氮掺杂ZrC和TaC结构和电子性质的第一性原理研究

为了研究氮(N)掺杂对难熔金属碳化物ZrC和TaC的影响,本文运用第一性原理超原胞方法(SC)和虚晶近似方法(VCA)进行了研究。计算了掺杂不同浓度N原子的ZrC_(1-x)N_x和TaC_(1-x)N_x(0≤x≤1)难熔金属碳氮化物的形成能、晶格常数、体积以及电子态密度。形成能计算结果表明ZrC1xNx和TaC1xNx的稳定性随氮浓度的增大而增强;晶格常数和体积随氮浓度的增大而减小,结构也越来越稳定;氮掺杂导致的电子态密度在深能级处的新峰随着氮浓度的增大而变高,也表明结构更稳定。此外,比较相同N浓度下的ZrC_(1-x)N_x和TaC_(1-x)N_x,发现ZrC_(1-x)N_x的形成能更低,因此掺杂相同浓度的N时ZrC_(1-x)N_x更稳定。     

基于空心微针阵列的连续监测葡萄糖传感器

研制了一种基于空心微针阵列并可微痛刺入皮下实时连续监测人体血糖浓度的葡萄糖传感器.微针阵列由等间距的三根微针组成,分别作为工作电极、辅助电极和参比电极,其中工作电极与辅助电极采用表面溅射了Ti/Pt的空心不锈钢微针来制作,采用戊二醛-牛血清白蛋白交联法将葡萄糖氧化酶固定并仅置于作为工作电极的针尖通孔处;参比电极采用Ag/AgCl实心微针制作.测试结果表明:葡萄糖浓度在0～21 mmol·L-1范围内传感器输出电流为线性,灵敏度为0.575 μA/(mmol·L-1),响应时间为16s,且具有很好的抗干扰性.     

尖端导体电晕放电试验研究

电晕放电是高压电力工程及航空航天领域研究的重点及难点问题;为研究尖端导体电晕放电的辐射特点,设计了电晕放电试验模拟系统;利用测试系统及天线在微波暗室内进行了不同测试距离、不同放电电压及不同尖端导体长度条件下的试验;通过对试验数据的分析可知,电晕放电辐射信号呈衰减振荡模式;电晕放电脉冲重复率随着充电电压的增大而增加;天线接收的辐射信号能量与测试距离成反比;随着充电电压的增加,信号辐射功率呈增加趋势;试验研究结果为输变电工程、航空航天装备的电磁环境分析提供参考。     

对空气式静电放电的研究

为改善空气放电模拟方法,用静电放电模拟测试装置研究了IEC标准规定的空气式静电放电的放电特性。通过手动方式使充电后的放电电极快速靠近电流靶获得空气静电放电事件,放电电压具有2~20 kV较宽范围的电压电平和正负电压极性。利用Agilent数字存储示波器测量了空气静电放电放电电流的上升时间、峰值以及耦合到自制的金属半圆环上的峰-峰值电压,并记录了放电电流和耦合电压的波形。通过分析和比较测量结果研究了测量参数随放电电平的变化趋势。空气放电电流的特性与静电放电抗扰度试验标准IEC 61000-4-2对接触式放电的规定类似,耦合电压与放电电压之间没有直接的相关性。实验表明在一定电压范围、电极速度可控时可能获得空气放电的重复性。     

高空低气压电晕放电特性模拟试验研究

电晕放电对飞行器的运行安全造成严重威胁。为了解高空低气压环境下电晕放电特性,建立了由真空泵、真空计、密闭气罐、高压静电源、动态电位测试仪等组成的高空低气压电晕放电模拟试验系统。采用针–板电极结构模型进行了低气压环境下电晕放电模拟试验,并结合气体放电理论,从微观粒子运动角度对试验结果进行理论分析。结果表明:在5~30 k Pa范围内,随着气压的降低,起晕电压近似呈线性降低,Trichel脉冲幅值、上升沿时间以及重复频率逐渐增大,但脉冲持续时间基本不变,约为600 ns。该研究结论可为研究飞行器的电晕放电特性提供参考。     

尖端导体电晕放电辐射场的计算与实验

为研究输电线电磁辐射问题,以尖端导体电晕放电为研究对象,利用偶极子模型和传输线模型尖端导体电晕放电辐射场进行理论计算,得出了电磁辐射信号特征;在实验室进行直流高压下尖端电晕放电模拟和实验研究,验证了理论分析的正确性。研究结果表明,电流注入导体产生的辐射场要比空气电晕区产生的辐射场强的多,在对尖端导体电晕放电辐射场的远距离探测时,空气电晕区产生的辐射场可以忽略不计;尖端导体电晕放电辐射场主要是垂直极化场,由电晕电流在导体两端来回反射引起的;信号的时域波形呈衰减振荡形式,信号的峰值随外加电压的升高而增大,正电压下信号的强度明显比负电压下信号的强度大;信号首脉冲的方向随外加电压的极性不同而相反;信号的持续时间在几百ns数量级,而且随着导体长度的增加,信号的持续时间有增大的趋势。该研究结果对于输电线电晕抑制及周围电磁环境评价具有重要意义。     

低气压电晕放电电流特性理论与试验研究

为了解低气压环境下的电晕放电电流特性,对放电电流进行理论研究和仿真计算,并建立了由气压泵、气压计、密闭气罐、高压静电源、动态电位测试仪等组成的低气压电晕放电模拟试验系统。利用针-板电极结构模型,进行了低气压环境下的针-板电晕放电试验,并结合气体放电理论,从微观粒子运动方面对试验结果进行分析。研究结果表明:随着气压的降低,放电电流脉冲上升沿时间和电流脉冲重复频率逐渐增大,但下降沿和脉冲持续时间基本不变。     

基于BLT方程的电磁干扰建模

为了解决场线耦合下传输线负载端响应问题,基于BLT方程建模思想,利用电磁拓扑概念中的管道和节点概念构建了计算的物理模型;利用场线耦合、传输线理论结合叠加原理推导了线上负载干扰的计算方法;利用辐射场空间传播、传输线散射理论结合叠加原理推导了空间场的计算方法;对节点处的电压方程进行合并、整理得到了类似BLT方程的矩阵方程。计算结果表明,该分析方法不仅可计算传输线负载响应,还可计算空间电磁场。与其它论文计算结果的比较证实其模型、推导、计算的正确性。     

航天用氮化镓材料的研究进展

氮化镓(GaN)材料由于具有优良的电学特性而受到了广泛的关注,有望在航天工程中获得重要应用。本文首先对GaN材料的特性进行了简要阐述,进而对基于GaN的高电子迁移率晶体管(AlGaN/GaN HEMTs)、空间太阳能电池、紫外探测器等的研究和应用现状进行了梳理及分析,最后从新型GaN器件的开发、空间环境适应性评价、GaN器件的加固等角度给出了航天器用GaN材料及器件的发展方向和建议。