不同运动方式KDP单晶生长流动与物质输运数值分析

针对两种不同运动方式下的KDP单晶生长,进行了流动与物质输运模拟.分析和比较了不同运动方式下,晶面附近溶液流动及晶面过饱和度分布特征.研究了晶体尺寸对晶面过饱和度场的影响.结果表明:二维运动法中,晶面遭受的水动力学条件较为复杂,使得其过饱和度分布不如转晶法规则;二维运动法锥面过饱和度明显高于转晶法;单位周期内,转晶法晶面平均过饱和度存在较大波动,而二维运动法过饱和度随时间变化较小;总体上看,小尺寸晶体时,二维运动法晶面过饱和度梯度小于转晶法;大尺寸晶体时,二维运动法晶面过饱和度梯度大于转晶法.     

二维平移法小尺寸KDP单晶生长溶液流动与传质模拟

二维平移法是一种新型的晶体生长方法.在该方法中,晶体不再作正反转运动,而是沿着特定轨迹作周期性的平移运动.本工作对二维平移法小尺寸磷酸二氢钾(KDP)单晶生长过程进行了数值模拟研究,获得了不同平移速度、不同平移距离以及不同迎流角度下晶体附近溶液流动与晶面过饱和度分布.结果表明:增加平移速度,晶面过饱和度随之增加,但流场结构并无明显变化;增大平移距离,晶面的过饱和度反而降低,标准差则有逐渐增大的趋势,这不利于提高过饱和度均匀性;不同迎流角度下,柱面的过饱和度分布差异较大,对流的不对称性也更加明显,当迎流角度为45°时,对晶体生长更有利.此外,台阶推移结果表明,不均匀的过饱和度会造成台阶弯曲和聚并,二维平移法更利于台阶稳定推移,有望提高形貌稳定性和晶体质量.     

喷流转晶法KDP晶体生长系统的流动与传质模拟

提出了一种通过锥顶喷流改善KDP锥面过饱和度的晶体生长方法。采用有限体积法和滑移网格技术,对传统转晶法及喷流转晶法的KDP晶体生长过程进行了数值模拟。展示了两种生长方式下晶体表面过饱和度时均分布云图及均方差,分析了不同转速、不同喷流速度、不同晶体尺寸对晶面时均过饱和度及均方差的影响。结果表明:相比于传统转晶法,喷流转晶法晶体的锥面过饱和度提高且表面均匀性增加。提高喷流速度可以进一步提高锥面过饱和度,但其均方差却呈现先减小后增大的变化。旋转速度的增加能提高锥面过饱和度并减小其均方差。此外,晶体尺寸也会在一定程度上影响喷流的效果。     

pH值对ADP晶体(100)面生长的影响

通过对40℃、不同pH值和过饱和度下ADP晶体(100)面法向生长速度的研究,发现在同一过饱和度下,改变pH值后晶面的生长速度明显加快。实验数据显示,在过饱和度较低时,(100)面的生长以螺旋位错生长机制为主;过饱和度较高时,以二维成核生长机制为主,而且pH值的改变会促使ADP晶体在较低的过饱和度下就从位错生长机制向二维成核生长机制转变。利用实验数据计算出了不同pH值下、二维成核生长机制控制晶体生长时的台阶棱边能。最后,运用原子力显微镜(AFM)非实时观察了不同过饱和度、不同pH值下生长的ADP晶体(100)面的微观形貌,发现与正常pH值相比,在较低的过饱和度下,pH=2.5和5.0的晶面上就出现了二维核。     

简立方晶体（001）晶面生长的蒙特卡罗模拟

通过对简立方晶体(001)晶面生长的蒙特卡罗模拟,获得了不同晶体表面热粗糙度,不同过饱和度,不同平均扩散距离以及不同表面尺寸下晶体生长速率;同时,应用舍维数法,计算了表面分形维数;并对表面形貌及描述表面特性的相关参量作了分析.结果表明,法向生长模式和二维核生长模式,包括单核和多核生长模式,都可能出现,其主要取决于热粗糙度和过饱和度的大小.晶体生长速率与表面的微观特性紧密相关,如扭折、台阶、台面和吸附基元的百分比.     

ADP晶体{100}面族二维成核生长微观形貌的AFM研究

ADP晶体{100}面族微观形貌的非实时AFM(atomic force microscopy,AFM)成像表明,过饱和度σ=0.053时,晶面上出现二维成核生长;随σ增加至0.11,二维岛数量急剧增加,尺寸减小,分布渐趋均匀,二维成核生长逐渐增强,界面呈现出由光滑向粗糙转变的特征;各二维岛形状趋近于长条形,表现出各向异性,长轴平行于[001]晶向;二维岛上有单分子高度的台阶和台阶聚并后高度为2～3nm的大台阶;二维岛间融合时取向相同;σ=0.053时,融合后所形成的较大二维岛的生长呈现出周边快中心慢的情况,将可能导致产生晶体缺陷.     

对流效应和溶质浓度对KNbO3晶体界面形貌稳定性的影响

研究了在不同对流形态对KNbO3晶体生长形貌的影响。在温度梯度较小的扩散-平流区域,晶体以枝蔓晶的形态生长;而在温度梯度的较大的扩散-对流区域,生长出的晶体呈现光滑晶面。通过测定不同区域KNbO3晶体界面附近的溶质浓度分布,从对流效应降低晶体界面附近的溶质浓度分布的不均匀性的角度研究了对流效应对晶体界面形貌稳定性的影响,证明对流效应提高了晶体界面形貌稳定性,与晶体界面弥散度的理论计算相一致。同时解释了扩散-对流区域的晶体尺寸大于扩散-平流区域的晶体尺寸的原因。观察并定性地解释了不同溶质浓度KNbO3形成不同的界面非稳定形貌,当KNbO3重量百分比为20wt%时形成骸晶,30wt%时形成枝蔓晶。     

低维氧化锌晶面调控及催化抗菌活性研究进展

低维结构氧化锌(ZnO)作为一种典型的直接宽带隙半导体材料,具有独特的形貌可调性、优异的催化活性和良好的生物相容性,在长效抗菌、催化降解和能源转化等领域受到较多关注。大量研究表明,通过制备方法的设计,可以得到球、棒、针、片、带、管和多面体等形貌各异的低维ZnO晶体材料,而不同的形貌结构对其宏观性质具有显著的影响,甚至直接导致了材料在应用领域上的差异。因此,低维ZnO晶体材料的形貌结构调控对于其应用而言至关重要。ZnO丰富的形貌特征源于其晶体生长的各向异性。在ZnO晶体生长过程中,反应体系中的各种因素(如溶剂、成核剂、添加剂等)均可能对晶体生长产生影响,促使晶体沿不同晶向生长。因此,反应条件不仅能够影响ZnO的形貌,更重要的是,其表面的暴露晶面也会随之变化。而ZnO不同暴露晶面上的原子排布、原子密度和表面悬挂键等都不尽相同,这使得其性质和功能会出现显著差异。通过控制ZnO的形貌结构、晶体取向和暴露晶面等能够有效提高其稳定性、催化活性和选择性吸附等能力,并进一步实现对材料物理/化学性质的调控。随着制备技术和模拟计算的不断发展,现阶段对于ZnO暴露晶面的调控方法大致可分为晶面吸附法、晶种诱导法、溶剂调节法和晶面刻蚀法四种。其中前三种均属于自下而上的合成法,在ZnO晶体的成核和生长过程中,通过引入吸附剂、晶种或改变溶剂,来控制目标晶体特定晶面的结晶、生长,从而实现晶体形貌和暴露晶面的调控;而晶面刻蚀法是一种自上而下的制备方法,利用ZnO晶体自身各向异性所带来的晶面活性差异来选择性刻蚀高活性晶面,得到所需的暴露晶面。通过上述方法,研究者能够实现对ZnO晶体形貌和暴露晶面的可控制备,并在此基础上进一步研究ZnO暴露晶面与催化抗菌活性间的规律和机制。为了更好地指导ZnO系列结构的功能调控,本文综述了ZnO晶面调控方法及其对催化抗菌活性影响的研究进展,重点归纳了在低维结构ZnO生长过程中,通过不同制备方法来实现对ZnO特定暴露晶面调控的研究进展,并进一步总结了暴露晶面的调控对于ZnO在光照和无光条件下催化抗菌活性的研究现状。最后,对晶面调控低维结构ZnO今后的研究方向与亟待解决的学术难题进行了讨论。     

对流效应和溶质浓度对KNbO_3晶体界面形貌稳定性的影响

研究了在不同对流形态对ＫＮｂＯ３晶体生长形貌的影响．在温度梯度较小的扩散－平 流区域,晶体以枝蔓晶的形态生长;而在温度梯度较大的扩散－对流区域,生长出的晶体呈现 光滑晶面．通过测定不同区域ＫＮｂＯ３晶体界面附近的溶质浓度分布,从对流效应降低晶体界 面附近的溶质浓度分布的不均匀性的角度研究了对流效应对晶体界面形貌稳定性的影响,证明 对流效应提高了晶体界面形貌稳定性,与晶体界面弥散度的理论计算结果相一致．同时解释了 扩散－对流区域的晶体尺寸大于扩散－平流区域的晶体尺寸的原因．观察并定性地解释了不同 溶质浓度ＫＮｂＯ３形成不同的界面非稳定形貌,当 ＫＮｂＯ３重量百分比为２０ｗｔ％时形成骸晶, ３０ｗｔ％时形成枝蔓晶．     

柠檬酸钠对半水石膏不同晶面结晶习性及力学性能的影响

本工作采用X射线衍射(XRD)分析方法,研究了在不同柠檬酸钠掺量下半水石膏在蒸压时不同晶面的结晶习性.运用Materials Studio 2017软件进行分子动力学模拟,研究了柠檬酸钠吸附在半水石膏晶体不同晶面的结晶习性.基于等温等容系统(NVT)对柠檬酸钠吸附于半水石膏晶体不同晶面的最低能运动轨迹进行模拟,研究了半水石膏晶体不同晶面的力学性能.XRD分析结果表明:柠檬酸钠的掺量为0.06％(质量分数,下同)时,半水石膏晶体的(200)晶面、(020)晶面和(400)晶面衍射峰强度最高,即晶面发育较好.分子动力学模拟结果表明:从柠檬酸根离子与半水石膏晶面距离来看,(200)晶面和(400)晶面是柠檬酸根离子与Ca2+的主要结合位点;相互作用能从小到大的顺序为ΔE(400)<ΔE(200)<ΔE(111)<ΔE(204)<ΔE(020),则柠檬酸钠更易于与半水石膏晶体的(200)晶面、(400)晶面作用,从而抑制半水石膏晶体在C轴方向上生长;从弹性模量(E)、体模量(K)和剪切模量(G)等力学性能的参数可知,柠檬酸根离子与(200)晶面和(111)晶面上钙离子之间主要有较强的结合力,即柠檬酸根离子易于吸附在C轴方向的晶面上.柠檬酸根离子使半水石膏晶体在垂直于C轴方向上的尺寸变大,对半水石膏晶体在C轴方向上的强度的影响显著.试验所得的晶面分析结果与模型研究的结果具有互证性.     

科学研究方法论

主要讨论在科学研究工作中如何获得创新性成果的方法．全文分为两部份，即理论研究和实验研究。理论研究部分论述物理学中的概念和符号体系、物理定律及其表示形式、物理理论及其判据；实验研究部分强调实验研究在创造性科研中的重要意义、论述实验时实验者的思维活动、介绍作者本人常采用的一个思维方法，以及捕捉创新概念的各种方法。从1954年起，这些方法先后帮助作者在电子发射、真空物理、真空测量、气体激光、激光测量、统计物理、铁轨几何参量在线测量等领域，取得了范围较广泛的创造性成果。     

Simple modifications for stabilization of the finite point method

A stabilized version of the finite point method (FPM) is presented. A source of instability due to the evaluation of the base function using a least square procedure is discussed. A suitable mapping is proposed and employed to eliminate the ill‐conditioning effect due to directional arrangement of the points. A step by step algorithm is given for finding the local rotated axes and the dimensions of the cloud using local average spacing and inertia moments of the points distribution. It is shown that the conventional version of FPM may lead to wrong results when the proposed mapping algorithm is not used. It is shown that another source for instability and non‐monotonic convergence rate in collocation methods lies in the treatment of Neumann boundary conditions. Unlike the conventional FPM, in this work the Neumann boundary conditions and the equilibrium equations appear simultaneously in a weight equation similar to that of weighted residual methods. The stabilization procedure may be considered as an interpretation of the finite calculus (FIC) method. The main difference between the two stabilization procedures lies in choosing the characteristic length in FIC and the weight of the boundary residual in the proposed method. The new approach also provides a unique definition for the sign of the stabilization terms. The reasons for using stabilization terms only at the boundaries is discussed and the two methods are compared. Several numerical examples are presented to demonstrate the performance and convergence of the proposed methods. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于磁性法的钢中残余奥氏体含量测定方法与装置

阐述了磁性法测定钢中残余奥氏体含量的原理和方法,并研制了一种基于磁性法的钢中残余奥氏体含量测定装置。该测定装置可以实现换向法、甩脱法和动态法等3种残余奥氏体含量测定方法,其中换向法和甩脱法以不同方式静态测定残余奥氏体含量,动态法能够在试件拉伸过程中连续、快速地动态测定残余奥氏体含量与应变的对应关系。该测定装置以LabVIEW为平台,构成了虚拟仪器系统,对数据进行采集、分析和处理,实现了可视化操作、自动测量、曲线显示和数据保存等功能。使用该装置采用3种方法分别对M50NiL轴承钢中的残余奥氏体含量进行了测定,试验结果表明该测定装置能够精确地测定钢中的残余奥氏体含量。     

A comparison of domain integral evaluation techniques for boundary element methods

In many cases, boundary integral equations contain a domain integral. This can be evaluated by discretization of the domain into domain elements. Historically, this was seen as going against the spirit of boundary element methods, and several methods were developed to avoid this discretization, notably dual and multiple reciprocity methods and particular solution methods. These involved the representation of the interior function with a set of basis functions, generally of the radial type. In this study, meshless methods (dual reciprocity and particular solution) are compared to the direct domain integration methods. The domain integrals are evaluated using traditional methods and also with multipole acceleration. It is found that the direct integration always results in better accuracy, as well as smaller computation times. In addition, the multipole method further improves on the computation times, in particular where multiple evaluations of the integral are required, as when iterative solvers are used. The additional error produced by the multipole acceleration is negligible. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

YAG透明陶瓷纳米粉末的制备方法及其应用分析

钇铝石榴石(YAG)具有良好的力学性能和优异的光学特性,适宜用作激光基质材料或其他特种光学组件。而要制备透明、输出功率大的块体YAG,纯度高、粒度细而均匀的前驱体粉末是必要的。总结和综述了近年来YAG前驱体粉末的多种制备技术,如传统固相法和高能球磨法以及液相法中的溶胶-凝胶法、燃烧法、水热法和共沉淀法等,分析了这些方法的优缺点,指出了燃烧法相对较为简单,制备成本较低,可获得质量较高的前驱体粉末,是一种较有前景的制备方式。     

结构拓扑优化的发展及其模型转化为独立层次的迫切性

回顾了结构拓扑优化的发展过程,叙述了结构拓扑优化的研究现状,阐述了各种常用的拓扑优化方法。结合作者在结构拓扑优化方面的研究工作,介绍了ICM(独立、连续、映射)方法,并通过连续结构和离散结构的典型数值算例说明了将结构拓扑优化的模型转化为独立层次进行研究的迫切性和重要性。     

聚合物熔体界面张力测定方法的研究进展

在聚合物共混体系中,界面张力对聚合物相容性有着重要影响,决定着相与相之间的粘接性,成为控制其最终相态结构的一个重要因素,是研究多相聚合物相态结构的基础。文中综述了聚合物熔体界面张力的测定方法,这些测定方法主要有热力学方法、流变学方法以及动力学方法三大类;介绍了每种方法的基本原理,并对其优缺点及适用范围进行了简单说明。其中,动力学方法是使用最多、相对准确的,对该方法进行了重点介绍,并且讨论了动力学方法中熔体粘弹性对界面张力测定的影响。     

Combined hybrid approach to finite element schemes of high performance

Based on a combination of Hellinger–Reissner principle with its dual, a mixed/hybrid method of non‐saddle point type has been presented in the previous papers. In the paper, an application of the method to two‐dimensional elasticity problems is considered in a manner of combination of mathematical analysis with numerical investigation. How to construct a combined hybrid scheme of high performance is discussed, and several four‐node quadrilateral CH‐elements are systematically verified. In brief, this paper shows that for the hybrid element scheme, the energy compatibility condition, introduced in Zhou (Combined hybrid finite element method without requirement for Babuska‐Brezzi condition, to appear) is the ultimate key to the achievement of high performance. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

纳米氧化锌材料的制备方法及结构表征

文章介绍了纳米ZnO材料的常用制备方法，如应用较多的气-固-液法、气相法、水热法和有着较好应用前景的电化学法，以及各类纳米ZnO材料的结构表征，并展望了纳米ZnO材料的发展前景。