电接枝聚乙烯亚胺改性碳纤维电极电化学性能及其电场响应研究

碳纤维电极表面氨基改性可以显著提高其电化学性能和电场响应性能。通过高温氧化和电化学接枝相结合的方法,在碳纤维表面接枝不同分子量（0.6K、1.8K、10K）聚乙烯亚胺分子来调控电极/海水界面双电层结构。实验发现,长分子链之间因氢键更强的相互作用更容易穿插交叠,形成稳定双电层结构。结果表明：PEI-10K的性能最佳,其比电容达到12.8 F·g^-1,电荷转移电阻和低频容抗显著降低;配对电极的电位漂移量仅为0.05 mV/d,电极自噪声降为2.61 nV/sqrt(Hz),并且可以响应1 mHz、0.03 mV/m的低频弱电场信号;改性后碳纤维电极的响应灵敏度、准确度得到了显著提高,可用于制备高性能海洋电场传感器,提高水下电场探测能力。     

银-氯化银传感器的海洋电场信号检测性能

国外开发和装备了以固态银-氯化银电极为核心的电场传感器,用来检测海洋船舶极低频微弱电场信号,但是国内外对于银-氯化银传感器的海洋电场信号检测性能仅在文献中有零星提及。为此通过实验研究了银-氯化银电极自噪声、电极间极差电位及对微弱电场信号的响应性能。在海洋环境中,所选用的银-氯化银电极低频段电极自噪声性能良好,达到nV级水平,电极电位在24h内稳定在1mV左右。实验结果分析与验证试验表明:银-氯化银电极对船舶微弱低频信号响应特性良好,满足船舶海洋极低频微弱电场的探测的要求。     

高性能碳纤维水下电场电极制备及其性能测量

对T300碳纤维在445 ℃、465 ℃、485 ℃下进行表面热处理,以获得新型水下电场电极。利用X射线光电子能谱(XPS)分析、电化学工作站、自制电极响应装置和电极自噪声测量装置对其在NaCl溶液中的表面化学状态、电化学特性和探测性能进行了测量,讨论热处理温度对其表面基团含量、循环伏安特性、交换电流密度、响应性能和电极稳定时间的影响,分析了其电场探测机理。结果表明：热处理温度的提高可提高碳纤维表面基团CO和COOR含量,减小电极在NaCl溶液中的 电容效应,增加电极的交换电流密度,提高电极的线性性能和稳定速度。     

石墨烯对Ag/AgCl电极水下电场探测性能的影响研究

利用石墨烯制备新型Ag/AgCl电极,开展其电化学性能及探测性能研究。通过对表面结构表征、电极极差、幅频响应、自噪声、极化曲线、吸水量和扫描振动电极等进行测试,分析石墨烯的加入及其含量对Ag/AgCl电极探测性能的影响规律。研究发现：相对于Ag/AgCl电极,石墨烯-Ag/AgCl电极极差稳定时间短、极差小、电化学性能好,适用于快速部署测量;石墨烯含量不同,对于改变Ag/AgCl电极与溶液界面接触性质有不同的作用机制：石墨烯含量为1%时主要表现在提高电极的孔隙率、增大比表面积;石墨烯含量为3%时主要表现在改善电极表面均匀性、加速溶液介质渗透。不同的作用机制是导致不同石墨烯含量Ag/AgCl电极电化学性能差异的主要原因。     

氨基酸改性碳纤维电极电化学及海洋电场响应性能

碳纤维表面引入含氧、含氮官能团,可提高其电化学性能和电场响应性能。将谷氨酸、甘氨酸、赖氨酸作为含氧、含氮官能团载体,在碳纤维表面接枝一层分子膜,通过扫描电子显微镜、红外吸收光谱等手段进行表面表征,并结合循环伏安曲线、电化学阻谱和电场响应曲线等测试方法,探究其电化学性能和电场响应性能变化。结果表明,改性后碳纤维电极具有较大的双电层电容和较低的低频容抗;配对碳纤维电极电位差漂移量均在5 mV/d以下,电化学自噪声均小于5 nV/Hz;配对碳纤维电极能较好地响应1 mV、1 mHz正弦交流电场信号,其中谷氨酸改性组线性度为0.058%,在改性组中最低,这与其特殊的双电层结构有关。本研究可为高性能海洋电场传感器研究提供新的技术路线和理论依据。     

水合肼掺氮改性碳纤维电极电化学及电场响应性能

碳纤维表面氮掺杂改性可望提高其电化学性能和电场响应性能.以水合肼为氮源改性粘胶基碳纤维,制备新型海洋电场电极,并探究改性前后电极电化学性能以及电场响应性能变化.结果表明:改性碳纤维电极电化学性能以及电场响应性能显著提高;水合肼高温掺氮处理样品性能最佳,其比电容达到102.5 F/g,为空白组的18.99倍;电荷转移电阻...     

不同电导率对全固态Ag/AgCl电极自噪声影响的实验研究

全固态Ag/AgCl电极作为测量水下电场的首选传感器,其自噪声的大小对测量的结果有着重要的影响。针对电极自噪声在不同水下电导率的变化问题没有资料可查询的情况,设计并实现了一套电极自噪声的测量系统。在保持其他各条件不变的情况下,仅改变溶液的电导率,测量了不同电导率下电极自噪声的变化,为在不同电导率的条件下测量水下电场提供了参考。实验结果表明:随着电导率的增大,电极自噪声逐渐减小并最终趋于恒定。     

海洋泥沙掩埋对电场测量的影响

针对海洋泥沙掩埋对电场测量的影响,采用镜像法推导了海水中水平电偶极子在海床介质层中产生的电场,利用该理论公式计算了不同掩埋深度、不同泥沙电导率情况下的电场值,结果表明泥沙掩埋会导致同一位置处的电场峰峰值降低,且泥沙电导率越低,电场衰减比例越大。最后在实验室水池进行了长期泥沙掩埋监测试验,结果表明泥沙掩埋会对测量电极的静态电位差产生一定的影响;对于1～10 Hz的电场信号,泥沙掩埋之后会导致所测得电场信号峰峰值降低,且掩埋深度越大、掩埋时间越长,降低越明显。     

电极尺寸对环电极电场的影响分析研究

在对电场的模拟计算过程中,为了简化模型以便于建模和计算,往往忽略电极尺寸对电场生成的影响。而实际上,电极尺寸与电极表面接触电阻具有负相关,是电极建模及设计中必须考虑的重要因素之一。因此通过对已有电极电场模型的优化,利用数学软件对不同尺寸的环电极电场进行了仿真比较,并分析了电极尺寸对环电极电场的影响程度,对实际应用具有理论指导意义。     

气体电极反应对稳恒电场的影响

针对建立稳恒电场过程中气体电极反应对稳恒电场的影响,提出了气体电极反应对稳恒电场的影响规律,并通过合理地控制两个极板电位可以有效抑制气体的产生。利用有限元法分析了气体电极反应对稳恒电场的影响规律,并根据Nernst方程求解了气体电极反应产生的条件。仿真结果表明,气体电极反应会削弱海水中稳恒电场的强度,产生的气泡会对附近海水区域的电场产生畸变,使电场出现较大的波动,通过抑制极板上的气体电极反应,可以有效提高电场探测电极的校验精度。     

微量碳纤维平行排布吸波材料结构模型(Ⅰ)

提出了一种雷达波频段内碳纤维结构吸波材料微量碳纤维平行排布的吸波模型。初步确立了碳纤维平行排布时不同影响参量:电场的入射方向、碳纤维的间距、孔数、碳纤维周围介质的电磁参数变化等与吸波性能的关系,并探讨了这种排布方式的吸波机理。结果表明,微量碳纤维吸波材料只在电场方向与纤维平行方向呈单峰吸收。不同间距的排布有自己的特征吸收频率,纤维支数增加吸波性能增强,碳纤维周围介质的电磁参数对吸波效果有重要影响。同时表明这种吸波材料是一种电阻损耗性吸渡材料。相关研究用此模型可获得较为满意的解释。     

基于相场法的含孔平板弹塑性断裂模拟

基于金属的弹塑性断裂理论,用相场法分析不同孔间距和孔分布对平板裂纹扩展和断裂行为的影响。建立弹塑性拉伸损伤模型对含孔平板的断裂过程进行数值研究。结果表明:相场法适用于弹塑性材料内部复杂裂纹扩展的描述,孔间距和分布对含孔平板的断裂韧性有重要影响。在同一水平线上的孔洞,孔间距差值越小,产生的支反力越大;交错孔洞比并列孔洞的支反力更大、韧性更好。     

腐蚀缺陷对921A钢力学-电化学性能的影响

针对目前舰船腐蚀电场方面的研究没有考虑舰船在服役环境中因应力应变造成腐蚀加剧的问题,基于金属/溶液的力学-电化学耦合模型,推导应力应变条件下腐蚀缺陷深度和缺陷宽度对舰船921A钢壳体及溶液应力分布,腐蚀电位、电流密度以及腐蚀电场影响规律的理论表达式,采用COMSOL Multiphysics软件对耦合模型开展仿真计算。研究结果表明：腐蚀缺陷深度越大或者缺陷宽度越小,腐蚀缺陷处的应力集中越明显;溶液中的电位差随着缺陷深度的增大而增大,金属/溶液界面的腐蚀电位随着缺陷深度的增大而急剧负移,而腐蚀电位随着缺陷宽度的减小小幅负移;缺陷深度对阳极电流密度、阴极电流密度和净电流密度的影响均大于缺陷宽度,缺陷两端点的净电流密度为负;电场模量随着缺陷深度的增大而逐渐增大,随着缺陷宽度的增大而逐渐减小。     

基于旋转阀的固体火箭发动机燃烧室压强振荡特性

针对基于旋转阀的固体推进剂压强耦合响应函数测试系统存在不易进行相位角测量、压强振荡及内流场分析的难点，设计一套旋转阀冷流实验系统，建立对应的压强振荡理论计算模型和三维瞬态内流场仿真模型，研究燃烧室压强振荡及其内流场特性。开展不同排气频率的冷流实验和理论计算，并与仿真模型进行对比。结果表明：仿真计算中单个转子排气通道周期性摆动运动可代替多转子排气通道单向旋转运动，且误差小于1%；仿真计算获取的排气周期与实验对比的误差小于1.2%；对于压强峰-峰值，仿真比实验小且相差数值由20 Hz的0.019 MPa降低至300 Hz的0.001 MPa，验证了仿真模型的有效性；为后续研究旋转阀工作过程中燃烧室压强振荡及流场变化提供了新的思路和途径。     

静电电磁脉冲诱发航天器绝缘材料闪络特性

为探究静电电磁脉冲诱发不同绝缘材料闪络特性,利用静电电磁脉冲诱发闪络实验系统,根据二次电子发射雪崩理论和场叠加原理,结合实验研究了静电电磁脉冲场辐照条件下,有机玻璃、聚四氟乙烯、环氧树脂3种航天器常用绝缘材料表贴指型金属电极的闪络规律。研究结果表明：静电放电(ESD)模拟器对垂直金属耦合板接触式放电产生静电电磁脉冲辐射场,与电极两端直流电场叠加构成合成场诱发闪络,当合成场在两个电极间产生的感应电压小于绝缘材料闪络电压时不会产生诱发闪络,当接近材料闪络电压时,诱发闪络存在概率问题,提升ESD输出电压使合成场产生的感应电压越大,诱发绝缘材料闪络概率增大;3种绝缘材料介电强度越强,在同等强度的静电电磁脉冲条件下,诱发闪络的概率越小,诱发闪络时电极间形成贯穿放电通道所需时间会增加,时延变长,诱发闪络电流随之增大。     

海水中带电极电缆空中磁场的实场测量研究

在对带电极电缆的空中磁场进行实场测量验证时,电缆的形态通常与理想状态有较大差别,理想状态下的磁场模型无法对其进行有效验证。针对此问题,分析了实场条件下电缆形态与理想状态的区别,对海水中带电极电缆的空中磁场模型进行改进,并对改进前后的两种模型进行仿真计算对比。通过模型计算值与实场测量值对比表明,改进后的空中磁场模型的计算值误差较小,能够更好地适用于海水中带电极电缆空中磁场的理论验证。