电容型海洋电场传感器的探测原理及性能研究

研究了电容型电极探测海洋电场的原理,提出降低放大电路的输入阻抗稳定碳纤维双电层的方法。利用聚丙烯腈碳纤维T300制备了电容型海洋电场电极,使用电化学工作站对电极进了循环伏安测量;使用交流法测量了电极在水槽中的阻抗;根据测量的阻抗选取在放大器输入端并联阻值分别为500Ω、1kΩ、2kΩ的电阻,研究了不同的输入阻抗对碳纤维电极在水下电场的电位稳定性、噪声稳定性和测量性能的影响。实验结果表明碳纤维T300制备的电极在水中呈现电容效应;输入阻抗越小电极电位和噪声稳定越快;稳定后电极自噪声达到1nV/√Hz@1Hz,在信号调理电路输入阻抗为500Ω的情况下,所制备的电极2h后即可达到最佳自噪声性能;电极可准确还原0.001Hz以上的海洋电场。综合而言所制备的碳纤维电极和合适的放大电路输入阻抗结合组成海洋电场传感器满足微弱海洋电场信号的测量和探测装备的快速部署。     

有限尺寸平行电极的边缘电场效应

电场分布是影响集成电光器件特性的主要因素.本文研究了有限尺寸平行电极的电场分布,得到了其电荷分布密度、电容、电场强度的数学解析式,并分析了边缘电场效应,在此基础上得到了在集成电光器件中相邻光通道互不干扰所需的平行电极对的间隔距离.最后以单晶1×4光开关为例给出了当电极板长度为5mm、宽度为2mm、电极板间距为2mm时,离开电极板边缘3mm处的电场强度就已经降到电极板中心处的5%左右,引起的信道串扰约为0.25%,可忽略不计.     

海水中稳恒电流电场的点电极计算模型

根据点电极基本假设，利用均匀介质中稳恒电流场与静电场的相似性，分别采用分离变量法和镜像法计算了点电极稳恒电流场在空气-海水-海床三层介质平行界面模型下的电位分布。从而得到了海水中稳恒电流电场的计算模型．计算结果表明：点电极的电场分布具有明显的特征，可作为舰船电场电极阵列模拟的计算单元。     

尿素改性碳纤维电场电极制备及电化学性能研究

以尿素为氮源,对碳纤维表面进行改性,制备了一种新型海洋电极,并测试了其电化学性能和电场响应性能。结果表明,碳纤维表面的含氧和含氮基团对其电化学性能具有显著的影响,与尿素反应并在450℃条件下热处理的碳纤维具有最低的内阻和最大的比电容。电化学性能的变化也直接影响碳纤维电极对的电场性能,450℃条件下热处理的碳纤维电极也具有最佳的电场性能:电极对极差稳定性降到0.1 m V/24 h左右,自噪声为2.2 n V/rt Hz@1Hz,电极对能较好地响应出1 m Hz、1 m V电场信号。     

基于SOI衬底加工的微型电场传感器研究

提出了一种基于微机械技术的微型电场传感器．该器件由振动部分和感应电极组成，通过静电梳齿结构驱动，并利用溅射到衬底的栅状金电极作为工作电极．基于SOI衬底加工的设计流程能够简化悬浮结构的制备．由于器件运动中受滑膜阻尼作用，因此可在大气下测试和封装，能够节约成本．阐述了器件的工作原理、结构仿真以及其键合／减薄工艺流程．该器件具有小尺寸和批量生产的优势，有望在安全预警和航天器升空环境探测等方面得以应用．     

电泳芯片上低工作电压分离模式的电场模拟分析

本文根据电泳芯片的低工作电压分离理论模型,选定采用对分离管道侧壁阵列电极以等间距施加电压的方式作为电场模拟分析的模型。利用ANSYS有限元软件分析系统,对微分离管道中的电场分布进行模拟仿真分析。重点探讨了阵列电极的布置方式、电极个数和位置、微分离管道形状、电极表面绝缘层等因素对微管道中电场分布的影响;详细计算和优化了利用电极阵列实现低工作电压分离过程中,分离微管道及电极阵列的基本设计和结构参数。这为研制一种微型化的低电压电泳芯片系统奠定了一定的理论基础。     

基于等效电容的高压输变电工程工频电场测量误差分析及改善措施研究

为研究环境湿度造成高压输变电工程工频电场测量系统产生较大误差的机理,降低在高湿度环境下(相对湿度50%)测量系统的误差,该文通过分析测量等效电路结合现场实测数据的方法,研究测量系统介入前后等效电路的变化与实测结果的关系。发现在高湿度环境下工频电场测量系统介入后,传感器支架等效电容的改变是导致该电场测量误差的主要原因。工频电场的测量结果与传感器支架等效电容成正比,并实验验证了可以通过改善支架电性能的方法提高测试系统的准确性。该研究对高湿度环境下现有输变电工程工频电场强度测量方法的改进和推进相关标准的制定和修订具有参考意义。     

近场直写静电纺丝电场仿真与路径规划分析

目的由于在静电纺丝过程中射流的鞭动现象会严重影响纺丝的质量,无法实现图案的精准化沉积和高分辨率的喷墨打印,需要探究减小射流鞭动现象的方法。方法首先采用COMSOL Multiphysics多物理耦合场有限元仿真软件,对纺丝过程中有无添加辅助电极情况下的电场场强大小和分布进行模拟分析,随后通过实验进行对比验证,并根据结果设计一套适用于近场直写微纳喷印的纤维薄膜打印数控系统,实现纳米纤维的重复沉积,进行纤维薄膜的打印。结果实验采用质量分数为8%的聚氧化乙烯(PEO)溶液作为纺丝溶液,注射器及喷丝针头容量为2.5 m L,针头外径为0.6 mm,长度为12 mm,注射泵流量设置为0.5?L/min,2台高压电源设置的电压均为1.01 k V。实验结果表明,未添加辅助电极时,纤维容易出现卷曲,而添加辅助电极后,纤维细直不卷曲。结论利用平行辅助电极将工作电场集中在所需范围内,使电场尽可能实现垂直地从喷丝针头到接收基板,能有效减小纺丝射流的鞭动现象给稳定沉积带来的不良影响,可实现聚合物溶液高分辨率的喷墨印刷,能够实现图案的精准化沉积。     

粘胶基碳纤维海洋电场电极制备及其电化学性能研究

利用粘胶基碳纤维材料制备新型海洋电极,并测试其电化学性能和电场响应性能。结果表明,粘胶基碳纤维比表面积约为550 m~2/g,其表面有深浅不一的沟槽,与海水接触角为148°;循环伏安曲线表明其有较好的双电层电容性能,塔菲尔测试得出其交换电流密度为23.7 A/m~2;电极对的极差稳定漂移约为0.4 mV/24h(电极浸泡24 h后),对频率为0.01 Hz、振幅为10 mVpp的电场信号能做出良好响应,在1 Hz频点处的自噪声为槡6.75 nV/Hz@1 Hz。     

海洋电场探测电极的研究概况

海洋电场探测技术的研究具有广泛的应用领域和重要的军事意义。许多国家在电场探测电极研制和测量系统开发方面的技术已经相当成熟,而我国对于相关领域的研究还处于实验阶段,电极加工工艺和性能参数的研究均落后于西方国家。针对以上情况,系统论述了近20年来国内外关于海洋电场探测电极的研究进展,涉及了电极类型选择、材料的特性、电极性能指标和检测特性等,结合笔者研究分析了海洋电场探测电极的发展趋势和进一步研究的方向。     

连续电流场在金属凝固过程中的应用研究

综合分析了直流电场和交流电场对合金凝固组织、溶质再分配及过冷度的影响.运用电学和金属凝固理论,归纳和总结了连续电流场在金属凝固过程中的主要作用机制,从理论上探讨了连续电流场细化合金枝晶间距的机理,为今后连续电流场在实际生产中的应用提供了指导.     

新型推挽激励的谐振式微机械静电场传感器

为了提高传感器的信噪比(signal-to-noise ratio,SNR),降低器件的耦合干扰,基于表面微机械工艺设计制作了一种新型推挽激励方案的谐振式微型静电场传感器.该传感器敏感结构主要包括静电梳齿激励电极、屏蔽电极和感应电极3部分.工作时,在该传感器敏感结构同一侧梳齿的固定端上加入反相相等的激励信号,实现差分激励,使屏蔽电极在谐振频率处振动,从而在感应电极上感应出差分电流信号,通过相关检测方式检测出传感器该输出信号的二次谐波分量,即可获得被测静电场强度大小.该传感器的新型结构设计和激励检测方案可获得最大电场响应灵敏度,并有效抑制了同频耦合串扰和共模噪声.常压室温(约25℃)测试结果表明,在量程(-15 kV/m～15 kV/m)内,只需要5 Vpp激励电压,其中线性度(端基线性度)达到了1.03%,分辨率优于200 V/m.     

同面阵列电容成像传感空/满场设定方法研究

同面阵列电极电容成像技术应用于工件缺陷无损检测时,因电极布置在同一平面内,若采用常规的单一介质作为空场或满场时,往往导致测量精度不高等问题。提出了一种空场/满场的相对设定方法,同时采用空气和被测材料两种介质作为空场和满场设定条件,通过分别改变两种介质的空间位置和大小,实现空场/满场可调节且不唯一;阐述了同面阵列电容传感器的工作原理,并以隔热材料和环氧树脂作为测量物场,通过有限元仿真获取了灵敏度矩阵。针对空场和满场的设定方法进行了电容成像实验研究,结果表明该方法可改善成像效果,能够反映出被测物体中缺陷的平面位置信息,验证了该方法的有效性。     

Engineering Interfacial Built-in Electric Field in Polymetallic Phosphide Heterostructures for Superior Supercapacitors and Electrocatalytic Hydrogen Evolution

Herein, a patterned rod-like CoP@NiCoP core-shell heterostructure is designed to consist of CoP nanowires cross-linked with NiCoP nanosheets in tight strings. The interfacial interaction within the heterojunction between the two components generates a built-in electric field that adjusts the interfacial charge state and create more active sites, accelerating the charge transfer and improving supercapacitor and electrocatalytic performance. The unique core-shell structure suppresses the volume expansion during charging and discharging, achieving excellent stability. As a result, CoP@NiCoP exhibits a high specific capacitance of 2.9 F cm⁻² at a current density of 3 mA cm⁻² and a high ion diffusion rate (D_ion is 2.95 × 10⁻¹⁴ cm² s⁻¹) during charging/discharging. The assembled asymmetric supercapacitor CoP@NiCoP//AC exhibits a high energy density of 42.2 Wh kg⁻¹ at a power density of 126.5 W kg⁻¹ and excellent stability with a capacitance retention rate of 83.8% after 10 000 cycles. Furthermore, the modulated effect induced by the interfacial interaction also endows the self-supported electrode with excellent electrocatalytic HER performance with an overpotential of 71 mV at 10 mA cm⁻². This research may provide a new perspective on the generation of built-in electric field through the rational design of heterogeneous structures for improving the electrochemical and electrocatalytical performance.     

Transportable Electric Field Strength Standard

Results from a study of a transportable electric field strength standard are presented. A measurement formula for the standard in the form of a product of three functions, an amplitude function, a frequency function, and a correction function, is obtained. The limits of the working range of measurement of the electric field strength with respect to amplitude and frequency are determined. The random measurement error of the electric field strength is experimentally estimated.     

里德堡原子微波电场测量

里德堡原子是处于高激发态的原子,其主量子数大、寿命高,具有极化率高、电偶极矩大等特点,对外电场十分敏感。基于热蒸气室中里德堡原子的量子干涉原理(电磁感应透明和Autler-Towns分裂效应)的微波电场精密测量不仅具有远高于传统偶极天线的灵敏度,且具有自校准、对外电场干扰少、测量频率范围大等优点,是下一代电场测量标准。本文综述了里德堡原子的微波电场测量研究,详细介绍了其基本原理和当前研究进展,并讨论了未来发展方向。     

电场对聚合物形成的影响研究进展

外场如电场、微重力场、磁场等对软物质聚全物形成的影响,是目前聚合物科学领域研究的一个热点。研究表明,聚合物的结构和性能强烈依赖于外场。综述了电场下聚合物的合成和电场下聚合物材料处理,并介绍了目前我们在电场下进行聚合物材料研究的一些实验结果。     

变化电场中超细颗粒的一维量子振动理论

提出了不明显与时间有关的不变量理论。将该理论应用到随时间变化外电场中的超细颗粒一维量子振动系统,给出了该量子系统哈密顿量的具体表示,得到了量子系统哈密顿量的本征值和本征函数。     

高压电场技术及其在农业领域中的应用

目的综述高压电场技术及其在农业领域中的应用,并总结其优缺点和未来的发展趋势。方法介绍高压电场技术的基本原理、典型高压电场处理装置,分析不同高压电场的电极类型,以及高压电场技术应用研究的新进展。结果高压电场电晕放电属于一种尖端放电的物理现象,起到了抑菌、促萌发、抗氧化等生物效果;并减少了食品冷冻损伤,加快了食品干燥速率;提高了工业除尘效率。结论高压电场技术在食品领域应用广泛,但电离空气产生的臭氧以及破坏细胞组织结构都会产生副作用。未来需要从高压电场的作用机理出发,进行学科领域交叉性研究,拓宽高压电场在各行业的利用,例如,打印机、船体除垢、电池、燃料控制等方向。