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材料与物理学院煤基燃料电池团队在高温电解及CO2资源化方面取得研究进展
固体氧化物电解池(SOEC)是固体氧化物燃料电池(SOFC)的逆过程,图一所示,SOEC通过电解H2O产生氢气,通过电解CO2减少CO2排放,并对H2O/CO2进行共电解以产生用于化工生产的H2/CO合成气。其产品可应用于炼钢、化工、农业、航空航天和医疗等众多领域。
中国矿业大学 2022-06-01
量子金属态的证实
量子材料与量子相变是本世纪凝聚态物理与材料领域的研究热点。量子相变与传统的热力学相变不同,是在绝对零度下调节非热力学参量而发生的相变,相变点附近量子涨落而非热涨落起了重要作用。作为量子相变的经典范例,二维超导-绝缘体相变以及超导-金属相变研究获得了2015年美国凝聚态物理最高奖巴克利奖。在量子相变过程中,除超导基态和绝缘基态外,量子金属态是否存在于二维超导体系一直是理论与实验上争论的焦点(Rev. Mod. Phys.91, 11002 (2019))。根据安德森标度理论,由于量子干涉效应以及相位相干长度在零温下发散的特性,载流子在趋于绝对零度时会表现出局域化效应,因此理论上不存在二维量子金属基态。尽管实验上在各种二维电子体系发现了量子金属态的可能迹象,但受低临界温度的制约以及外界高频噪声的影响(Science Advances 5, 3826 (2019)),二维量子金属态的存在与否仍存在着巨大争议,是近三十年来国际学术界一直悬而未决的重要物理问题。 最近,北京大学物理学院量子材料中心王健教授、博雅博士后刘易与合作者在高温超导纳米多孔薄膜中首次完全证实了量子金属态的存在。通过调节反应离子刻蚀的时间,研究团队在高温超导钇钡铜氧(YBCO)多孔薄膜中实现了超导-量子金属-绝缘体相变。量子金属态存在的直接证据是体系的电阻随着温度降低表现出饱和特性,在高温超导体YBCO薄膜中,该电阻饱和温度高达5K,这一温度相比于传统超导体系提高了1-2个数量级,大大提升了量子金属态的稳定性和实验结果的可信度。通过高频滤波器极低温对照实验表明,是否添加滤波器对体系的电阻在低温下的饱和规律没有明显的作用,有效地排除了外界高频噪声对实验的影响,为量子金属态的存在提供了可靠的实验证据。实验还揭示了量子金属态的霍尔电阻为零欧姆,意味着量子金属态具有与超导体类似的粒子空穴对称性(particle-hole symmetry)。 此外,实验表明量子金属态在低温下满足欧姆定律且具有巨磁阻效应,这些发现也与理论上对量子金属态的预期吻合。 研究团队通过系统的极低温电输运测试发现,超导,金属与绝缘这三个量子基态都有与库珀电子对相关的h/2e周期的超导量子磁通振荡,这表明量子金属态与传统金属不同,是玻色金属态,揭示了库珀对玻色子对量子金属态的形成起到了主导作用。(注:传统金属中导电是电子,也即费米子)实验发现,对于超导态的样品,量子振荡振幅随温度的降低迅速增加而发散; 对于绝缘态的样品,振幅随温度的降低先迅速增加然后在低温下衰减; 而对于量子金属态的样品,振幅随温度的降低先迅速增加然后在低温下饱和。进一步分析揭示出振荡振幅饱和对应于相位相干长度饱和,是量子金属形成的一种可能机制。有意思的是通过调控正常态电阻仅两个数量级,量子振荡振幅从超导态样品到最绝缘的样品变化了九个数量级,这意味着多孔高温超导体系具备很好的相位相干调控性。 该工作于2019年11月14日在线发表于学术期刊《Science》上。(DOI: 10.1126/science.aax5798;https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/13/science.aax5798)。北京大学王健教授、布朗大学James M. Valles Jr 教授、电子科技大学熊杰教授是本文的共同通讯作者,电子科技大学博士生杨超和北京大学博士后刘易为文章共同第一作者,北京大学为第一通讯作者单位。这一工作的主要合作者还包括布朗大学Jimmy Xu教授,北京大学林熙研究员,北京师范大学刘海文研究员,清华大学姚宏教授,电子科技大学李言荣院士等。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费、量子物质科学协同创新中心、中科院卓越创新中心、低维物理国家重点实验室开放基金、北京市自然科学基金、北京市交叉科学与技术基金、博士后科学基金等支持。 二维高温超导体系中量子玻色金属态的证实是王健研究组与合作者继量子格里菲斯奇异性发现以来(Science 350, 509 (2015)); Nature Communications 10, 3633 (2019)),在二维超导量子相变领域的又一重要突破。该工作为国际上争论了三十多年的量子金属态的存在提供了有力的证据,并为研究量子金属态提供了新思路。该工作也得到了美国科学院院士斯坦福大学Steven A. Kivelson教授的高度评价,评论文章发表在Journal Club for Condensed Matter Physics(凝聚态物理期刊俱乐部)上。Kivelson教授指出:“这一工作对量子材料的理解具有基础性的重要意义”。图一, 钇钡铜氧(YBCO)纳米多孔薄膜中的超导-量子金属-绝缘体量子相变。(A)用多孔氧化铝(AAO)模板蚀刻法制备YBCO纳米多孔薄膜的工艺示意图。(B) YBCO纳米多孔薄膜扫描电镜(SEM)图像。(C) YBCO纳米多孔薄膜的几何结构示意图。(D)不同刻蚀时间下YBCO纳米多孔薄膜的电阻对温度的依赖关系。超导态(SC)、反常金属态(AM1)、过渡态(TS)和绝缘态(INS)四种典型薄膜的电阻温度曲线用黑色表示。图二,量子金属态证据。(A)量子金属态薄膜和超导薄膜的输运曲线。其中低温下电阻的饱和行为为量子金属态的特征。(B) 量子金属态薄膜极低温输运曲线。是否采用高频滤波器并不改变量子金属态饱和电阻的特征。插图: 量子金属态薄膜的I-V曲线,符合欧姆定律,亦为量子金属态的证据。(C)典型量子金属态薄膜的霍尔电阻和纵向电阻随温度的变化图。霍尔电阻(Rxy)在低温下趋于零,而纵向电阻不为零,表现出量子金属态的特征。插图: 量子金属态薄膜不同温度下的霍尔电阻(Rxy)。(D) 量子金属态薄膜的巨磁阻效应,与理论上对量子金属态的预期相符。图三,库柏对在量子相变过程中的相干性衍变 (A)超导态、(B) 量子金属态、(C)绝缘态的磁导振荡图。 (D) 不同温度下,所有YBCO薄膜的磁导振荡的振幅。对于量子金属态薄膜,磁导振荡的振幅随温度的降低在5 K左右而饱和。而超导态薄膜磁导振荡的振幅在低温下发散,绝缘态薄膜磁导振荡的振幅随着温度降低先增加后减小。(E) 通过相位相干的近似模型,计算得到量子金属态的相位相干长度在低温下饱和。揭示了量子金属形成的一种可能机制。
北京大学 2021-04-11
华中科技大学真空物理系统(定制)采购项目竞争性磋商公告
华中科技大学真空物理系统(定制)采购项目竞争性磋商
华中科技大学 2022-05-27
信息物理融合的CVT群体计量误差评估模型 实现CVT个体计量误差状态的在线评估
电容式电压互感器(CVT)给电能表提供电压信号,其测量误差直接影响电能计量的准确性。CVT在110kV及以上变电站中得到了广泛应用,然而CVT长期运行后易出现误差异常。为了跟踪CVT的计量误差状态变化,一般采用基于标准器比对的定期停电检定法,但由于变电站停电困难等原因, CVT往往无法按期检定,导致长期运行准确性难以得到保证。
南方科技大学 2021-04-14
化学和物理双重交联的高强度甲壳素凝胶系材料及其制备方法
本发明公开了一种基于化学和物理双重交联的高强度双交联甲壳素凝胶系材料及其制备方法。该方 法在低于甲壳素溶液的凝胶化温度下加入交联剂进行部分化学交联,然后将部分化学交联的甲壳素凝胶 浸入非溶剂中进行物理交联,水洗后得到双交联甲壳素水凝胶;将双交联甲壳素水凝胶中的水置换为有 机液体得到甲壳素有机凝胶,双交联甲壳素水凝胶或有机凝胶经过干燥得到双交联甲壳素气凝胶;将双 交联甲壳素水凝胶或气凝胶热压制备双交联甲壳素生物塑料。本发明制备的双交联甲壳素凝胶材料具有 优良的力学性能、低密度和高比表面积等优点,并且容
武汉大学 2021-04-14
5G/B5G大规模MIMO场景中的物理层信息安全技术。
大规模MIMO是一类搭载大量天线阵列,支持对天线单元幅值与相位的精准控制,可以将无线信号能量汇集到特定方向上的5G/B5G关键通信技术。在大规模MIMO场景中,通信节点本来不容易受到非法窃听者的攻击。然而,一种新型的视距攻击能够利用视距通信系统中的信道相关性,在用户的通信链路上对信息进行窃取。王锐课题组设计了一种基于用户协作的通信安全方案,通过对窃听区域的预测,优先选择安全系数高的用户作为信息中转点,禁止窃听区域附近的用户进行传输,从而有效地对抗视距攻击。 相比现有的大规模MIMO场
南方科技大学 2021-04-14
华中师范大学粒子物理实验团队在双粲重子研究中取得新进展
近日,我校物理科学与技术学院LHCb实验团队开展的双粲重子研究取得新进展,对2017年发现的双粲重子的寿命进行了首次测量,并发现了该粒子的一种新衰变模式。
华中师范大学 2021-02-01
信息物理融合的CVT群体计量误差评估模型实现CVT个体计量误差状态的在线评估
以IEEE Fellow A.G.Phadk为代表研究了CVT预检定在线评估方法,首先对站内部分CVT进行停电检定,再通过对变电站的精确建模求取其他CVT的计量误差。其缺陷在于未能完全脱离停电检定,且由于停电评估的时效性有限,无法实现CVT计量误差状态的长期动态跟踪。因此,在完全无需标准器的条件下,实现CVT计量误差状态在线评估,是计量领域的国际性难题。程然课题组通过与华中科技大学教授李红斌团队合作,通过测量学科与信息学科的交叉与融合,首次将计算智能优化的思想用于解决物理设备测量误差状态评估问题。
南方科技大学 2021-04-14
凝聚科技创新磅礴力量 昂首奋进新时代新征程
10月22日,中国共产党第二十次全国代表大会胜利闭幕。在全党全国各族人民迈上全面建设社会主义现代化国家新征程、向第二个百年奋斗目标进军的关键时刻,党的二十大进一步指明了党和国家事业的前进方向,是未来5年及更长时期内我们党带领人民团结奋斗的重要遵循。
科技日报 2022-10-24
多场耦合能质传递强化及调控理论与方法
能源、环境及化工等领域广泛存在具有相变和反应的能质传递和转化问题, 具有多区域、多场、传递与转化等相互耦合的特点,是影响装备性能的关键热物 理问题,对提升性能至关重要。本项目针对上述领域中共性的多场耦合能质传递 机理反其强化和调控方法的前沿科学问题开展研究工作,取得了系列原创性研究 成果。主要发现点有: 一、 分区耦合多相传递可视化实验方法及其机理与特性:创新了滞止流和通 流槽道内逸出速率及位点可控的液滴和气泡动力学行为、变孔隙率网络流道及其 与外部流场耦合的两相流动、毛细阻力可调的多孔层内相变传热及含反应边界的 两相流及传递等可视化实验方法。获得了逸出液滴聚合衰减震荡机理及规律;发 现了微孔逸出气泡脱离后涌入和界面震荡现象;揭示了具有壁面逸出气泡的槽道 内两相流规律;阐明了具有微孔层和结构缺陷的气体扩散层内两相分布特征;厘 清了反向式毛细蒸发器多孔层内相分布规律反其对相变传热的影响机理;揭示了 燃料电池内两相流动和传输以及电化学反应的相互作用规律,获得了流道水淹与 压降之间的定量关系及膜电极表面温度分布特性。 二、 多元多相分区耦合能质传递及转化理论模型:建立了多场耦合固体基质 表面细胞吸附成膜理论模型,揭示了生物膜结构与能质传递及产氢/产电性能的 相互关系;建立了含生化反应的多孔填料床内多相能质传递的毛细管模型和多相 混合模型,阐明了流动和传输与生化反应的耦合特性,为固定化细胞生物反应器 性能预测提供了方法;建立了毛细结构材料内分区耦合相变传热理论模型,为反 向式毛细蒸发器和微槽膜状凝结换热提供了理论计算方法;提出燃料电池两相传 输三维孔隙网络模型和气体有效扩散系数的分形模型,首次利用V0F方法模拟 了边壁具有逸出液滴的燃料电池流道内细观两相流行为,揭示了多孔扩散层与流 场板流道内两相流的耦合关系以及流道结构和工况参数对两相流特性的影响规 律。 三、多场耦合能质传递强化及调控方法:基于分区耦合强化传热思想,提出 了三维肋表面和螺旋扭带组合强化传热新方法;通过分区流动和传递强化与调控, 发展了三维柱状阵列结构阳极微流体燃料电池,显著提升了电池性能;利用石墨 烯表面修饰,实现了多孔电极内微生物产电菌电子转移速率和活性生物量调控和 强化;创新性利用流场/浓度场/温度场/光场的强化和调控,结合表面修饰和弥 散光导体技术,实现微生物生化转化全过程强化;提出了通过外接电阻控制阳极 电势诱导和调控生物膜结构,强化了质子传输,大幅提升了微生物燃料电池性能。
重庆大学 2021-04-11
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