磁力可控电磁超声换能器设计及特性

电磁超声换能器一般采用具有超强磁力的稀土永磁制作,在实际检测中由于磁力不可控,存在偏置磁场不够强导致换能效率过低和磁力过强造成操作不方便等问题.提出一种偏置磁场磁力可控的电磁超声换能器,采用电磁铁与永磁铁相结合的方式,达到偏置磁场磁力可控的目的.通过有限元仿真和试验得出,提出的偏置磁场磁力可控的电磁超声换能器,在电磁铁处于关闭模式下,永磁铁能够提供基础磁场;采用增强模式或减弱模式,无被测物时,换能器下表面平均垂直磁通最大分别增强78.58％和减弱19.36％,而提离2 mm检测钢板时,换能器下方钢板表面平均垂直磁通最大分别增强52.99％和减弱38.02％;得出3种模式下,探头磁力随着提离距离缩小而增强的试验曲线;通过增强模式对铝板和钢板进行测厚试验,将检测信号幅值分别提高46.91％和62.01％.所设计的磁力可控电磁超声换能器不仅具有磁力可控的功能,还能够提高检测信号幅值.     

电荷掺杂聚苯胺气体传感器的理论研究

为了对质子酸掺杂聚苯胺的传感机理进行详细的理论研究,本文设计了电荷掺杂模型来模拟质子酸掺杂聚苯胺气体传感器,运用Uωb97xd和TD-Uωb97xd密度泛函理论方法在6-31G(d,p)基组下从几何结构、电子性质、自然键轨道、HOMO-LUMO能隙和第一激发能等方面对其吸附二氧化碳、甲醇和氨的传感机理进行了探究。结果表明,电荷掺杂导致共轭链失去电子被氧化,表现出一定的导电性,小分子与电荷掺杂聚苯胺之间的电子转移导致了共轭链得到电子被还原,进而表现出导电性的差异。此外,电荷掺杂聚苯胺及其吸附二氧化碳、甲醇和氨的复合物外推到无限长链时HOMO-LUMO能隙分别为2.0233 eV、2.2458 eV、2.2552 eV和2.2191 eV,而第一激发能分别为1.1584 eV、1.3312 eV、1.5503 eV和1.6506 eV,进一步确证了质子酸掺杂聚苯胺的氨敏感性。     

纳米级超声造影剂的理论研究进展

为了克服超声造影剂中微米级气泡尺寸较大的局限性,大量研究人员对超声应用的替代造影剂(纳米级造影剂)进行了研究。随着生物纳米技术的飞速发展,纳米级超声造影剂在诊断与治疗领域有着广阔的发展前景。与超声造影剂中的微米级气泡相比,纳米级造影剂粒径较小,渗透能力极强,可以通过血管内皮间隙,进而可以实现血管外病变部位的显影。文中详细论述了超声造影剂在超声作用下的行为以及2种主要的纳米级造影剂:纳米气泡和纳米液滴造影剂,对其理论研究进展进行了总结,并提出了目前仍存在的一些问题及其未来的研究方向。     

基于超声导波SC-DTW的金属板微损检测方法

针对金属板材的质量控制与服役性能评估问题,在对金属板材微损伤进行超声导波检测的基础上,结合形状上下文(shape context,SC)与动态时间规整方法对其损伤劣化程度进行量化评估.该方法以无损Lamb波信号为基准,采用动态时间规划(dynamic time warping,DWT)算法对损伤信号进行相似匹配分析对比,确定基准信号与损伤信号的最佳匹配路径.引入SC的轮廓识别方法对Lamb波的局部波形信息进行统计分析,以波形形状距离代替传统欧氏距离匹配方法,解决DTW相似匹配中的病态对齐问题.最后,将无损Lamb波与损伤Lamb波信号间SC-DTW匹配距离作为损伤程度的量化指标,采用随机闭合裂纹的有限元仿真模型和铝板弯折实验对所提出方法进行验证,结果表明,基于Lamb波SC-DTW的损伤量化指数对铝板早期裂纹具有较高的敏感性和较好的量化表征能力.该方法无需对波包进行识别,也不必进行复杂的特征提取,具有简单高效和抗噪声能力强等优点,在金属板服役性能评估与质量控制中有较好的实用性和推广价值.     

国际青年日:IAEA亚洲核科学技术新学生竞赛北大核心CSCD

2022年5月,一次虚拟核科学技术(NST)教育竞赛的学生和教师获奖者访问了奥地利的国际原子能机构(IAEA)总部,向原子能机构专家介绍他们的项目,并亲身体验核技术的许多用途。每年8月12日是国际青年日,可持续发展需要年轻人的精力、技能和动力。今年的重点是建立和促进更大的代际团结。原子能机构支持这一努力,并正在努力通过在亚洲及太平洋地区举办一系列新的学生和教师竞赛,提高年轻人对核科学技术的兴趣———获奖者将参加2023年对原子能机构在奥地利的实验室和设施的考察旅行。《全球可持续发展议程》所设想的世界是当今青年将继承的世界,因此,他们参与全球发展挑战,熟悉科学支持的解决方案,将是成功的关键。原子能机构核科学技术(NST)学生竞赛通过及早激发兴趣并突出科学改变世界的潜力,帮助我们将接力棒传递给下一代。     

用于射频滤波器的LN单晶薄膜XBAR的性能研究

基于铌酸锂(LN)薄膜的横向激发体声波谐振器(XBAR)能够兼具大机电耦合系数(K²)和高谐振频率(f)特性，有望满足5G应用的频段要求。然而，常规LN薄膜单层XBAR结构的温度稳定性较差，频率温度系数(TCF)较低。该文提出一种具有SiO₂温度补偿层的SiO₂/LN双层结构XBAR，并建立了精确分析层状结构XBAR的有限元模型。理论分析表明，该双层结构XBAR上激励的主模式是一阶反对称(A1)兰姆波。通过合理优化结构参数配置，能够获得高谐振频率(f~4.75 GHz)和大机电耦合系数(K²~8%)，同时其温度稳定性也得到显著改善(TCF~-36.1×10^-6/℃)，相较于单层XBAR结构提高了近70×10^-6/℃，这为研制温补型高频、大带宽声学滤波器提供了理论基础。     

超声协同TEMPO氧化制备阔叶木氧化纳米纤维素

采用超声协同的TEMPO/NaBr/NaClO催化氧化体系制备阔叶木氧化纳米纤维素,探究氧化过程中,随氧化程度增大,纤维素的形貌、尺寸、羧基含量、Zeta电位、得率的变化规律。结果表明,超声作用显著提高了氧化反应速率及羧基含量,且粒径明显低于TEMPO氧化。借助SEM扫描电镜可以看出,超声波的空化作用可以破坏阔叶木纤维的层状结构,提高了纤维的比表面积,对TEMPO氧化起到了促进作用。     

压电驱动的超声悬浮精密轴承静动态承载特性

为研究超声悬浮轴承的静、动态承载特性,设计了一种压电陶瓷驱动的全包围结构超声悬浮轴承。分析了气体挤压膜润滑承载机理,在等温隔热条件下,根据牛顿流体的气体动力学理论,建立了描述轴承启动阶段及支撑回转体稳定旋转阶段气膜压力的静、动态雷诺方程。采用有限差分法并利用MATLAB自定义函数的功能,对超声悬浮轴承的静态及动态承载力进行了数值计算。为验证理论计算的正确性,通过轴承样机自悬浮实验验证轴承悬浮特性的理论计算结果,得出在其谐振频率下,相同结构尺寸及悬浮参数的轴承静态承载力理论计算值与测量值之间的误差为8.33%;在挤压数为100,2～5μm合理初始间隙下,动态悬浮力理论计算值与实验测量值相吻合。考虑样机结构特性引起的能量转换误差及实验环境因素影响,误差在合理允许范围之内,验证了理论分析及计算的正确性,对超声悬浮轴承的理论研究及设计具有一定的指导意义。