本文设计了一种新型的二维声子晶体结构，采用有限元法和等效模型法进行了深入研究，发现该结构具有良好的低频吸声性能。通过理论推导和仿真计算发现，在21 mm的晶格常数条件下，该结构在0~800 Hz具有完整的四条带隙。第一带隙下限低至40.28 Hz，且具有约为93 Hz的带宽，计算其传声损失后，发现其在低频域内具有良好的隔声效果，最大隔声量可达87.31 dB。对该结构的多个振动模态分析，建立相应的等效模型，并基于等效模型探究了不同因素对带隙频段造成的影响，总结出该新型二维声子晶体的一般性规律。研究结果表明，增大散射体密度和减小基体密度可以增加带宽，增大填充率和对散射体适当进行开孔处理可以改善带隙特性。该研究对于解决低频噪声控制问题具有一定参考意义和工程应用价值。
声子晶体 局域共振 带隙机理 低频降噪 隔声 散射体 phonon crystal local resonance band gap mechanism low frequency noise reduction acoustic insulation scatterer
本文针对低频噪声的控制问题, 设计了一种腔体结构可调的Helmholtz型声子晶体, 该结构内腔由一活动伸缩螺杆连接的隔板分为上下两腔, 并采用弓字形开口通道设计。采用有限元法对该结构的带隙特性与隔声特性进行了分析, 并通过“声力类比”的方法构建了该结构在带隙起始频率与截止频率处的等效模型。研究表明, 该结构在500 Hz以下频段内具有6条带隙, 最低带隙频率可达31.34 Hz, 且在每条带隙频段内都表现出了良好的隔声性能, 最大隔声量可达111.95 dB。最后, 通过调整伸缩螺杆, 改变腔体结构布局, 可将多条共振带隙相连, 不仅可以构成一个较宽的带隙, 而且可以达到调节隔声频段的目的。该设计为改善Helmholtz型声子晶体的隔声性能提供了新的设计思路。
声子晶体 带隙 Helmholtz腔 隔声 低频噪声 腔体可调 phononic crystal bandgap Helmholtz resonator sound insulation low-frequency noise adjustable chamber
1 四川建筑职业技术学院材料工程系, 多组元合金德阳市重点实验室, 德阳 618000
2 西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室, 成都 610031
本文采用化学沉积法制备了纳米-p-CuO/n-T-ZnOw复合催化剂, 讨论了合成体系中聚乙二醇-600(PEG-600)浓度对样品的物相、微观形貌以及光催化活性等的影响。研究结果表明: 在合成体系中PEG-600对CuO纳米颗粒沉积在T-ZnOw表面起着重要的作用, 随着PEG-600浓度的增加, T-ZnOw表面沉积的CuO纳米颗粒越密集; 在紫外光照条件下, 合成的样品对亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)的光催化降解率均明显高于单一T-ZnOw, p型CuO纳米颗粒沉积在n型T-ZnOw表面可以促使光生电子-空穴对发生分离, 有效提高T-ZnOw的光催化活性; 其中合成体系中PEG-600浓度为0.6 mol/L时制得的样品光催化活性最高。该研究可为简便低成本制备高性能纳米-p-CuO/n-T-ZnOw复合半导体催化剂提供参考。
纳米-p-CuO/n-T-ZnOw 复合催化剂 化学沉积法 紫外光照 光催化活性 nano-p-CuO/n-T-ZnOw composite catalyst chemical deposition method UV irradiation PEG-600 PEG-600 photocatalytic activity
1 合肥工业大学化学与化工学院, 安徽 合肥 230009
2 安徽金德润滑科技有限公司, 安徽 蚌埠 233400
3 安徽大学化学化工学院, 安徽 合肥 230601
脂肪酸由于成本低、 相变潜热大、 热稳定性好的特点, 在有机固-液相变材料中应用较多。 对脂肪酸进行热分析一般采用热重法(TG)或差示扫描量热法(DSC)得到材料宏观上的热力学性质, 但难以对其微观结构变化进行深入探讨。 二维红外光谱(2D-IR)在温度扰动的作用下, 样品的光谱信号将随之发生动态变化。 通过数学处理能够发现样品在相变过程中微观结构的变化。 以肉豆蔻酸为例, 采用傅里叶红外光谱仪, 在4 000~400 cm-1和30~100 ℃温度范围内对肉豆蔻酸进行一系列红外光谱实验。 采用二维移动窗口(MW2D)红外光谱技术, 对肉豆蔻酸中的C=O和O—H键进行分析, 发现MW2D测出的肉豆蔻酸熔点与传统的DSC测出的基本一致, 且两种化学键显示的热数据具有良好的一致性和稳定性。 对光谱数据进行2D-IR分析, 结果表明, 由于分辨率的提高, 一维光谱中单一的重叠吸收峰对应着二维光谱中的多个吸收峰, 根据2D-IR的理论知识, 推测可能存在二聚体肉豆蔻酸构型向单聚体肉豆蔻酸构型转变的情况。 从峰强度和温度的变化关系中发现, 升温时C=O键和O—H键存在三个变化过程, 达到相变温度之前, C=O吸收峰强度基本不变, O—H吸收峰强度逐渐下降, 说明O—H键偶极矩的变化比C=O键更易受温度影响; 相变过程中, 两者吸收峰强度都显著减弱且O—H吸收峰强度下降幅度更大; 达到相变温度之后, 可能因O—H形成的分子间氢键, 受热导致由强变弱, O—H上的电子云移向C=O, 导致C=O吸收峰强度增大、 O—H吸收峰强度减小。 同时, 结合密度泛函理论, 对二维红外光谱的推论进行理论验证, 可知存在二聚体肉豆蔻酸向单聚体肉豆蔻酸的转化过程。
肉豆蔻酸 二维红外光谱 密度泛函理论 Myristic acid Two-dimensional infrared spectrum Density functional theory 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2763
1 武汉科技大学 资源与环境工程学院，武汉 430081
2 武汉科技大学，冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，武汉 4300813
以具备阳离子交换性能的Y分子筛颗粒为载体，设计合成了Y分子筛颗粒负载纳米铁材料，用于同步去除水中Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)污染。结果表明：Y分子筛颗粒负载纳米铁后，对Cu(Ⅱ)-Cr(Ⅵ)体系中Cu(Ⅱ)的吸附量由46.6 mg/g提升至67.6 mg/g，并具备去除Cr(Ⅵ)的能力(13.2 mg/g)。溶液中共存的Cu(Ⅱ)会显著促进负载材料对Cr(Ⅵ)的去除。负载材料对Cu(Ⅱ)的去除机理包括Y分子筛的阳离子交换作用和零价铁的还原作用，Cr(Ⅵ)的去除主要归结于零价铁的还原作用，同时Cu(Ⅱ)的还原产物可促进负载材料对Cr(Ⅵ)的去除。
分子筛 纳米铁 吸附 阳离子交换 金属离子 molecular sieve nano iron adsorption cation exchange metal ion
1 空军工程大学基础部，西安 710051
2 空军工程大学航空工程学院，西安 710038
为了解决飞机舱室中的低频噪声问题，本文设计了一种双迷宫型通道的Helmholtz周期结构。迷宫型开口通道的设计能够大大增加Helmholtz腔开口通道的长度，有效降低低频带隙下限，双通道的设计能够增加声子晶体局域共振的区域，可以增加低频带隙数目。本文采用有限元法(FEM)得到了该结构在0~500 Hz频率范围内的能带结构及隔声特性，经过深入研究发现，该Helmholtz 周期结构在0~500 Hz范围内存在多个低频带隙，且在低频范围内表现出较好的隔声特性。为了揭示其带隙产生机理，本文通过声-电类比方法建立了该结构的等效电路模型，并通过有限元法和等效电路模型，对低频带隙影响因素进行了详细分析。结果表明，增加开口通道的长度能够降低带隙起始频率，较小的晶格常数有利于拓宽带隙宽度。本文的研究进一步探索了声子晶体结构设计对带隙的影响，为解决飞机舱室的低频降噪问题提供了新方法。
声子晶体 带隙 Helmholtz腔 隔声特性 有限元法 声-电类比 低频 飞机舱室 phononic crystal band gap Helmholtz resonator sound insulation characteristic finite element method electro-acoustic analogy low-frequency aircraft cabin
河北工业大学电子信息工程学院, 天津 300401
堆栈沙漏网络(SHN)是人体姿态估计中的代表性研究成果,但该网络忽略了关节局部信息。因此,提出了一种基于改进沙漏网络的人体姿态估计模型。首先,利用多个残差模块及步长为2的卷积层获取低层次到高层次的特征,同时随着网络层数的加深,相应调整残差模块的数目和通道数,以突出局部细节特征信息。然后,为了提取遮挡部位的纹理和形状等局部特征,融合了在线困难关键点挖掘模块。最后,采用反卷积最大化恢复原始的局部特征。实验结果表明,本模型在COCO数据集上的平均精度达到了74.6%,**数量为1.5×10 7,比叠加8个SHN(8-SNH)的平均精度高5.1个百分点,且其**数量仅为8-SNH的1/3。
机器视觉 人体姿态估计 堆栈沙漏网络 残差模块 在线困难关键点挖掘 激光与光电子学进展
2021, 58(20): 2015004
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
环氧复制法利用环氧树脂将抛光母模的高精度表面复制至镜坯，这是一种高效率低成本制备光学反射镜的方法。由于树脂的材料特性，复制面形精度随着反射镜口径的增大而迅速降低，并且在脱模后没有有效的面形精修方法。本文首先利用有限元分析方法仿真了环氧复制过程，提出了一种针对母模的优化设计方法，提高了环氧复制法的精度。然后研制了一种具有多层结构的金属薄膜，利用磁流变修形技术将复制后的薄膜表面加工至更高的面形精度。最后利用环氧复制法分别在5 天和10 天内制备了Φ180 mm 抛物面反射镜和Φ500 mm 平面反射镜，面形RMS 均小于20 nm，表面粗糙度Rq 均为0.6 nm。
环氧复制 反射镜 面形 光学加工 epoxy replication mirror surface figure optical fabrication
1 中国地震局地震预测研究所, 北京 100036
4 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室, 北京 100029
5 5. School of Earth Sciences, University of Bristol, Bristol BS81RJ, United Kingdom
6 中国工程物理研究院核物理与化学研究所, 四川 绵阳 621999
碳酸盐是碳在地球内部的重要载体之一, 其在地幔高温高压条件下的晶体化学是理解地球深部碳的赋存状态和循环过程的关键, 而结构稳定性和相变是晶体化学最基本的研究内容。 碳酸钠(Na2CO3)是一种常见的碱性碳酸盐矿物, 在产自地幔过渡带-下地幔的金刚石中已发现含钠的碳酸盐矿物包裹体, 这成为碳酸钠能够俯冲进入地幔深部的直接矿物学证据。 前人利用拉曼光谱技术研究了Na2CO3在常温常压下的晶格振动模式, 但其在高压下的稳定性和结构变化却鲜有报道。 利用金刚石压腔装置结合先进的共聚焦拉曼光谱技术, 以硅油作为传压介质, 在准静水压力条件下, 在0.001~27.53 GPa压力区间对Na2CO3粉末在600~1 200 cm-1波段的振动特征进行了细致地分析。 本次实验重点分析了[CO3]2-基团振动模式在升压和卸压过程中的行为。 结果表明, 在0.001~11.88 GPa压力范围内, [CO3]2-基团对称伸缩振动γ1(1 088.06和1 070.76 cm-1)、 反对称伸缩振动γ3(865.10和797.50 cm-1)和面内弯曲振动γ4(720.10和696.71 cm-1)都出现了振动峰的分裂。 随着压力增加, 所有振动峰都向高频率漂移, 半高宽也逐渐增加。 在13.40 GPa时, Na2CO3发生结构相变, 具体表现为690.08 cm-1处出现1条新的拉曼峰, 并且随着压力升高该峰的强度逐渐增大。 同时反对称伸缩振动峰γ3以及面内弯曲振动峰γ4的强度持续减弱, 半高宽也继续变大。 这些现象表明Na2CO3结构相变源于[CO3]2-内部晶格变化。 当压力卸载到4.18 GPa时, [CO3]2-的振动模式与常温常压下的完全吻合, 相变出现的新峰也已经消失, 表明该相变是由[CO3]2-基团畸变引起的并且具有可逆性。 继续升压至27.53 GPa, 拉曼光谱继续蓝移, Na2CO3的拉曼谱线再没有变化, 说明高压相在这一压强范围内保持稳定。 在整个加压过程中, 反对称伸缩振动γ3和面内弯曲振动γ4处的拉曼峰出现强度减弱现象。 同时也计算了各个峰频率对压力的依赖系数dγ/dP, 结果显示[CO3]2-基团内各个振动模式对压力的响应是不同的, 这很可能与C—O键的键长有关。 最后, 对比发现, 对称伸缩振动γ1峰的强度比反对称伸缩振动γ3和面内弯曲振动γ4峰的强度大, 并且[CO3]2-基团对称伸缩振动γ1受压力影响相对较小, 可以用来区别不同种类的碳酸盐矿物。
碳酸钠 拉曼散射 高压 相变 Sodium carbonate Raman scattering High pressure Phase transition 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2087
