1 中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室，北京 100190
2 中国科学院力学研究所空天飞行高温气动国家重点实验室，北京 100190
3 中国科学院大学工程科学学院，北京 100049
高速气流作用下激光辐照结构诱导的热-力响应相似关系，因涉及多物理场之间的强耦合而非常复杂。笔者采用近似等效方法，将切向气流的作用等效为金属平板结构的力载荷和热载荷边界条件，建立了该耦合问题的无量纲控制方程，并结合主控因素分析，推导出了适用于高速气流与激光联合作用下的金属平板热-力响应特性的相似关系与尺度律。采用高速气流下强激光辐照金属平板的流-热-固多场耦合数值算例对该尺度律进行考核验证，结果表明：不同缩比率及不同马赫数条件下，满足该相似关系的缩比模型与原模型之间的热-力响应误差均在1%之内。本研究为高速气流条件下激光辐照缩比模型近似等效试验的开展奠定了理论基础。
激光技术 尺度律 方程分析法 金属平板 多场耦合 热-力响应 中国激光
2024, 51(12): 1202103
华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心, 湖北武汉 430223
冷原子重力梯度仪利用原子的量子态叠加特性和物质波干涉特性测量绝对重力梯度信息, 具有高精度、低漂移、自校准等特性, 在深地/深海资源开发、地质灾害预警预防、战场环境建设与作战保障、地球科学研究等领域均具有重大潜在应用价值。简要描述了冷原子重力梯度仪的工作原理及实现方案; 综述了冷原子重力梯度仪的技术优势及国内外研究现状; 分析了冷原子重力梯度仪当前面临的痛点、难点问题, 并对部分问题提出了解决方案, 总结了冷原子重力梯度仪的发展趋势。
重力梯度 冷原子 冷原子重力梯度仪 全张量重力梯度仪 资源勘探 gravity gradient cold atom cold-atom gravity gradiometer full tensor gravity gradiometer resource exploration
1 中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学工程科学学院，北京 100049
3 中国科学院力学研究所空天飞行高温气动国家重点实验室，北京 100190
建立了一种适用于强激光辐照面的高温原位观测方法，并开展了高速风洞内的激光辐照实验，获得了典型金属材料与复合材料在超声速切向气流条件下的瞬态烧蚀与破坏行为；此外，基于Horn-Schunck光流法分析了各典型材料的烧蚀特征与质点的运动速度，基于粒子图像测速法并结合复合材料铺层结构特征获得了瞬时烧蚀速度。研究结果表明，各材料的动态烧蚀行为有很大差异：在切向气流作用下，熔融态钛合金的流动模式从燕尾状转变为羽翼状，而镍基高温合金则呈雨滴状流动。基于Kelvin-Helmholtz机制分析了切向气流作用下不同金属材料击穿时间存在差异的原因。超高温陶瓷复合材料的热化学烧蚀和机械剥蚀特征与编织结构类型密切相关，并且高激光功率密度条件下的抗激光烧蚀性能与碳纤维含量成正比。
激光技术 激光破坏效应 原位观测技术 瞬态烧蚀形貌 超声速切向气流 光流法 中国激光
2023, 50(16): 1602201
1 河北工业大学 材料科学与工程学院，天津 300401
2 吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室，吉林 长春 130012
金属卤化物钙钛矿太阳能电池已经能够实现25.7%的认证光电转化效率，接近于晶硅太阳能电池26.7%的最高认证效率。众所周知，ABX3钙钛矿材料的晶体结构组分工程在实现高效和稳定的器件方面发挥着关键作用，尤其是近几年受到研究人员广泛关注的X位卤素阴离子组分工程。最近，研究人员在引入赝卤素阴离子作为钙钛矿晶体的掺杂组分、前驱体添加剂、薄膜后处理材料、电荷传输材料、界面钝化剂以及改性剂等方面开展了多项研究工作，结果证明赝卤素离子修饰是提高器件效率和稳定性的重要策略。本综述详细对比和总结了目前可用于钙钛矿太阳能电池的多种类型的赝卤素离子，并对其影响钙钛矿晶体薄膜形貌、光电特性、载流子迁移特性和器件光伏特性及稳定性等方面的深入机理和作用本质进行了深入总结。同时，本文还对目前尚未被探索开发的赝卤素离子进行了展望和分析，以期在未来研究中能有效促进钙钛矿太阳能电池光伏特性的提升。
赝卤素离子 组分工程 钙钛矿太阳能电池 缺陷钝化 pseudo-halide ions component engineering perovskite solar cells defect passivation
1 中国科学院 力学研究所 流固耦合系统力学重点实验室，北京 100190
2 中国科学院 力学研究所 空天飞行高温气动国家重点实验室，北京 100190
3 中国科学院大学 工程科学学院，北京 100049
4 上海宇航系统工程研究所，上海 201109
为了明确高速气流对C/SiC复合材料激光烧蚀行为的影响机制，开展了不同环境下强激光对C/SiC复合材料的烧蚀对比实验研究。利用激光器与高速风洞联合实验平台，完成了静态以及Ma 1.8，Ma 3.0，Ma 6.0气流环境下2D与3DN C/SiC复合材料激光烧蚀实验。结果表明，与静态环境相比，高速气流对C/SiC复合材料的激光烧蚀行为产生了显著的影响，气流的冲刷使得烧蚀坑呈现出更宽、更深、更光滑的变化趋势。随着气流速度的增长，线烧蚀速率与质量烧蚀速率逐渐增大，主要原因为当地静压降低引起的升华速率增大，以及动压增大引起的剥蚀速率增大。此外，通过实验对比了不同构型对C/SiC激光烧蚀行为的影响。结果表明：2D C/SiC复合材料由于厚度方向更低的导热能力、更低的孔隙率等原因，其在不同环境条件下抗烧蚀能力均强于3DN C/SiC复合材料。
C/SiC复合材料 激光辐照 高速气流 烧蚀行为 C/SiC composite laser irradiation high-speed airflow ablation behaviors 强激光与粒子束
2023, 35(5): 051002
1 河北工业大学 材料科学与工程学院，天津 300130
2 吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室，吉林 长春 130012
基于卤化铅的钙钛矿材料因其优良的光电性能和可溶液加工特性，近年来受到光伏及光电领域研究人员的广泛关注。然而，铅（Pb）基钙钛矿材料因其毒性和不稳定性使其无法在商业领域大规模普及应用。开发非铅钙钛矿光吸收材料能够有效降低其环境毒性，是未来新一代光伏技术发展的主要趋势。本文综述了非铅钙钛矿光电材料目前的最新研究进展，系统讨论了其晶体结构、理化性质、光伏特性及其场景应用。我们重点综述了结构相似于卤化铅钙钛矿的三维非铅钙钛矿化合物的研究进展，同时还探讨了二维Ruddlesden-Popper相、低维缺陷相非铅钙钛矿化合物和非钙钛矿类化合物的研究进展。本文能够为获得安全、稳定、环境友好的新一代光电材料提供重要借鉴。
无铅 钙钛矿 太阳能电池 lead-free perovskite solar cell
华中光电技术研究所 — 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
冷原子干涉仪中, 囚禁原子数的抖动会转化为等效的干涉信号相位抖动, 直接影响原子干涉测量结果。针对此问题, 提出了一种冷原子干涉仪囚禁原子数主动稳定技术, 通过测量干涉末态的原子数信息, 反馈控制3D-MOT装载时间, 实现对囚禁原子数的主动稳定。通过应用该技术, 在装载时间大约为40 ms的条件下, 3D-MOT囚禁原子数的短期抖动由27.1%@0.5 h降为7.4%@0.5 h, 长期漂移由39.9%@10 h降为10.4%@10 h, 显著提升了囚禁原子数的稳定性。该技术可以解决动态条件下冷原子干涉仪姿态变化导致的囚禁原子数大幅度抖动问题。
冷原子干涉仪 原子囚禁 原子数主动稳定 荧光探测 反馈控制 cold atom interferometer atom trapping active stabilization for the number of atoms fluorescence detection feedback control
吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室, 吉林 长春 130012
近年来, 钙钛矿纳米晶由于具有优异的光电性质, 在发光、光电转换等领域获得了广泛的研究, 已然成为科研界的“明星材料”。然而, 钙钛矿纳米晶存在一些不足之处(例如稳定性差、光谱仅限于可见光区等), 限制了其应用。稀土离子具有丰富的4f能级和特殊的电子构型, 因此, 将稀土离子掺杂到钙钛矿纳米晶中, 能够显著提升材料的光电性质, 并改善稳定性, 解决钙钛矿纳米晶面向实际应用需求的关键问题。本文详细介绍了稀土掺杂钙钛矿纳米晶的性质, 重点对材料在发光二极管、太阳能电池以及光电探测器等多个方面的应用实例进行了总结与展望。
钙钛矿 纳米晶 稀土 掺杂 发光 perovskite nanocrystals rare earth doping luminescence
