高温陶瓷薄膜热流传感器动态响应有限元分析

航空、航天等领域的高速发展对精密热流测量技术提出了更严苛的挑战。ITO/In₂O₃陶瓷材料相比贵金属材料有着更高的塞贝克系数,并拥有低密度和优异的高温力学性能。基于有限元仿真方法,建立了ITO/In₂O₃热电堆型薄膜热流传感器热电学仿真模型,设计了2种薄膜热流传感器结构,综合分析了热电堆在不同的热阻层分布、热阻层厚度和热流密度下的传热性能和输出动态响应变化,提出了ITO/In₂O₃薄膜热流传感器的优化设计方案。     

基于有限元模拟的薄膜热流计结构设计及优化

精确的热流测量对航空航天领域发动机设计及使用过程至关重要.薄膜热流计以其体积小、热容量小、干扰小、不破坏部件表面气流等显著优势,成为发动机热端部件表面热流测量的新方法.针对传统工程经验设计薄膜热流计精确度不高且迭代耗时长的缺点,基于有限元仿真模拟方法,建立了一种薄膜热流计有限元分析模型,综合分析了热流密度、热阻层厚度、热电堆厚度等因素对热流计冷热结点温度梯度的影响,提出薄膜热流计优化思路.分析结果表明,优化后的薄膜热流计具有更出色的热学性能与电学性能.     

金属基原位生成薄膜应力传感器及其性能研究

针对传统“贴片”箔式传感器粘胶传递形变滞后、敏感栅和基底协同形变不佳以及粘胶易老化蠕变等问题,研制了一种金属基原位生成的薄膜应力传感器。该传感器通过在金属结构钢表面逐步原位沉积NiCrAlY合金过渡层、Al₂O₃绝缘层、康铜薄膜电阻栅网以及环氧灌封胶保护层等功能层制备而成。实验结果表明,原位生成的薄膜应力传感器(GF=11.94)相比于“贴片”箔式传感器(GF=7.29)具有更高的灵敏度,敏感栅和基底的协同形变效果更好,传感器的蠕变更小,使用长期稳定性也更好。     

基于MEMS热电堆传感器的高温测量技术

为了拓宽MEMS热电堆传感器的温度测量范围,实现高温测量,根据MEMS热电堆传感器的原理,设计完成了A2TPMB34型MEMS热电堆传感器静态与动态标定装置,通过试验得到标定结果;同时,提供了基于MEMS热电堆传感器实现瞬态高温测试的技术方案和实现手段,并对其关键部分一红外衰减片性能进行了分析和讨论。     

中国东部沿海四省一市PM2.5浓度遥感估算方法研究

卫星遥感反演的气溶胶光学深度（AOD）产品已被广泛应用于近地面PM_2.5浓度的估算。已有研究表明通过构建AOD和PM_2.5之间的高级统计模型—线性混合效应模型（LME）可以有效获取近地面PM_2.5浓度的空间分布,但由于引入了大量的气象和土地利用等因子,使得模型对变量的解译能力有所降低。为此,基于MODIS AOD（空间分辨率：3 km）,以我国东部长江三角洲—福建—广东（YRD-FJ-GD）为研究区,构建了两种非参数机器学习模型,即支持向量机（SVM）和随机森林（RF）模型,来估算2018年YRD-FJ-GD地区的近地面PM_2.5浓度,并将其与线性混合效应模型（LME）的估算结果进行对比。研究发现,3种模型估算的PM_2.5浓度与地面实测值之间的R²均高于0.6,其中,RF模型的估算精度最优,模型拟合的R²高达0.91,比SVM模型（R²=0.79）和LME模型（R²=0.64）的估算结果分别提高了13%和30%;且RMSE（~9.07 μg/m³）也远低于LME（~19.09 μg/m³）和SVM模型（~17.29 μg/m³）。此外,由随机森林（RF）模型估算的2018年YRD-FJ-GD地区的PM_2.5空间分布显示,长江三角洲（YRD）地区的年均PM_2.5浓度最高（>46 μg/m³）,其次为广东省（GD）,福建地区（FJ）的年均PM_2.5浓度最低（<37 μg/m³）;4个季节的平均PM_2.5浓度则呈现冬季（46.32 μg/m³）>春季（38.80 μg/m³）>秋季（36.15 μg/m³）>夏季（30.16 μg/m³）的分布格局。研究结果表明：与高级统计模型（LME）和机器学习（SVM）相比,随机森林（RF）模型能更好地应用于YRD-FJ-GD地区的PM_2.5浓度估算。     

航空发动机用薄膜热电偶研制

针对航空发动机涡轮叶片表面温度测试的迫切需求,采用薄膜沉积工艺,能够在Ni基高温合金表面制备热电性能较好的中温K型(NiCr/NiSi,<600℃)、高温R型(Pt—13%Rh/Pt,<900℃)、超高温(ITON/Pt,<1 100℃; In ON/ITON,> 1 200℃)等薄膜热电偶。薄膜热电偶由NiCr Al Y过渡层、热生长Al_2O_3层、Al_2O_3绝缘层、功能层和Al_2O_3保护层构成。通过静态标定结果分析,其塞贝克系数分别达到38. 26,10. 60,78. 60,123. 10μV/℃,在恶劣环境下具有良好的稳定性和一致性,使用寿命均大于10 h。     

贵金属Au对半导体金属氧化物气体传感器性能影响研究

随着工业时代到来，为国家发展提供便利的同时，大量排放的有毒气体造成的环境污染问题逐渐影响人们的生活。如何快速有效地检测有毒气体的浓度成为一个重要的研究课题。文章主要通过溶胶凝胶法制备气敏材料，制作气体传感器，针对NO₂、SO₂、NH₃等有毒气体，测试其气敏性能。通过实验与数据分析，对比了几种常用的半导体金属气敏材料WO₃、SnO₂、In₂O₃的气敏性能，以及向材料中掺杂贵金属Au后的气敏性能，总结归纳了贵金属Au对几种气体传感器常用半导体金属气敏材料气敏性能的影响。研究发现，贵金属Au对提高气体传感器灵敏度和缩短响应恢复时间方面有着较为正面的作用。     

改进自适应遗传神经网络在混合气体识别中的应用

BP神经网络和遗传神经网络是混合气体识别中常用的方法,但在实际应用仍然存在一些缺陷与不足。针对存在的问题,提出了1种改进自适应遗传算法,该算法根据进化过程种群中未产生更优解的代数,自适应调整变异率和变异量。利用该改进自适应遗传算法优化BP神经网络的连接权和阈值,构成改进自适应遗传神经网络,并应用于混合气体的识别中。实验结果表明:改进自适应遗传神经网络收敛成功率由40%提高到80%,平均识别误差H₂S由4.66 mL/m³降为3.69 mL/m³,CH₄由17.14 mL/m³降为15.77 mL/m³,CO由4.38 mL/m³降为4.19 mL/m³。     

平面型薄膜热流传感器及其静态特性标定研究

针对用于径向传热测量的热流传感器及其标定方法研究较少的问题,基于一维圆筒壁传热模型,设计并制备了一种具有自标定特征的平面型热电堆式薄膜热流传感器,提出了一种基于激光加热和温度外推原理的传感器静态特性标定方法,建立了有限元仿真模型,开展了传感器温度分布规律分析,设计了静态特性标定装置,完成了相应的标定实验。仿真结果显示,传感器沿径向温度分布符合圆筒壁稳态导热模型。实验结果表明?在40℃ ~ 100℃范围内,所制备的热流传感器塞贝克系数为5.6μＶ/ ℃ ~7.0μＶ/ ℃,数值和变化趋势与标准金铂热电偶接近,所标定的塞贝克系数可直接用于小范围内热流测量,同时在冷端温度已知条件下,该标定结果同样适用于大热流测量,研究结果将对于平面型薄膜热流传感器的制备和标定具有指导意义。     

一种在线优化精准脱硝控制系统设计及应用

某日产6 000 t水泥熟料线原脱硝系统无法满足生产中NO_x排放的环保要求，NO_x排放值无法稳定控制在100 mg/m³以内。此外，原系统氨水用量大，自动化程度低，控制参数波动大，对生产单位环保达标、稳定生产造成严重困扰。对此，进行必要的技术改造，新增硬件，在原有脱硝系统上设计一种具备在线优化能力的精准脱硝控制系统，NO_x排放小时均值稳定控制100 mg/m³以内，标准差<8 mg/m³，吨熟料氨水用量1.8 kg，控制指标及稳定性圆满达到工厂要求。     

基于VO2的超表面双气体传感器设计

针对传统矿用气体传感器易受温度和环境湿度等因素的影响而导致稳定性不高的问题,基于局域表面等离子共振原理和二氧化钒(VO₂)的相变特性,设计了一种基于VO₂的超表面双气体传感器。该传感器结构由上下三层组成,表面由多层金属-介电-金属(MDM)结构组成。根据VO₂的相变特点,通过改变施加的偏置电压,以电阻加热的形式加热金属板,精细控制VO₂的温度,通过改变VO₂的电导率来模拟VO₂的不同状态。当VO₂呈高温金属态时,上三层形成MDM结构,VO₂表现出金属性质,并在1 721.3 nm激发局域表面等离子体共振(LSPR),实现甲烷检测,传感器的吸收率为94.3%,甲烷灵敏度为4.21 nm/%。当VO₂呈低温绝缘态时,下三层形成MDM结构,在2 694.6 nm激发LSPR,实现氢气检测,传感器的吸收率为95.9%,氢气灵敏度为2.10 nm/%。当环境折射率发生变化时,VO₂     

3个[AlB5O7（OH）6]2-簇的电子结构和红外光谱的DFT研究（英文）

采用密度泛函（DFT）方法,在B3LYP/6-311g*基组下,对3个[AlB₅O₇（OH）₆]^2-簇（Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ）的电子结构、稳定性和红外光谱进行了理论研究。结果显示3个簇中优化的键长和键角值与wiberg键级有关。[AlB₅O₇（OH）₆]^2-（Ⅰ）的带宽最大,能量最低,稳定性最高。红外光谱研究显示BO₃、BO₄和AlO₄基团振动频率的大小为BO₃>BO₄>AlO₄,且BO₃基团的振动强度也最大。此外,研究也显示非端基B-O键的振动频率较端基B-O键的振动频率大。     

Ga3O2-和Ga4O3-的结构及稳定性的研究

采用密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法和BP86方法,O原子基于6-311+G（d,p）基组,Ga原子基于Stuttgart基组,对Ga₃O₂^-/0与Ga₄O₃^-/0团簇的各种可能构型进行了几何优化,预测了各团簇的最稳定结构,并研究了Ga₃O₂^-和Ga₄O₃^-最稳定结构的成键特性、振动特性和稳定性。对比B3LYP和BP86计算结果发现得到的异构体的结构和能量顺序相同,且阴离子的基态构型与中性分子的构型相接近,都是平面C_2v型,都存在由2个Ga原子和一个O原子形成的三中心二电子（3c-2e）桥键。两结构中处于端位的"Ga-O"键的Wiberg键级数值较大,分别为0.50、0.55;振动频率分别为713.92、832.76cm-1,在红外谱图上皆对应一明显的强振动峰,表明该"Ga-O"结构单元成键稳定,是决定团簇结构稳定的重要因素。计算得到是Ga₃O₂^-和Ga₄O₃^-基态结构的LUMO与HOMO的能量之差（分别为2.75、2.84eV）,以及电子绝热剥离能（ADE）和电子垂直剥离能（VDE）,都表明两基态结构具有较好的热力学稳定性。     

基于地基微波辐射观测的土壤水分反演算法评估

当前常用的被动微波土壤水分反演算法有水平极化单通道算法、垂直极化单通道算法、双通道算法、微波极化差比值算法和扩展双通道算法,5种反演算法具有不同的差异,对这些反演算法进行系统的评估和分析将有助于反演算法的改进和星载高精度土壤水分产品的发布。为了避免直接采用卫星产品验证时的尺度匹配、空间异质性等问题,基于地基L波段微波辐射观测以及配套的土壤和植被参数测量数据,对这5种反演算法进行了实现、对比和分析,得出以下结论：①单通道算法具有最佳的反演性能,水平极化单通道算法反演结果具有最高的相关性(相关性系数R=0.83),垂直极化单通道算法反演结果具有最小的反演误差(均方根误差RMSE=0.028 m³/m³,偏差BIAS= -0.011 m³/m³),但单通道算法需要精确的植被含水量输入;②其余3种算法能脱离植被辅助数据的使用,性能略差但也能满足星载微波传感器的探测指标要求(小于等于0.04 m³/m³);其中,扩展双通道算法和微波极化差比值算法的土壤水分反演结果比双通道算法略差,但本例中扩展双通道算法在植被含水量反演方面更具优势。     

热管堆动态特性分析与功率控制方法研究

为了实现热管冷却核反应堆系统(简称热管堆)的自动运行控制，对反应堆功率自动控制方法进行研究。以MegaPower热管堆为例，采用集总参数思想进行研究。首先，对热管堆堆芯进行等效处理，并对热管换热器主要参数进行设计、计算。然后，应用点堆模型和热阻网络法建立热管堆系统的动态模型，从而进行反应性扰动和超临界CO₂(SCO₂)流量扰动下热管堆的动态特性仿真与分析。从快速满足负荷需求并保持SCO₂布雷顿循环安全、稳定运行的要求出发，以负荷跟踪和保持换热器出口SCO₂温度恒定为控制目标，设计了以需求功率计算为核心的控制算法。分别对不同扰动作用下负荷跟踪的控制效果进行了仿真试验。试验结果表明，采用所设计的反应堆功率自动控制算法可以显著改善系统的动态性能。     

内蒙古草原叶面积指数时空格局与水热影响

叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是表征植被状况的重要参数,与植被的生长和变化状况密切相关。探究内蒙古草原LAI长时间序列时空格局特征及水热条件对LAI的影响,可为准确掌握内蒙古草原分布与生长状况差异提供数据支撑,对了解内蒙古草原生产能力的空间分布特征具有参考价值。基于2000～2019年GEOV2 LAI产品数据集,结合气温和降水资料,选取变化斜率、变异系数和相关性系数3个指标对内蒙古草原LAI展开分析。结果显示,内蒙古草原LAI由东北向西南递减,多年均值为1.34 m²/m²,在不同草原类型中,荒漠草原(0.28 m²/m²)<典型草原(0.96 m²/m²)<草甸草原(2.27 m²/m²)<草甸(2.60 m²/m²),且与变异系数呈反比,荒漠草原年际间波动最剧烈。近20 a内蒙古草原LAI呈波动中上升趋势(0.02 m     

基于热电效应的热流传感器设计

基于金属的热电效应和热传导原理,经过理论分析计算,设计了一种高量程的热流传感器,并通过机加工艺、焊接工艺及涂敷工艺实现了热流传感器制作.性能测试与数据处理结果表明:该传感器输出信号与热流近似成正比,热流测量范围为0～3 000 kW/m2,测量精度优于±4%FS,耐辐射温度达1700℃.     

链状铜配位聚合物的合成,晶体结构及量子化学计算(英文)

在甲醇水混合溶剂中,以α-吡啶甲酸为配体与氢氧化铜合成了标题配合物[Cu（C₆H₄NO₂）2]_n·2nH₂O。配合物(C₁₂H₁₂CuN₂O₆,分子量为343.79),晶体属三斜晶系,空间群P₁,晶胞参数:a=0.51239（9）nm,b=0.76278（13）nm,c=0.92161（16）nm,α=74.921（3）,β=84.404（3）°,γ=413（2）,V=329.62（10）nm³,Dc=1.732 cm³,Z=1,F（000）=175,μ=1.69mm^-1。最终偏离因子R₁=0.0265,wR₂=0.0711。晶体结构表明:铜原子与2个α-吡啶甲酸4个氧原子,2个氮原子配位,形成六配位的变形四面体结构。本文对该配合物进行了量子化学计算。     

SnO2/MWCNTs/PVP电阻式柔性湿度传感器的制备及其性能研究

柔性湿度传感器在可穿戴式健康监测中发挥重要作用,合理选择柔性传感器的材料和工艺是制备柔性传感器的关键。为实现柔性基底的高性能湿度传感器,通过静电纺丝工艺在带有柔性电极的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的衬底上制备出SnO₂(二氧化锡)/CNT(MWCNTs多壁碳纳米管)/PVP(聚乙烯吡咯烷酮)湿度传感器和CNT/PVP湿度传感器。通过自主设计湿度生成和测试装置,对两种传感器的灵敏度、响应时间等参数进行测试。实验结果表明,两种湿度传感器输出阻值与相对湿度之间呈线性关系,SnO₂/CNT/PVP传感器的灵敏度是CNT/PVP传感器的3.3倍,说明掺杂SnO₂能显著提高SnO₂/CNT/PVP湿度传感器的灵敏度特性。     

2-氨基-3H-吩噁嗪-3-酮的溶剂热法合成、晶体结构及密度泛函理论研究

采用溶剂热法合成了2-氨基-3H-吩噁嗪-3-酮,并通过红外光谱、元素分析、x射线单晶衍射进行了结构表征。结构解析表明,该晶体属于单斜晶系,P2₁/c空间群,晶胞参数为a=1.29322（10）nm,b=0.50832（4）nm,c=1.47609（11）nm,β=99.323（1）°,V=957.52（13） A³,Z=4,Dc=1.472 Mg/m³,F（000）=440,μ=0.10 mm^-1,Mr=212.20,最终偏差因子（对I>2σ（I）的衍射点）R₁[F²>2σ（F²）]=0.037,wR₂（F²）=0.097（对全部衍射点）,权重方案w^-1=1/[σ²（Fo²）+（0.0402P）²+0.2667P],P=（Fo²+2Fc²）/3。该化合物分子由3个共轭环形成几乎共平面的结构。应用密度泛函理论DFT方法,结合6-31*基组优化了几何构型,通过同一水平的振荡分析和单点能分析得出热力学参数、净电荷分布和原子轨道对分子轨道的贡献。