)和800 kg/m^(3)时,干缩值分别降低77.9%和64.1%,自收缩分别降低81.2%和89.7%。

摘要：基于涡轮/冲压组合动力的水平起降两级入轨飞行模式是重复使用飞行器降低发射成本、缩短发射周期的重要途径之一,气动布局设计需要在飞行器总体规模尺度约束下满足全速域全空域的气动特性、操稳特性及防热特性需求。为研究级间分离特性,讨论了任务使命、动力配置、飞行模式及总体规模限制下的两级入轨(TSTO)重复使用飞行器的气动布局设计,针对二级及一级面临的飞行任务需求和气动特性需求,分别提出了多种气动布局方案。对两种改进方案进行了初步的气动计算,并进行了上升段升重平衡下的飞行剖面重构。为提高级间分离的安全性并提高超声速/高超声速的升阻效率和航向稳定性,对双垂尾及可下折翼梢进行了适当修改,形成了TSTO系统新一轮研究方案,并在此基础上规划了后续研究工作。

摘要：为了更深入地理解飞行器气动布局设计优化中多目标/多设计变量间的影响关系,提高优化模型的科学性及优化效率,对基于数据挖掘技术的飞行器气动布局隐含设计知识提取问题开展了探索研究。以高升阻比滑翔飞行器布局设计优化问题为例,基于当前比较有代表性的方差分析、等度量映射、决策树、自组织映射4类机器学习算法对气动布局优化设计中产生的中间数据进行了挖掘分析。对不同方法得到的升阻比、横/侧向稳定性及容积率4种目标性能间的权衡关系,目标性能与设计变量间的敏感性关系及产生较优布局外形的设计变量取值规则进行了综合对比分析,凝练形成了适用于该类飞行器的设计知识,同时对4种方法的特点及适用性进行了总结分析,给出了相关结论。

摘要：近年来,金属-有机骨架(MOFs)及其衍生物由于具有高孔隙率、可修饰的官能团、可控的化学成分等优点,在改善硅负极体积膨胀和导电性等方面取得了很大进展。通过讨论MOFs及其衍生物在锂离子电池硅负极的最新研究成果,重点阐述了以MOFs为基体的硅负极的结构设计,提出了影响其电化学性能的相关因素。最后,针对MOFs及其衍生物在电化学应用中的研究瓶颈和可能的发展方向提出看法。

摘要：金刚石具有最宽的禁带宽度、高载流子迁移率、最高的热导率、良好的化学惰性和优异的抗辐射性能。因此金刚石器件极具应用潜力,但合成金刚石条件苛刻、难以加工并且成本高昂,要使得金刚石器件进一步应用,甚至取代硅器件必须降低生产成本,提高金刚石的生长质量。本文采用6 kW圆柱形谐振腔式微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)设备,在输入功率、气体压力和生长温度等工艺条件不变的情况下,考察自行设计的样品台几何结构(圆柱形样品台和梯形样品台)对同质外延单晶金刚石生长的影响;基于此,在梯形样品台上,探索了不同甲烷浓度对外延单晶金刚石的生长特征影响。利用等离子体发射光谱(OES)诊断分析等离子体放电环境的特征,同时通过激光拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)和原子力显微镜(AFM)的测试手段对外延金刚石的表面形貌和晶体质量进行分析。结果表明:在3%的甲烷浓度下,平面圆柱样品台生长的金刚石生长速率为4μm·h^(-1),表面形貌光滑,拉曼半峰宽为3.6 cm^(-1),晶体质量较高;梯形样品台生长的金刚石生长速率为1.8μm·h^(-1),表面出现较多刻蚀坑,形貌较粗糙,拉曼半峰宽为4.5 cm^(-1),晶体质量较差。此外,在梯形样品台上,增加甲烷浓度至5%时,金刚石的生长速率提高至3.8μm·h^(-1),表面形貌较光滑,刻蚀坑消失,拉曼半峰宽为3.7 cm^(-1),金刚石质量明显改善。以上结果证实样品台几何结构可以对金刚石生长的等离子体环境产生影响,进而影响同质外延金刚石的生长质量。