中科大设计出一种储能性能优异的掺氮多孔碳材料

<正>中国科学技术大学的研究人员以富勒烯为前驱体,设计了一种具有优异储能性能的掺氮多孔碳。掺氮多孔碳材料具有高比表面积和大量的反应活性位点,可用作电化学储能材料如锂离子电池和超级电容器的电极材料及催化剂材料。研究人员利用氢氧化钾活化具有确定尺寸和结构的纳米碳单元——富勒烯,得到了兼具良好导     

超薄纳米薄膜的划痕硬度评价方法及应用

纳米压痕是一种常用的薄膜硬度评价方法.然而,当薄膜厚度10 nm时,该方法难以去除基体对薄膜硬度的影响,因而无法获得薄膜自身的硬度,限制了纳米结构与硬度之间关系的认知,阻碍了超薄纳米结构薄膜的应用.本研究提出一种基于纳米压痕硬度标定下的纳米划痕硬度评价方法,并将其应用于纳米结构碳膜的硬度研究.首先,利用自行设计搭建的纳米刻划装置,通过对比碳膜在纳米划痕和纳米压痕方法下的残余变形深度,分析不受基体影响的临界薄膜厚度,得到纳米划痕深度不受基体影响的临界薄膜厚度.其次,采用压头形状等效接触模型,利用划痕的残余顶角、宽度和深度,通过计算压头前端的接触压力分布得到硅基体的纳米划痕硬度,与纳米压痕硬度标定结果一致.最后,将纳米划痕硬度方法应用在电子回旋共振等离子体溅射方法制备的3种不同纳米结构碳膜上,得到交联结构碳膜和非晶碳膜的硬度分别约为19. 1 GPa和14. 6 GPa,高于硅基体11. 2 GPa的硬度,而石墨烯嵌入式碳膜的硬度约为2. 7GPa.分析不同纳米结构碳膜的刻划机理表明,在sp2含量较高的纳米结构碳膜中,sp3含量并不是决定碳膜力学特性的唯一因素,小尺度、多石墨烯层间交联结构能够有效增加层间的剪切强度,薄膜展现出较好的耐刻划特性.研究结果有助于进一步拓展纳米划痕方法的应用,也为不同纳米结构碳膜的应用提供了理论基础.     

中外合作在三维碳蜂窝结构研究中获进展

<正>中国科学院力学研究所、美国科罗拉多大学、麻省理工学院的研究人员合作发现:通过石墨烯构筑的三维蜂窝结构,当蜂窝墙为sp2键、蜂窝墙交界处形成特种结构的sp3键时,这类纯共价键组成的三维蜂窝结构在力学上是稳定的,而且具备超高的比强度,以及较高的导热性能。富勒烯、纳米碳管、石墨烯等碳结构具有多种优异的性能,但用这类碳结构来构筑宏观三维材料的     

水流管道压力脉动能量采集器实验研究

为了实现压力管道智能监测与检测的自供电技术,探讨管道压力脉动能量采集技术,本文提出了一种具有力学放大器的增强型压电叠堆俘能器。基于牛顿力学原理理论推导了力学放大器的放大系数,利用有限元方法对俘能器进行了谐响应分析并讨论了结构参数对输出电压的影响规律,通过实验研究了力学放大器与管道中的扰流体对俘能器俘能效率的影响。研究结果表明:通过调整力学放大器的结构能够有效提高俘能器的开路输出电压,在水流管道中添加扰流体有利于提高管道内压力脉动,进一步提高了俘能器的输出功率。本文的研究结果对压力管道能量收集器的设计和应用具有重要的借鉴意义。     

煤基碳点的制备和应用研究进展

煤和煤衍生物的碳含量高、资源丰富,开发煤基碳材料及其制备技术具有重要的研究价值。碳点作为碳纳米材料家族冉冉升起的新星,由于其优异的光电性能、无毒性和良好的生物相容性等,在许多领域显示出巨大的应用前景。煤和煤衍生物是一种三维交联的网络状多晶材料,含有丰富的官能团和悬垂键,且芳香结构单元之间通过亚甲基、醚键等交联桥键连接,桥键可通过化学、电化学或物理方法来破坏。基于煤和煤衍生物的结构特点,综述煤基碳点的合成方法及其在电化学、光催化、化学分析、生物医药、光电材料等领域的应用,展望煤基碳点的未来发展方向。未来值得研究的方向为：优化合成工艺,实现高性能煤基碳点的规模化、绿色化制备;开发模拟、理论计算和其他先进技术,进一步探索煤基碳点及其复合材料结构和性能的调节机制;通过煤基碳点的改性和组装,拓展其应用领域。     

氧化铝-碳耐火材料弹性模量细观力学分析

基于细观力学理论,提出计算氧化铝-碳耐火材料(铝碳材料)弹性模量的Mori-Tanaka方法,并探讨了各组分对其值的影响。首先,通过特定的实验并利用Mori-Tanaka方法,计算出铝碳材料中各相的弹性常数;然后,分别采用单尺度和多尺度分析,对铝碳材料弹性模量进行预测,并将预测值与实验结果进行对比。结果表明:根据铝碳材料的微观结构选择合适的基体,对预测值的准确性很重要;采用Mori-Tanaka方法并结合多尺度分析可有效预测铝碳材料的弹性模量,其值主要取决于连续的多孔碳相。     

碳纳米管和碳微米管的结构、性质及其应用

评述碳纳米管和碳微米管的结构、性质及其应用,指出碳纳米管可看作是石墨烯片按照一定的角度卷曲而成的纳米级无缝管状物,根据层数不同可分为多壁碳纳米管和单壁碳纳米管.由于碳纳米管管壁中的碳原子采用的是sp2杂化,因此碳纳米管沿轴向具有高模量和高强度,可用于增强复合材料的力学性能;而碳纳米管圆筒状弯曲会导致量子限域和σ-π再杂化,这种再杂化结构特点以及π电子离域结构赋予了碳纳米管特异的光、电、磁、热、化学和力学性质;碳纳米管的管腔内部是纳米级中空结构,可作为纳米级分子反应器和存储容器.但碳纳米管的管径尺寸太小、表面缺陷多、团聚严重等问题一直影响着碳纳米管在实际中的应用.而碳微米管的出现弥补了其不足,碳微米管具有与碳纳米管相似的管状结构,在保持纳米级管壁厚度的同时,能拥有微米级的管径,巨大的管壁外表面,相当于一张微米级的石墨烯网状膜,因此碳微米管能同时拥有碳纳米管和石墨烯的独特物理和化学性能.通过对碳微米管各项性能的研究表明,碳微米管的管壁具有规整的石墨烯结构,管腔具有微米级中空管结构,有较高的比表面积,电学和化学性能良好.利用其优良的电学性能,它们能较好地应用在量子导线和晶体管阵列;同时利用其优良的化学和电化学性能,也能广泛用于锂离子电池、超级电容器和储氢材料.     

仿蜂窝防护结构的承载特性

为满足对结构安全方面的要求,本文借鉴蜂窝结构强度比高、力学性能优异的特性,运用结构仿生学原理设计并建立了简化的仿直蜂窝、仿斜蜂窝和平板结构3种模型。在5种不同工况下利用有限元分析软件OptiStruct对3种模型进行了承载特性分析,运用3D打印技术制备3种模型,并对样件进行力学特性试验。根据模拟结果与试验数据对比分析得到以下结论:仿斜蜂窝结构各位置的应力数值相近,仿斜蜂窝具有良好力学传导特性;在相同质量情况下,仿斜蜂窝结构的承载能力较仿直蜂窝结构提高12%,较平板结构提高150%,其承载能力有着较大的优势,所以仿斜蜂窝结构较为合理。本文的研究实现了对仿蜂窝结构的承载性能分析,为防护结构轻量化设计提供了参考。     

反模糊群性质的研究

首先根据经典集合G的一种模糊二元运算,给出利用这种模糊二元运算定义的反模糊群,为了使反模糊群也具有经典的结构,讨论这种模糊群的一些性质,并给出反模糊群的两种等价定义.因此,反模糊群也具有和群一样经典的结构,便于更深入地研究反模糊代数.     

两种半主动MR阻尼器对电视塔的风振控制

依据MR智能阻尼器的力学模型，以合肥翡翠电视塔为工程背景，研究MR智能阻尼器对电视塔结构风振反应的控制效果分别采用了2种半主动控制策略：一种是基于现代最优控制理论的LQR半主动控制，另一种是基于局部反馈的模糊丰主动控制策略计算实例结果分析表明：采用MR智能阻尼器对结构进行半主动控制能有效地减小电视塔结构的风振反应.     

基于支持向量机和粒子群算法的结构损伤识别

为了有效地进行结构的损伤识别,提出了一种基于支持向量机和粒子群算法的结构损伤识别方法。首先利用支持向量机为损伤裂缝指标、损伤位置与各阶频率和一阶振型建立函数关系,然后将利用该函数关系得到的频率和振型与实测频率和振型间的差异作为优化目标,进而实现结构的损伤识别。为提高损伤识别的精度,将优化目标转化为多目标优化问题,并利用所提出的灰色粒子群算法进行求解。实验结果表明,该方法在结构损伤识别中具有较好的效果。     

基于电磁式阵列传感器的平纹编织碳纤维复合材料检测方法

为了研究平纹编织结构碳纤维复合材料（CFRP）的结构特点并检测其表面是否存在裂纹缺陷,针对CFRP的各向异性和异质性特点,提出了方块模型和纱线模型;同时基于电磁感应原理,设计了一种无需手动旋转的12线圈电磁式阵列涡流传感器,通过采集CFRP样板上传感器电阻的变化规律来研究其结构特点;在此基础上,采用方块模型模拟表面存在裂纹缺陷的平纹CFRP,利用传感器得到在有缺陷的样板上传感器电阻的变化规律,并进行了实验验证。结果表明：阵列涡流传感器在2种模型上的电阻极坐标图都为蝴蝶形,2种模型都具有一定的有效性,提出的模型和传感器还可以检测平纹CFRP裂纹缺陷,存在裂纹时电阻减小。     

基于支持向量机和粒子群算法的结构损伤识别

为了有效地进行结构的损伤识别,提出了一种基于支持向量机和粒子群算法的结构损伤识别方法。首先利用支持向量机为损伤裂缝指标、损伤位置与各阶频率和一阶振型建立函数关系,然后将利用该函数关系得到的频率和振型与实测频率和振型间的差异作为优化目标,进而实现结构的损伤识别。为提高损伤识别的精度,将优化目标转化为多目标优化问题,并利用所提出的灰色粒子群算法进行求解。实验结果表明,该方法在结构损伤识别中具有较好的效果。     

基于代理群的移动自组网拓扑发现算法的研究

在分层结构的移动自组网管理方式中,基于代理群的管理方式是一种重要的管理方式,在对这种管理方式的研究领域中,拓扑发现技术是一项必须解决的重要课题.本文提出了一种基于代理群的拓扑发现算法.仿真结果表明,该算法能够适应网络拓扑多变性的特点,具有良好的准确性和可靠性.     

离子轰击辅助电子束蒸发制备含有纳米石墨结构的非晶碳膜

采用离子轰击辅助电子束蒸发技术制备了含有纳米石墨结构的碳膜。利用XRD、Ralnan和AFM等方法分析了碳膜的厚度、结构、相成分和形貌。结果表明制备的碳膜是一种具有纳米石墨结构的非晶碳膜。随着离子轰击能量的增大,碳膜的厚度随之减小,纳米石墨结构sp2团簇的尺寸变大,碳膜表面粗糙度增大,并找到了最佳的离子轰击能量。通过对Raman光谱分析发现,在最佳离子轰击能量下形成的纳米石墨结构sp2团簇尺寸大小约为2nm。     

基于约束的单纯形-粒子群混合优化DEUCE测向算法

文章介绍一种新的基于特征结构的DOA估计算法,并对算法中非线性多维搜索问题限制算法应用这个缺点提出了一种基于约束的单纯形-粒子群混合优化DEUCE测向算法,改进算法把罚函数方法、粒子群算法、单纯形算法有机结合并应用到DEUCE算法中去;仿真结果表明改进算法在保持低收敛门限和高估计精度的优点下,具有更快的运算速度。     

基于能量回收的土木工程结构振动控制

为了解决土木工程结构振动的主动和半主动控制技术对外界电源过分依赖的问题,系统回顾了基于能量回收与利用的各种结构振动控制系统。在此基础上,提出了一种自供电磁流变阻尼器减振系统,实现了振动控制的自供电与传感;指出了该系统的应用前景、亟待解决的问题和进一步的研究方向。研究结果表明：该系统既可以作为具有自适应特征的被动控制装置,也可以设计为半主动控制系统,同时该系统还可以和其他结构控制系统组合使用。     

蝶类纳米点阵复眼结构超黑材料探索研究

自然界生物体所利用的纳米尺度结构被证明是一种较为理想的增黑结构。为了进一步提高普通碳材料的光捕获效率,采用最高温度为550℃ 的真空烧结工艺复制了蝶类复眼的纳米点阵结构,并与碳材料本身物性相耦合,从而得到了具有高效减反结构的新型超黑碳材料。对样品碳化前后的微观结构进行了表征,并测试了碳化样品的超黑性能。结果表明,复制体很好地保留了原始蝶类复眼的两级微观结构的几何学特征;并且与无结构焙烧的碳相比较,具有纳米点阵结构的碳材料对整体光的反射损失明显减少,在近紫外和可见光波段的超黑度提高明显,能够更好地减少反射以及改善光子收集效率。     

交通荷载作用下埋地管道应力分析与现场测试

为研究交通荷载作用下管道结构的力学响应特性,应用线弹性力学理论,将车辆轴载下埋地管道的静力计算问题分解成3个部分依次求解：基于Boussinesq解答的管顶附加土压应力计算,基于Winkler弹性地基梁模型的管道纵向应力计算,基于Iowa公式的管道环向应力计算. 在此基础上探讨轮压、管道埋深、轮-管水平距离、管-土相对刚度、土壤阻力模数等参数对埋地管道力学性状的影响规律. 此外,应用光纤光栅传感器,对某供水管道在车载作用下的应变响应进行现场测试. 理论计算方法和测试结果对比分析表明：采用该传感器监测管道表面应变具有较高的精度和灵敏度;管顶轴向应变峰值对车速的不敏感;采用静力计算方法分析车辆荷载作用下埋地管道的应力问题具有合理性．     

结构强度可靠性的随机有限元分析算法

本文利用了基于弹性力学轴对称结构的随机有限元法计算结构强度,对载荷随机情况进行了分析,并编写了有关程序.在强度计算的基础上,采用一种轴对称结构可靠度的分析算法进行可靠度计算,结果表明分析算法有简便、省时、相对精确的优点.