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关于远红外表面声子极化激元探测的研究进展
声子极化激元是极性材料中晶格振动与光场之间的强耦合，有望应用在低损耗纳米光学元器件中。相关的理论研究由黄昆先生于上世纪五十年代提出，目前已经较为成熟。但是实验测量表面声子极化激元直到近年才有较大的进展，主要是因为表面声子极化激元的测量同时需要高的空间分辨率和能量分辨率。目前测量表面声子极化激元的主要方法为近场光学方法（s-SNOM），该方法可以在中红外和太赫兹区间对声子极化激元进行很好的探测。但在远红外区间，由于目前缺少合适的远红外激光光源和探测器，相关材料体系的表面声子极化激元的研究受到很大限制。 近日，北京大学物理学院2016级本科生亓瑞时和王任飞利用扫描透射电子显微镜的电子能量损失谱，对ZnO纳米结构中的远红外表面声子极化激元进行了细致的探测。通过在纳米尺度上测量纳米线、纳米片不同空间位置的电子能量损失，探究了表面声子极化激元的性质，得到了表面声子极化激元的色散关系，并研究了其尺寸效应、几何效应等。图1. 左：利用电子束激发和探测纳米线表面声子极化激元。右：测量得到的色散关系。 利用电子显微镜中的电子束来激发和探测声子极化激元具有很多的优点，包括（1）电子显微镜方法具有亚埃的空间分辨率；（2）电子激发具有更高的效率（电子与材料相互作用的散射截面更大）；（3）电子能激发一些非光学活性的模式；（4）电子能量损失谱能得到高q（波矢）值下的信息；（5）电子能量损失谱具有很宽的激发、测量窗口，原则上可以测量从meV量级的振动谱信号至keV量级的芯电子激发谱信号。因此，电子能量损失谱有望极大地推动包括表面声子极化激元在内的相关实验研究。 该工作于2019年7月19日在线发表于学术期刊Nano Letters（DOI:10.1021/acs.nanolett.9b01350），第一作者为北京大学物理学院2016级本科生亓瑞时、王任飞，指导老师为量子材料科学中心和电子显微镜实验室的高鹏研究员。该项研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、量子物质科学协同创新中心等基金的支持。 论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b01350
北京大学
2021-04-11
一种基于子结构的复合材料弹性参数识别方法
本发明提供了一种基于子结构的复合材料弹性参数识别方法，建立复合材料子结构有限元模型，根据子结构理论对复合材料子结构模型进行动力学缩聚；缩聚后子结构特征矩阵装配到残余结构上，计算得到复合材料全模型模态信息；提取全模型模态数据，计算模态频率对残余结构弹性参数的相对灵敏度；将试验和有限元模拟的模态频率残差的二范数作为目标函数，利用迭代优化算法最小化目标函数。本发明通过考虑了子结构的复合材料建模，将模型待识别部分定义为残余结构，通过全模型模态频率对残余结构弹性参数的相对灵敏度分析和模态振型匹配，采用优化迭代算法识别复合材料待识别参数，节省计算资源，提高计算效率，具有十分重要的工程意义。
东南大学
2021-04-11
针对第二陈数保护的手征Majorana费米子态的研究
当系统处于FFLO类型的超导配对时，在超导的涡旋线激发中出现手征无能隙马约拉纳态，且进一步表明，该手征特性的马约拉纳模不能由在二维空间定义的第一陈数保护。在原本的三维真实空间上，以超导相位作为参数空间，引入人工维度，进而研究由真实空间加人工维度形成的人造四维空间拓扑特性。他们计算发现在该四维空间中，系统的第二陈数非零，且提供了对前述涡旋线中手征马约拉纳态的拓扑保护。这个结论存在一系列非平凡推论，其中最有趣的是当考虑涡旋环结构时，该手征马约拉纳态可满足3-loop型的3D非阿贝尔统计。这对于研究高维空间的非阿贝尔统计性质以及新型拓扑物态提供了实际物理平台。
北京大学
2021-04-11
一种基于逆向子结构的有限元模型修正方法
本发明公开了一种基于逆向子结构的有限元模型修正方法。该 方法包括以下步骤：首先，测量实际工程结构的试验模态，建立整体 结构的试验模态；通过独立子结构试验模态参数和整体结构试验模态 参数之间的关系，将整体结构的试验模态分解为独立子结构的试验模 态；然后，基于独立子结构的试验模态建立目标函数，调整独立子结 构参数，使目标函数最小化，获取子结构最优结构参数，根据所述最 优结构参数修正独立子结构有限元模型；最后，根据结构损伤前后有 限元模型结构参数的变化完成结构损伤识别。本发明通过修正独立子 结构模型，避免
华中科技大学
2021-04-14
磁-电耦合复合材料与磁探测新方法
在过去的二十年里，磁电材料因其在磁传感器、能量回收器、微机电系统、可调微波器件等工程领域的应用潜力，一直以来得到了研究者的广泛关注。为了实现强的磁电耦合，北京大学工学院的研究者们利用不同的压电和压磁材料制备了诸如0-3型、3-1型、2-2型和2-1型的磁电复合材料。 北京大学工学院实验室通过激光处理压磁材料FeBSi合金(Metglas)，提出了1-1型的磁电复合结构。实验测试得出：1-1型磁电材料具有超高的磁电系数（超过7000 V/cm Oe），相比于现有结果提高了接近7倍。当被测磁场频率为复合材料的谐振频率时，在室温条件下测到了1.35×〖10〗^(-13)Tesla的微弱磁场，这是块体磁电复合材料领域的重要突破。该研究还发现，激光快速退火处理可以显著降低压磁材料在谐振频率点的交流损耗，从而提高1-1型磁电结构的机械品质因子。此外，1维（1D）的结构也有利于降低退磁因子，并增强磁通聚集效应。
北京大学
2021-02-01
基于PCB线圈的磁耦合谐振式无线输电系统
该成果采用PCB线圈组成的磁耦合谐振式无线电能传输系统可实现中短距离无线供电，该系统的创新在于采用PCB线圈替代传统的线绕线圈，铜线绕制的线圈容易变形而引起参数变化，对系统完全保持一致的谐振频率增加了难度而PCB 板生产出来的线圈参数几乎能完全保持一致，因此有利于保持系统的谐振频率一致。
电子科技大学
2021-04-10
磁- 电耦合复合材料与磁探测新方法
项目简介 在过去的二十年里，磁电材料因其在磁传感器、能量回收器、微机电系统、可调微波器件等工程领域的应用潜力，一直以来得到了研究者的广泛关注。为了实现强的磁电耦合，北京大学工学院的研究者们利用不同的压电和压磁材料制备了诸如0-3 型、3-1 型、2-2 型和2-1型的磁电复合材料。北京大学工学院实验室通过激光处理压磁材料FeBSi 合金 (Metglas)，提出了1-1 型的磁电复合结构。实验测试得出：1-1 型磁电材料具有超高的磁电系数（超过7000 V/cm Oe），相比于现有结果提高了接近7 倍。当被测磁场频率为复合材料的谐振频率时，在室温条件下测到了1.35×〖10〗^(-13)Tesla 的微弱磁场，这是块体磁电复合材料领域的重要突破。该研究还发现，激光快速退火处理可以显著降低压磁材料在谐振频率点的交流损耗，从而提高1-1 型磁电结构的机械品质因子。此外，1 维（1D）的结构也有利于降低退磁因子，并增强磁通聚集效应。应用范围基于磁电耦合效应，该项研究课题组首次提出了磁电磁通门的结构设计，旨在对微弱直流磁场进行探测。这个磁电磁通门具有梭形结构，对于1nT 的直流磁场输入，磁电磁通门输出信号的相对变化相比现有的结果提高了4-5 倍，为磁异常探测在导航、医学诊断等领域的应用创造了可能。项目阶段本课题组同内窥镜团队合作，发展了基于磁电耦合原理的磁电传感器阵列和磁成像系统，研制了国内首台磁电磁成像样机。该样机核心组成部分由56 路磁电传感器、驱动电路、信号采集与处理、磁成像显示等构成。该磁成像系统不仅能够检测磁性金属物的存在，而且还能准确判断其位置、姿态，定位偏差纵向在1.2cm 以内，横向偏差在0.5cm 以内。另外，通过对金属棒扫描和采集信号的微分处理，还可以判断金属棒的长、径比值。该项研究提出的磁成像系统在安检、医学上人体内磁性药囊实时监测方面具有较大应用价值。知识产权已申请相关专利。合作方式 技术转让、合作开发。
北京大学
2021-04-11
复杂岩体多场广义耦合理论及工程应用
本研究成果包括岩体初始地应力场计算仿真、岩体参数选取及反分析、岩体多场耦合机理及多场耦合数值模拟、复杂岩体开挖与锚固支护计算仿真、施工爆破效应计算仿真等诸多方面,形成了较为独特的岩体多场广义耦合分析的科学研究体系
武汉大学
2021-04-10
基于耦合电感的两相交错并联变换器
（专利号：ZL 201410168888.X） 简介：本发明公开了一种基于耦合电感的两相交错并联变换器的拓扑结构，属于电力电子技术领域，它包括直流输入源，两个功率开关管，两个带有两个绕组的耦合电感，三个单向整流二极管，一个输出二极管，一个箝位电容，两个中间储能电容，一个输出滤波电容。本发明具有较高的升压能力，能够实现更高升压比的输出，功率开关管和二极管的峰值电压应力也有所降低，同时利用耦合电感的漏感实现功率开关管的零电流开通和二极管的关断，这样整个变换电路的转换效率得到了提高，并采用两相交错并联的控制方式降低输入电流纹波。
安徽工业大学
2021-04-11
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