关键词： 复合耐火材料   镁铝尖晶石   氮化反应   镁铝合金  

摘要： 为探索煤气化用耐火材料的无铬化,本研究采用碳化硅颗粒和镁铝尖晶石细粉为主要原料制备SiC-MgAl_(2)O_(4)复合耐火材料,于流动氮气中500~1450℃热处理,对比未添加和添加4%(质量分数)镁铝合金粉的复合材料在热处理升温过程中的微观结构及性能变化,探究镁铝合金氮化烧成中形成的低维相对SiC-MgAl_(2)O_(4)复合材料性能的改善效果。结果表明,镁铝合金与热处理环境中的N 2、O_(2)的反应温度区间为650~800℃,主要反应产物为AlN和MgO。添加镁铝合金后的试样在700℃形成蜂窝状MgAl_(2)O_(4)尖晶石,增强了SiC骨料和MgAl_(2)O_(4)基质间的结合,此时试样的常温力学强度达到最高;900~1300℃时,MgAl_(2)O_(4)尖晶石由蜂窝状转变为棒状,1300~1500℃时,其再转变为片状、粒状的MgAlON尖晶石,这些形貌和物相的转变伴随体积膨胀,导致试样的强度小幅下降。镁铝合金的添加能使SiC-MgAl_(2)O_(4)在较低温度热处理下原位形成尖晶石,从而提高材料的力学性能。

关键词： 光栅   光栅设计   光学设计   严格耦合波分析   超表面   微结构设计  

摘要： 通过对傅里叶模态法(也称严格的耦合波分析算法)的攻关与研究,介绍了一款国产的光栅设计与分析软件——光栅设计者。该软件独立开发,并完全自主可控,旨在填补国内光栅光学设计分析软件的空白。软件从算法开发与攻关开始,目前已取得了重大进展并即将发布。软件核心代码的自主率达到100%,与VirtualLab和Gsolver等国际主流光栅设计软件的计算精度相当,且支持更多光栅类型的设计与分析,包含一维、二维光栅及微结构和超表面等复杂光学结构。光栅设计者以简明的界面,表格化的参数输入,灵活多变的光栅结构建模,强大的参数扫描能力和高效的并行效率为特点,降低了用户的学习成本,适用于从极紫外到太赫兹波段的电磁场计算与分析。

关键词： Flexible nanoimprint lithography   Bioinspired   Micro-and nano-manufacturing   III-nitride epitaxy   Optoelectronic devices  

摘要： III-nitride materials are of great importance in the development of modern optoelectronics,but they have been limited over years by low light utilization rate and high dislocation densities in heteroepitaxial films grown on foreign substrate with limited refractive index contrast and large lattice ***,we demonstrate a paradigm of high-throughput manufacturing bioinspired microstructures on warped substrates by flexible nanoimprint lithography for promoting the light extraction *** design a flexible nanoimprinting mold of copolymer and a two-step etching process that enable high-efficiency fabrication of nanoimprinted compound-eye-like Al2O3 microstructure(NCAM)and nanoimprinted compound-eye-like SiO_(2)microstructure(NCSM)template,achieving a 6.4-fold increase in throughput and 25%savings in economic costs over stepper projection *** to NCAM template,we find that the NCSM template can not only improve the light extraction capability,but also modulate the morphology of AlN nucleation layer and reduce the formation of misoriented GaN grains on the inclined sidewall of microstructures,which suppresses the dislocations generated during coalescence,resulting in 40%reduction in dislocation *** study provides a low-cost,high-quality,and high-throughput solution for manufacturing microstructures on warped surfaces of III-nitride optoelectronic devices.

关键词： 相变微胶囊   水泥基多孔材料   力学性能   微观结构   热工性能  

摘要： 利用纳米成孔剂、相变胶囊制备相变水泥基微纳米多孔材料,研究其微观结构、力学性能、热工性能,并与水泥基微纳米多孔材料、相变水泥基材料进行对比。结果表明:高成孔剂掺量可降低试件的干密度及导热系数,掺入相变微胶囊会进一步降低导热系数,提高试件的比热容,其中成孔剂掺量为80%的相变水泥基微纳米多孔材料干密度及导热系数最低,分别为429.9 kg/m^(3)、0.086 W/(m·K),比热容为1.2 J/(g·K),具有较好的调控温度能力,相较于同尺寸的水泥净浆峰值温度降低7.2℃、谷值温度升高2.7℃,出现移峰填谷效应。

关键词： 微结构材料   大展弦比机翼   多种微结构构型   多尺度气动弹性优化   弹性效应  

摘要： 微结构材料具有质量轻、功能多的特点，在航空航天领域具有广阔的应用前景。然而，单种微结构材料的刚度特性并无法适应飞机进一步的减重要求。针对大展弦比机翼的宏/微结构构型，提出了一种基于多种微结构构型的机翼结构和材料的多尺度气动弹性优化方法。由均匀化方法等效微结构材料的力学特性，结合宏观结构单元密度计算出整体刚度，通过求解气动弹性平衡方程获得弹性气动力及位移，基于敏度信息实现了机翼结构和材料的协同设计。优化结果表明，在相同载荷下，基于多种微结构材料的整体结构柔顺度较单种微结构材料减小了18.6%。与刚性气动力下的优化结果相比，机翼弹性效应对微结构拓扑构型影响较小，而宏观结构的外段被加强。此外，所提方法可以有效地优化复杂边界条件下的机翼结构，实现机翼内合理的刚度分布。

关键词： 微结构   减阻   鲨鱼盾鳞结构   数值模拟  

摘要： 针对船舶航行时水下表面存在微结构时,可减小阻力、提升能源使用效率的特点,以鲨鱼皮表面为仿生基础,设计仿鲨鱼、V形、矩形三种微结构表面,通过Fluent软件进行数值模拟,探究不同微结构形状对近壁区表面减阻率、剪切力、速度和湍流动能的影响。数值模拟结果表明:与无结构表面相比较,不同沟槽形状的微结构表面都具备一定的减阻性能。相较于仿鲨鱼、V形微结构表面,矩形微结构表面的减阻效果最好,速度为1 m/s时减阻率最高可达18.4%。微结构的存在可以有效地减小表面所受到的壁面剪切力,减缓近壁边界层的速度梯度变化,改善流体在近壁区域内的流动情况,减少能量涡旋。

关键词： 生物学性能   多孔支架   选择性激光烧结技术   内凹   定制化   系统生成   力学试验   负泊松比  

摘要： 骨多孔支架可为细胞生长、血液系统生成、多种代谢发生提供场所,在体内可有效传导力学刺激促进成骨。拉胀结构的内凹拓扑结构和负泊松比变形方式使其具有不寻常的生物特性和力学性能,在骨修复中应用具有优势。目的研究拉胀多孔支架结构设计参数对其力学性能与生物学性能的调控规律,为拉胀式骨多孔支架临床应用提供理论依据。材料与方法设计新型结构拉胀多孔支架,采用选择性激光烧结技术对其进行制造。采用力学试验方法对其力学性能进行分析,并建立相应的有限元分析模型与数学解析模型。应用计算流体数值方法分析拉胀多孔支架在载荷作用下的物质传输性能。结果内凹角度可以广泛调节拉胀多孔支架力学性能;力学试验结果与有限元分析结果具有很好的一致性,所建立的理论模型可以很好地表述内凹角度与多孔支架弹性模量、泊松比的关系,可实现拉胀多孔支架力学性能定制化设计;多孔支架的内凹角度有利于内部流体均匀分布;载荷作用下,内凹多孔支架渗透性降低,但壁面剪切力平均值变化明显,这表明其可以更好地实现对细胞的动态刺激。结论通过调控结构内凹角度可实现拉胀多孔支架力学性能与生物学性能的可控设计,可为研发性能定制化骨多孔支架的临床应用奠定基础。

关键词： 股骨中段   整骨   骨型   植入物   外旋   生物力学   个性化设计   松质骨  

摘要： 目的针对现有进口仿真骨无法精确复现松质骨非均匀性、各向异性,以及骨质骨型与中国人骨存在较大差异的问题,研发符合中国人骨特点的新型力学等效仿真骨Mbone,并验证其力学等效性。方法首先,以人股骨头松质骨为研究对象,使用临床CT灰度值(Hounsfield单位)表征了松质骨的各向异性力学参数;之后,以Gyroid曲面为基础设计多孔结构,通过有限元分析得到其结构参数对宏观力学参数的影响规律;进一步的,通过多孔结构和人松质骨力学参数的联立求解,发展了基于临床CT的松质骨力学等效多孔结构个性化设计方法;最后,分别通过股骨头植入物压入试验和整骨力学试验,验证了该新型仿真股骨局部和整体力学性能的等效性。结果和结论仿真股骨头与人体股骨头植入物压入刚度偏差小于15%,峰值载荷偏差小于5%。整骨受压时,Mbone股骨压缩刚度比进口合成骨高7.2%,破坏载荷在尸体骨范围内;由于中西方人骨型差异,Mbone股骨中段内后侧压应变明显高于进口合成骨,这与理论分析结果一致。整骨受扭时,Mbone股骨内旋刚度比进口合成骨低6.7%,外旋刚度低18.3%。Mbone仿真股骨在松质骨-植入物相互作用以及整骨力学性能上均具备良好力学等效性,且更符合中国人的骨质和骨型。

关键词： TiO_(2)薄膜   磁控溅射   显微结构   光学性能  

摘要： 采用直流脉冲磁控溅射的方法,在有机玻璃上沉积了纳米TiO_(2)光学薄膜。研究了沉积功率、基片温度等参数对TiO_(2)薄膜结构及光学性能的影响。借助椭圆偏振光测试仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、分光光度计、原子力显微镜(AFM)等表征手段分析了薄膜的光学特性、元素组成、结晶性能及显微结构。结果表明:随沉积功率的增加,薄膜氧含量降低,粒径减小,折射率递增,可见光波段的透过率和反射率递减;随基片温度上升,薄膜的沉积速率降低,这促进了薄膜粒子的聚集,在光学方面表现为随温度上升,折射率及可见光透过率同时增加;TiO_(2)薄膜的禁带宽度在3.12~3.16eV之间,随沉积功率增加和基片温度上升,其禁带宽度递减。

关键词： 引起溶血   临床并发症   血管性血友病因子   消化道出血   血液循环   溶血现象   血液相容性   高分子量  

摘要： 目的人工心脏等机械循环支持装置中造成的血液损伤是由力学因素和界面因素共同造成的。其中红细胞与血管性血友病因子(von Willebrand Factor,VWF)的损伤会引起溶血和消化道出血等临床并发症,危及患者生命。本研究旨在通过在材料表面构建微结构进行表面改性从而影响红细胞和VWF分子在近壁面流场中的运动状态,进而降低血液损伤。方法设计搭建一个滚压泵血液剪切实验平台使血液在封闭回路中循环流动,并将表面加工了微结构的硅片样品块嵌入回路,使血液循环流经微结构表面,得到对应不同特征参数的微结构的血液剪切样品。将血样离心后冻存,并通过血浆游离血红蛋白测试和VWF分子量分析实验定量评估红细胞和VWF的损伤水平。结果所有微结构样品中,溶血与高分子量VWF降解率均随时间的增加而增加;具有一定周期空间的微圆柱结构可以有效减少血液循环剪切时造成的溶血现象;具有较高高宽比的微圆柱结构可同时减少溶血与高分子量VWF降解率;微圆柱结构相较于微光栅结构能够更好地降低溶血水平,但二者对高分子量VWF降解率的影响差异较小。结论在材料表面构建特定的微观结构可以改善血液接触面材料的血液相容性,研究成果可用于机械循环支持装置内表面材料的设计与优化。