高次谐波开槽潘尼管中的电子轨道研究

利用自洽非线性理论研究了8 mm 3次回旋谐波开槽潘尼管注波互作用。首先,明确地揭示了在高次回旋谐波开槽潘尼管中,电子回旋谐波次数,高频场分布,决定了不同初始相位电子的电子能量分布以及引导中心漂移规律,指出当回旋半径减小,引导中心偏移达到一定程度时,谐振条件被破坏限制了高次谐波潘尼管效率的提高,并提出了通过优化磁场分布提高效率。最后,进一步研究了电子纵向速度离散、偏心和电流大小等因素对互作用效率的影响,表明在实验可达到的电子注质量下,研制实用的高效高次谐波潘尼管是可行的。     

CO在U2N3+xOy薄膜表面反应特性研究

采用磁控溅射沉积方法在Si基底表面制备U₂N_3+xO_y薄膜, 采用X光电子能谱(XPS)分析技术观测CO气氛环境下U₂N_3+xO_y薄膜表面腐蚀行为, 以期获得U₂N_3+xO_y薄膜在CO环境下的表面腐蚀机理。结果表明: 超高真空条件下, CO在U₂N_3+xO_y薄膜表面表现为氧化特性; CO在薄膜表面吸附解离生成的C以无定形碳形式聚集在薄膜表面, 深度剖析过程中并未观察到C向U₂N_3+xO_y薄膜内部扩散; 而解离生成的氧在薄膜内扩散并发生氧化反应, 生成高价氧化物或铀氮氧化物和氮。氧化反应生成的氮向薄膜内部扩散, 并在次表面反应生成富氮中间产物。随着CO暴露反应进程的推进, 富氮层逐渐向薄膜内部迁移, 这是导致U4f谱卫星峰变化的主要原因。     

薄膜厚度对α-SiOx薄膜负极电化学性能的影响

近年来, SiO_x作为锂离子电池负极, 由于其良好的循环稳定性、较大的容量以及对成分调控的可行性, 引起了广泛的关注。以往的许多研究都集中在阐明氧含量对SiO_x负极的影响, 尺寸效应对性能的影响规律很少被研究。此工作研究了不同厚度的薄膜型SiO_x负极材料的电化学性能。溅射制备SiO_x电极的Si/O比值为0.7、膜厚为450 nm时, 电极初始库仑效率(ICE)为71.68%、容量保持率92.01%。以上的最优性能主要归功于电荷转移电阻低、SEI层形成减少和循环过程中电极的结构稳定性。研究表明, 作为LIBs负极, 控制SiO_x负极的厚度可以有效改善电极材料的电化学性能。     

内导体倾斜对同轴回旋管高频特性及欧姆损耗分布影响的研究

论文研究了内导体微小倾斜对品质因数Q值、谐振频率、电子效率以及欧姆损耗密度的影响,并分析了一支170 GHz兆瓦级同轴回旋管。结果表明,品质因数Q值随倾斜角θ增大而略微降低。在0°-0.5°范围内,当θ稍微增大时,电子互作用效率稍微减少。因为模式竞争,当θ大于0.5°时,电子互作用效率减少率加快。如果θ增加到1.5°,由于模式竞争加剧,电子互作用效率降低到只有4.1%。对于冷腔和热腔,随着θ增大,谐振频率都稍微减小。对于欧姆损耗密度分布,内导体倾斜改变了欧姆损耗密度在内导体的分布,形成了以倾斜的内导体为轴的对称分布。然而,倾斜内导体对外导体的欧姆损耗密度分布几乎没影响。     

X波段带状注速调管注波互作用系统的3维PIC模拟

带状注速调管是采用宽高比值很大的薄矩形注来降低空间电荷效应,采用特殊的高频结构来增加功率容量,从而使注波互作用效率得到提高的一种新型微波电真空器件.本文对工作在π模状态下的X波段带状注速调管三间隙腔进行了模拟计算,并对由该型腔体构成的注波互作用系统进行了3维PIC模拟,给出了初步的模拟设计结果.模拟结果表明:在电子注电压为415kV,电流为250A时,该速调管可以获得大于29.6MW的输出功率、34.3dB的增益以及29.6%的效率.     

THz两级串联慢波结构研究

提出了一种基于矩形交错双光栅的两级串联慢波结构,该高频结构采用双电子注通道和一个聚焦系统,高频信号分别在两段慢波结构中工作在-1和+1空间谐波状态。对该慢波结构的色散特性进行了模拟计算,分析了该器件工作原理。通过设计传输变换结构及两级慢波连接波导组成高频互作用电路,在295~320 GHz频率范围内获得较好的传输特性,反射系数S11-17 d B,传输系数S21-12.51 d B。利用三维粒子模拟设计的方法,在单注电流18 m A时,获得14.6 W的299.5 GHz信号输出,电子效率为1.7%。     

不同横向尺寸单层Ti3C2Tx纳米片的制备及其电化学性能研究

近年来, 一种新型二维过渡金属碳化物及氮化物(MXene)凭借大的比表面积、良好的亲水性、金属导电性等物理化学性质而广受关注。通过LiF和HCl刻蚀Ti₃AlC₂的Al层, 改变机械剥离强度和方式, 以及离心速率和时间, 可控制备出平均横向尺寸为625 和2562 nm的单层Ti₃C₂T_x型MXene。借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对二维Ti₃C₂T_x进行形貌、结构和成分的表征。使用电化学工作站表征Ti₃C₂T_x的电化学性能。结果表明: 小片层Ti₃C₂T_x(625 nm)的质量比电容高达561.9 F/g, 远高于文献报道的石墨烯、碳纳米管和二氧化锰等电极材料; Ti₃C₂T_x电极在循环测试10 ⁴次后, 其比电容仍保持初始96%的容量。     

SiCxOy相分解方式对SiCO(Al)纤维烧结致密化的影响

研究了SiCO(Al)纤维向SiC(Al)纤维的高温转化过程, 并研究了纤维中SiC_xO_y相的分解特征及不同高温处理方式对纤维结构和烧结致密化的影响。结果表明: 纤维中SiC_xO_y相分解的温度范围为1430~1850℃, 当采用连续处理方式处理, 即使在1800℃下, 纤维芯部SiC_xO_y相未能彻底分解, 且快速分解速率导致纤维中形成粗大结晶颗粒和气孔, 无法得到致密的高结晶结构。而在静态条件下处理, 可以提高SiC_xO_y相分解程度。1650℃下保温处理1 h后可以完全脱除SiC_xO_y相, 同时保持晶粒均匀。再经过1900℃烧结, 即可制得呈致密高结晶结构SiC(Al)纤维。     

锂离子电池负极材料Si@C/SiOx的制备及其电化学性能

硅理论比容量高, 放电平台低, 是商业化锂离子电池石墨负极的替代材料之一, 但是其充放电循环中体积变化大, 容量衰减迅速, 制约了其商业化使用。本研究通过一步法制备了具有核壳结构的硅@碳/硅氧化物(Si@C/SiO_x), 将其作为锂离子电池负极材料。采用SEM、TEM、XRD、XPS等手段对所制备材料的微观形貌、结构以及组分进行了分析, 并对其进行了相关的电化学测试。结果表明, Si@C/SiO_x核壳材料比Si@C核壳材料具备更优良的电化学性能。在200 mA/g电流密度下, 循环45次后, Si@C的容量保持率为60.2%; 而当C/SiO_x作为Si核外壳时, 200 mA/g电流密度下, 循环45次后, Si@C/SiO_x比容量值为787.2 mAh/g, 容量保持率提高到87.3%。这主要是由于C与SiO_x复合后, 外壳的机械强度大于碳壳, 能够较好地缓冲Si体积膨胀产生的巨大应力, 从而保证结构的完整性, 提高了硅基负极材料的商业化应用的可能性。     

Sb掺杂对N型half-Heusler材料热电性能的影响

研究了Sb掺杂对N型half-Heusler化合物Zr_0.25Hf_0.25Ti_0.5NiSn_1-xSb_x (x=0、0.002、0.005、0.01、0.02、0.03)热电传输特性的影响。结果显示, 随着Sb掺杂量增加, 材料的载流子浓度提高, 电阻率降低, 尤其是低温(<300 K)电阻率下降显著, 赛贝克系数降低, 且取得最大赛贝克系数的温度向高温端移动, 最大功率因子增加~20%, 材料的热导率增大, 主要是电子热导率提高的贡献, 晶格热导率影响不大; 当Sb掺杂量较低时(x<0.01), 材料的最大热电性能优值ZT值在0.77左右, 掺杂量x=0.005的样品ZT值在整个温度区间内最优。     

0.14 THz低电压扩展互作用速调管慢波谐振系统的研究

设计了一个在高效率、高频率、结构紧凑低磁场以及低电压工作等方面具有独特优势的0.14 THz扩展互作用速调管慢波谐振系统。针对该慢波谐振系统进行了色散曲线的仿真计算,在色散曲线与PIC仿真的基础上,对模式竞争进行了分析,选取了3π模为工作模式,并给予了论证。PIC仿真结果表明在较低工作电压18.2 k V,工作电流0.5 A的条件下,该谐振系统的注波互作用效率可达到22%,工作模式为3π模,输出峰值功率可达4.03 k W,工作频率为149.419 GHz。     

动态渐变技术螺旋线行波管三维非线性互作用的计算

采用考虑面电流分布的螺旋带模型计算行波管的冷测参数,基于三维场论模型,通过粒子模拟方法求解空间电荷场的数值解,开发出专业的行波管高频结构互作用代码,计算了一种动态渐变技术(DVT)的C波段超高电子效率行波管,电子效率达到42%,分析其调幅调幅(AM/AM)和调幅调相(AM/PM)的非线性特征,结果与文献报导结果具有很高的一致性,并给出了电子能谱结构和降压收集极分析图,为多级降压收集极的设计提供精确的三维电子轨迹和分析依据.     

盘荷波导结构高频特性分析及其在高功率速调管中的应用

以周期边界法、谐振法以及微扰法分别对盘荷波导结构色散特性、耦合阻抗进行分析,研究了不同结构参数下盘荷波导结构高频特性的变化规律.设计了C波段π/2模速调管盘荷波导输出结构,对其注-波互作用开展了PIC粒子模拟.计算结果表明,相对于传统单间隙圆柱输出腔,盘荷波导输出结构可以在获得高效率的同时显著降低输出间隙场强.     

MXene/铜合金复合材料的制备与性能研究

采用分子级混合方法及SPS烧结技术制备了Ti₃C₂T_x含量分别为5vol%、10vol%和20vol%的Cu/Ti₃C₂T_x复合材料, 研究了Ti₃C₂T_x含量对铜基复合材料的导电性、力学性能及摩擦磨损性能的影响。研究发现: 随Ti₃C₂T_x含量增加, Cu/Ti₃C₂T_x复合材料的相对密度及电导率均持续下降, 拉伸强度则先升高后下降; 当Ti₃C₂T_x含量为5vol%时, Cu/Ti₃C₂T_x复合材料的拉伸强度相比纯铜提高了43%。添加Ti₃C₂T_x可以明显改善Cu/Ti₃C₂T_x复合材料的摩擦磨损性能, 当Ti₃C₂T_x含量为10vol%时, Cu/Ti₃C₂T_x复合材料的磨损率仅为2.55×10^-7 mm³/(N·m), 比纯铜降低了一个数量级。     

共焦回旋行波管注波互作用研究

共焦回旋行波管是一种采用新型高频结构的回旋器件,它能够工作在相对较高的工作模式,共焦波导通过衍射损耗抑制低阶模式,实现其模式选择特性。与此同时,由于共焦波导场分布的特点,采用共焦波导作为高频结构的回旋行波管的效率会有所降低。本文旨在研究共焦回旋行波管的注波互作用特点,针对共焦波导场分布的特性,在理论上采用特殊的电子注以提高其互作用效率。     

硬脂酸盐熔融法合成(Y,Lu)AG:Ce荧光粉及荧光性能研究

采用硬脂酸盐熔融新方法合成了[(Y_1-xLu_x)_1-yCe_y]₃Al₅O₁₂固溶体荧光粉(x=0’0.5, y=0.005’0.03), 并通过XRD、SEM、BET和PL-PLE等方法对该荧光粉进行了表征。结果表明, 纯相石榴石在800℃的低温下即可生成, 而不经过YAM和YAP中间相。煅烧所得[(Y_1-xLu_x)_1-yCe_y]₃Al₅O₁₂ 荧光粉具有良好的均一性和分散性, 并在455 nm蓝光激发下于544 nm附近呈现最强黄光发射。粉体的发光强度随煅烧温度升高而增大, 归因于结晶度提高和表面缺陷减少。发现Ce³⁺的荧光猝灭浓度为1.5%, 猝灭机制为Ce-Ce间的交换相互作用和晶格缺陷。发现发射峰位随Ce³⁺含量增加而红移, 而最强激发峰和发射峰随Lu³⁺含量增大而蓝移, 归因于Ce³⁺离子5d激发态能级重心移动和晶体场劈裂的共同作用。     

添加稀土Dy对Cu50Zr46Al4合金的非晶形成能力和力学性能的影响

使用铜模吸铸法制备Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x(x=0~4)系列合金,研究了Dy对其非晶形成能力和力学性能的影响。结果表明,添加1%~2%(原子分数)的Dy能明显提高Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x合金的热稳定性和非晶形成能力。添加适量的Dy能提高体系的强度和塑性变形能力。还讨论了添加Dy元素影响Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x体系非晶形成能力和力学性能的机理。     

Cu/Ti3SiC2体系润湿性及润湿过程的研究

采用座滴法研究了温度及Ti₃SiC₂的两个组成元素Si和Ti对Cu/Ti₃SiC₂体系润湿性的影响。结果表明, Cu与Ti₃SiC₂之间有良好的润湿性, 且润湿过程属于反应性润湿。随着温度的升高, Cu与Ti₃SiC₂间的反应区扩大, 反应层深度增加, 润湿角减小, 温度超过1250℃后反应明显加快, 至1270℃时润湿角降至15.1°。物相分析与微观结构研究表明, Cu/Ti₃SiC₂界面区域发生了化学反应, 反应产物主要为TiC_x和Cu_xSi_y, 同时发生元素的互扩散, 形成反应中间层, 改变体系的界面结构, 促进了Cu和Ti₃SiC₂基体的界面结合, 从而改善了体系的润湿性。在Cu中添加Si抑制了Ti₃SiC₂的分解, 而添加Ti阻碍了Cu向Ti₃SiC₂的渗入, 均不利于Cu/Ti₃SiC₂体系润湿性的改善。     

8mm三次谐波潘尼管的理论设计与粒子模拟研究

潘尼管是利用电子在高频结构中的位置选择机制实现注波净能量交换的回旋器件,具有高效率与低磁场的显著特点。本文在简述其基本原理的基础上,研究了其设计理论与方法,进行了相应的数值计算,设计了一只8 mm波段三次回旋谐波潘尼管:采用4开槽渐变到圆波导的开放式谐振腔高频结构,2π工作模式,束电压43.5 kV,束电流1.45 A,最后采用3D-PIC模拟软件进行验证、优化。模拟结果显示,该器件可获得37.8 kW平均输出功率,器件效率可达到60%,展示了其作为高效永磁包装器件的良好应用前景。     

带状注矩形截面Cerenkov脉塞中注波互作用的研究

建立了带状注矩形截面Cerenkov脉塞中注波互作用的三维物理模型.采用保留金属格栅槽区内高次模式的方法,将电磁场表示为本征模级数和的形式,运用Borgnis函数法和场匹配法推导了注波互作用结构的混合模色散方程.通过数值计算,分析了热态下电子注电压、电流密度、电子注厚度以及电子注与金属格栅间隙距离等主要结构和电参数对互作用增益的影响.