气体扩散层对质子交换膜燃料电池膜电极耐久性影响的定量分析

目前质子交换膜燃料电池(PEMFC)耐久性相关的材料研究主要集中在膜以及催化层上,对气体扩散层(GDL)衰减的研究较少,而且都集中在离线加速实验上,而离线加速实验结果难以与实际操作条件下的GDL衰减联系起来;并不能由此得出实际耐久性测试后GDL衰减对电池性能的影响程度。作者给出了定量分析GDL影响电池性能的实验方法。成功定量分析了GDL对MEA的耐久性影响:在800 mA/cm~2下,由GDL老化引起的MEA性能衰减率为13.22μV/h,在线耐久性测试的MEA性能衰减率为98.98μV/h,GDL衰减对性能的影响占整个MEA衰减的13.36%。     

汽车纵横向与垂向动力学统一模型的建模与仿真分析

应用达朗贝尔基本原理,建立了两轴汽车的操纵与制动全工况下的统一动力学数学模型,全面考虑了车辆纵向、横向与垂向动力学相互作用的耦合关系,通过MATLAB/Simulink对车辆在不平路面上的转弯制动工况进行了相应的仿真分析,并与水平路面上的转弯制动情况进行比较。仿真计算结果表明,该模型能够较好地同时反映车辆的纵横向和垂向运动特性,与水平路面上结果相比,在不平路面上的转弯制动时间和制动距离均有少量增加,而车辆平顺性则出现明显恶化。     

TA18钛合金管材织构对环向拉伸性能的影响

利用织构增强原理,开发出了TA18(Ti-3Al-2.5V)钛合金860 MPa级高强度管材,保证了管材的工艺性能,同时又具有优异的力学服役性能。标准规定反映径向织构的管材收缩应变比(CSR)大于1.3,但对上限值未作规定。本研究设计出小管径的环向拉伸夹具,测试了不同CSR管材的环向拉伸力学性能,分析织构对环向抗拉强度的影响,发现存在一个最有利的CSR值为1.75,大于或小于该CSR值时都会导致管材环向屈服强度下降。进一步测定了对应管材的极图和ODF图,从微观结构上可以解释这一规律和本质。环向抗拉强度下降会引起液压系统工作时疲劳强度降低,CSR值的上限在工艺设计时应当加以控制。本研究对发展安全可靠的航空液压系统具有十分重要的理论意义和工程应用价值。     

基于稳定固溶体团簇模型的无扩散阻挡Cu合金薄膜的成分设计

随着超大规模集成电路的发展,器件特征尺寸不断缩小,必然会出现Cu互连扩散阻挡层厚度无法进一步减小等瓶颈问题。因此,开发新型无扩散阻挡层Cu合金薄膜(Cu种籽层)势在必行。该新型互连结构在长时间的中高温(400~500℃)后续工艺实施过程中,需同时具备高的稳定性(不发生互扩散反应)和低的电阻率。基于此,首先综述了目前无扩散阻挡层结构的研究现状及问题,然后对基于稳定固溶体团簇模型设计制备的无扩散阻挡Cu-Ni-M薄膜的研究工作进行了梳理,通过多系列薄膜微观结构、电阻率及稳定性的对比,深入探讨了第三组元M的选择原则及其对薄膜热稳定性的影响。为进一步验证稳定固溶体团簇模型的有效性,对第二组元的变化进行了相关讨论。结果证实,选取原子半径略大于Cu、难扩散且难溶的元素作为第三组元M,薄膜表现出良好的扩散阻挡能力;当M/Ni=1/12,即合金元素完全以团簇形式固溶于Cu基体时,薄膜综合性能达到最优,能够满足微电子行业的要求。所有研究表明,稳定固溶体团簇模型在无扩散阻挡层Cu合金薄膜的成分设计方面十分有效,该模型也有望在耐高温Cu合金及抗辐照材料成分设计方面推广使用。     

高熵合金AlCrTaTiZrRu/(AlCrTaTiZrRu)N0.7扩散阻挡层的制备与性能研究

目的 验证15 nm厚度AlCrTaTiZrRu/(AlCrTaTiZrRu)N0.7的势垒层热稳定性和扩散阻挡性能。方法 采用直流磁控溅射技术在n型Si(111)基片上真空溅射沉积15 nm的AlCrTaTiZrRu(3 nm)/(AlCrTaTiZrRu)N0.7 (12 nm)双层阻挡层，随后在双层AlCrTaTiZrRu/(AlCrTaTiZrRu)N0.7薄膜的顶部沉积50 nm厚的Cu膜，最终制得Cu/AlCrTaTiZrRu/(AlCrTaTiZrRu)N0.7/Si复合薄膜试样。将样品在真空退火炉中分别进行600~900 ℃高温退火30 min，以模拟最恶劣的应用环境。用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、四探针电阻测试仪(FPP)以及原子力显微镜(AFM)对试样的表面形貌、物相组成、化学成分、方块电阻和粗糙度进行表征分析。结果 沉积态AlCrTaTiZrRu/(AlCrTaTiZrRu)N0.7薄膜呈现非晶结构，与Cu膜和Si衬底的结合良好。在800 ℃退火后，Cu/AlCrTaTiZrRu/(AlCrTaTiZrRu)N0.7/Si薄膜系统结构完整，膜层结构界面之间未出现分层现象，表面Cu颗粒团聚现象加剧，Si衬底和Cu膜表面未发现Cu-Si化合物生成，薄膜方阻保持在较低的0.070 ?/sq;900 ℃退火后，薄膜系统未出现层间分离和空洞现象，Cu膜表面形成孤立的大颗粒Cu-Si化合物，薄膜电阻率大幅上升。结论AlCrTaTiZrRu/(AlCrTaTiZrRu)N0.7双层结构在800 ℃退火后仍能有效抑制Cu与Si相互扩散，其非晶结构增强了Cu/HEA/HEAN0.7/Si体系的热稳定性和扩散阻挡性。     

粗化床面非均匀沙推移质运动扩散特性研究

对泥沙颗粒运动规律的把握是准确估算推移质输沙率的基础。本文开展了粗化床面条件下的水槽试验，分析了非均匀沙颗粒的均方位移和速度自相关系数变化，并与已有均匀沙试验进行了对比。结果表明，粗化床面存在着由单个或多个粗颗粒组成的粗化结构体，形成比平整床面更复杂的底部边界，粗化结构体对泥沙颗粒运动造成较大影响，颗粒在运动过程中与水流动量交换强度大，泥沙颗粒运动与均匀沙试验“类弹道扩散”存在一定差异；受床面结构影响，部分颗粒表现出较强的横向运动，颗粒的横向扩散特性与流向扩散特性类似。与均匀沙平整床面不同，粗化床面上颗粒运动可能会相应改变床面结构，从而改变水流底部边界条件，进而对泥沙颗粒运动造成影响，泥沙颗粒运动存在较明显的记忆效应和反常扩散现象。     

2011～2020年华北平原气溶胶光学厚度时空分布特征及潜在源分析

随着经济高速增长和城市化进程不断加快,华北平原区域性空气污染问题愈演愈烈。针对该区域开展长时序气溶胶光学厚度时空分布特征和潜在源分析研究,对华北平原大气污染治理具有重要意义。基于长时序MODIS/Terra C6.1 MOD04_L2气溶胶光学厚度产品,分析华北平原气溶胶光学厚度的时空分布特征,并利用后向轨迹聚类分析讨论华北平原7个重点城市气团输送的季节变化,并以污染较为严重的河北石家庄为例进行潜在源分析和浓度权重分析,探究影响其大气质量的污染物潜在源区。结果表明:2011～2020年华北平原气溶胶光学厚度月均值呈显著的周期性变化,以年为周期,每个周期内峰值一般出现在6月至8月; 气溶胶光学厚度月际年内呈单峰分布,峰值出现在6月(0.75),最小值出现在12月(0.37); 气溶胶光学厚度季均值从大到小依次为夏季(0.67)、春季(0.59)、冬季(0.49)、秋季(0.46); 10年间气溶胶光学厚度呈下降趋势,整体下降幅度达36.84%,其中2011年最高(0.72),2018年最低(0.45); 华北平原7个重点城市春、夏、秋、冬四季主要受短距离气团输送影响较大,长距离气团输送影响较小; 2014～2020年河北石家庄的空气质量优良天数占比相对较小,空气质量状况差,影响其空气质量的污染物多为本地生成,同时也受周边省市近距离输送的影响。