基于πPS-FBG传感技术的激光超声水下铝板缺陷检测研究 被引量：1

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作者 郭古青 白盛康 +5 位作者 田亚莉 宫廷 孙小聪 周月婷 邱选兵 李传亮 《河南师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第4期46-51,I0006,共7页

为实现水下金属构件在线服役状态的在线评估,搭建了一套基于激光超声和π相移光纤布拉格光栅(πPS-FBG)的水下板材缺陷检测系统.为了研究水下激光超声传播规律,以6061铝合金板材为测试样品,进行了不同水深下的激光超声探测实验.与空气... 为实现水下金属构件在线服役状态的在线评估,搭建了一套基于激光超声和π相移光纤布拉格光栅(πPS-FBG)的水下板材缺陷检测系统.为了研究水下激光超声传播规律,以6061铝合金板材为测试样品,进行了不同水深下的激光超声探测实验.与空气中超声传播相比,实验发现水下πPS-FBG多接收到一个超声波信号,此信号是激光第一次与水面作用产生的纵波信号.随着激励源与πPS-FBG传感距离的增加,超声信号在时域上也延迟增加;πPS-FBG接收的激光激励的首个超声波信号的波速为2871.91 m/s,缺陷反射波的波速为2911.02 m/s,其与铝板中超声表面波的速度接近,两者的相对误差分别为1.3%和0.03%.改变激励源与缺陷的距离,发现缺陷的定位精度与缺陷距离无关,缺陷位置的定位相对误差随着距离的增大而逐渐减小.本研究为水下金属构件的在线服役状态检测提供了一种潜在应用技术(包括在南水北调工程中),对于提高水下结构的安全性和可靠性具有一定意义. 展开更多

关键词 激光超声 π相移光纤布拉格光栅 6061铝合金 无损检测 缺陷定位 南水北调工程

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红外小目标混频特征融合检测模型

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作者 李才荣 王志社 +2 位作者 李晋红 任乃奎 王春发 《红外技术》 北大核心 2025年第6期729-738,共10页

红外成像的小目标通常缺乏明确的轮廓和纹理信息,导致仅依靠目标自身特征进行识别存在较大困难。为克服这一不足,本文提出了一种新型混频特征融合检测(mixed-frequency feature fusion detection,MFFD)模型,它通过充分聚合目标及周边背... 红外成像的小目标通常缺乏明确的轮廓和纹理信息,导致仅依靠目标自身特征进行识别存在较大困难。为克服这一不足,本文提出了一种新型混频特征融合检测(mixed-frequency feature fusion detection,MFFD)模型,它通过充分聚合目标及周边背景的上下文信息,有效提升小目标检测性能。模型中的混频提取模块通过结合全局低频语义特征与局部高频目标细节,显著增强系统对弱小目标的感知能力;此外,模型中的多阶段融合模块通过高效协同不同级别特征的交互融合,促进更深层次的语义理解和空间信息的整合。在公开数据集NUAA-SIRST和IRSTD-1k中,MFFD-Net相较于其他五种基于深度学习的方法表现更优。与AGPC-Net相比,MFFD-Net在NUAA-SIRST数据集上的IoU和nIoU指标分别提升了4.42%和4.33%,在IRSTD-1k数据集上相应指标分别提升了3.63%和6.38%。这充分表明本模型在复杂背景下进行小目标检测具有较大的应用潜力。 展开更多

关键词 红外图像 小目标检测 TRANSFORMER 深度学习 特征融合

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低成本半导体激光器2级高稳定温控系统研制

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作者 孙磊 宫廷 +5 位作者 郭古青 田亚莉 孙小聪 周月婷 邱选兵 李传亮 《激光技术》 北大核心 2025年第2期239-244,共6页

为了解决半导体激光器温度漂移导致输出波长偏移的问题,提出了一种双闭环分布式反馈(DFB)激光器2级温控系统。在激光器自身内部温控系统的基础上,引入了外部环境温度的环路控制系统,确保激光器能够处于稳定的工作温度范围内;以嵌入式处... 为了解决半导体激光器温度漂移导致输出波长偏移的问题,提出了一种双闭环分布式反馈(DFB)激光器2级温控系统。在激光器自身内部温控系统的基础上,引入了外部环境温度的环路控制系统,确保激光器能够处于稳定的工作温度范围内;以嵌入式处理器为主控制器,采用数字比例-积分-微分控制算法,结合脉冲宽度调制技术和低成本H桥芯片控制热电制冷器的加热和制冷,实现激光器温度的精确控制;环境温度不变的条件下改变激光器的控制温度,以及激光器的工作温度不变的条件下改变环境温度,并进行了温度稳定性实验。结果表明,该系统的温控精度可高达±0.03℃;以近红外DFB激光器进行波长稳定性实验时,连续120 min内,激光器波长变化的最大误差为0.0036 nm;电流保持不变的情况下,激光器输出波长与温度的相关系数高于0.9996。该温控系统具备高精度、低成本和紧凑体积的特点,在分子光谱、气体检测、光纤通信等领域具有一定的应用前景。 展开更多

关键词 激光技术 温度控制 比例-积分-微分算法 2级系统 半导体激光器

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拉盖尔-高斯超短脉冲激光在渐变折射率光纤中的传输特性

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作者 何琼 霍楠 +1 位作者 武晋泽 李晋红 《激光技术》 北大核心 2025年第4期475-483,共9页

为了研究拉盖尔-高斯超短脉冲激光在渐变折射率光纤中传输的光谱特性,利用广义惠更斯-菲涅耳原理,推导了拉盖尔-高斯超短脉冲激光在渐变折射率光纤中传输时的解析表达式,分析了光谱调制函数与拓扑荷、径向指数、光纤传输距离等参数的依... 为了研究拉盖尔-高斯超短脉冲激光在渐变折射率光纤中传输的光谱特性,利用广义惠更斯-菲涅耳原理,推导了拉盖尔-高斯超短脉冲激光在渐变折射率光纤中传输时的解析表达式,分析了光谱调制函数与拓扑荷、径向指数、光纤传输距离等参数的依赖关系。结果表明,拉盖尔-高斯超短脉冲激光在渐变折射率光纤中传输时,光谱调制函数和光谱强度的空间分布经历周期性的聚焦与扩散,但时空耦合效应使得两者不再呈对称分布;对于不同中心波长的光束,波长越长,经光谱调制函数调制后的光谱的第2个峰的峰值越高;当拉盖尔-高斯超短脉冲激光的持续时间为3 fs且传输距离一定时,光谱在离轴位置8.99μm处分裂出两个峰值高度相等的峰,此时可以观察到光谱开关现象,离轴位置越过该点处时,光谱位移由红移迅速跃变为蓝移。此研究为拉盖尔-高斯超短脉冲激光在渐变折射率光纤中传输的光谱变化提供了理论依据,在信息编码和传输方面具有潜在的应用前景。 展开更多

关键词 激光物理 拉盖尔-高斯超短脉冲激光 惠更斯-菲涅耳原理 渐变折射率光纤 光谱特性 光谱调制函数

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矢量扭曲光束在GRIN光纤中的自旋轨道相互作用

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作者 梁雅茹 鲁博瑞 +2 位作者 霍楠 尹晓金 王静 《激光技术》 北大核心 2025年第5期633-641,共9页

为了研究矢量扭曲光束在梯度折射率光纤中的自旋轨道相互作用,采用广义惠更斯-菲涅耳积分和ABCD传输矩阵方法,得到了一类径向偏振扭曲高斯-谢尔模光束在梯度折射率光纤中的交叉光谱密度矩阵元素表达式,详细分析了传输过程中的光强、偏... 为了研究矢量扭曲光束在梯度折射率光纤中的自旋轨道相互作用,采用广义惠更斯-菲涅耳积分和ABCD传输矩阵方法,得到了一类径向偏振扭曲高斯-谢尔模光束在梯度折射率光纤中的交叉光谱密度矩阵元素表达式,详细分析了传输过程中的光强、偏振态、自旋角动量和轨道角动量的空间分布特性。结果表明,光束在传输过程中偏振态分布逐渐改变并产生了自旋角动量,发生了周期性的自旋轨道相互转换,并在焦平面L/2处达到转换极值;通过调控扭曲因子和相干长度可以实现对光束的光斑形状和偏振椭圆进行设计。此研究结果在光纤高容量通信、加密通信等方面展现出广阔的应用潜力与前景。 展开更多

关键词 物理光学 矢量光束 角动量 径向偏振 部分相干 扭曲相位 梯度折射率光纤 自旋轨道相互作用

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硅基碳点/PVA复合材料中光热效应对形状记忆性能增强机制研究

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作者 任卫杰 刘子江 +2 位作者 王庆凯 徐文军 秦振兴 《发光学报》 北大核心 2025年第8期1517-1525,共9页

形状记忆材料作为一类能够在外界刺激下恢复至初始状态的智能材料,在柔性电子、智能包装和生物医学等新兴领域展现出极大潜力。然而,传统聚乙烯醇(PVA)材料在水中形状恢复效率受到极大限制。本文报道了一种基于PVA/碳点复合体系的新型... 形状记忆材料作为一类能够在外界刺激下恢复至初始状态的智能材料,在柔性电子、智能包装和生物医学等新兴领域展现出极大潜力。然而,传统聚乙烯醇(PVA)材料在水中形状恢复效率受到极大限制。本文报道了一种基于PVA/碳点复合体系的新型光响应形状记忆材料。将碳点与PVA复合,在水介质中展现出相较于纯PVA更优异的形状恢复性能。研究表明,碳点与PVA之间形成的氢键是提升形状记忆效应的重要因素,而碳点中硅元素的引入使得复合材料的形状恢复速度显著提升,相较于纯PVA提升了3倍左右。这源于碳点的硅元素掺杂显著增强了该复合材料的光热转换效率,在光照条件下能将更多太阳光光能转化为热能,从而加速分子链段运动而实现快速形变恢复。基于该材料优异的可控形变性能及水响应特性,本研究为开发高效光-热-水多重响应型智能材料提供了新思路。 展开更多

关键词 形状记忆材料 硅掺杂碳点 氢键 光热转换

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氮和硼元素共掺杂对碳点荧光的调控机制 被引量：1

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作者 刘子江 苗润泽 +6 位作者 任卫杰 张宇飞 宋凯 孟帅 张瑞 李坤 秦振兴 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1981-1989,共9页

元素掺杂对调节碳点多色发光有着至关重要的作用。然而,目前碳点的可调荧光发射在固态下难以实现,这是因为会发生严重的聚集诱导猝灭(AIQ)现象以及存在制备工艺繁琐等问题。本文报道了一种以间苯三酚为碳源、硼酸为硼元素掺杂剂、尿素... 元素掺杂对调节碳点多色发光有着至关重要的作用。然而,目前碳点的可调荧光发射在固态下难以实现,这是因为会发生严重的聚集诱导猝灭(AIQ)现象以及存在制备工艺繁琐等问题。本文报道了一种以间苯三酚为碳源、硼酸为硼元素掺杂剂、尿素为氮元素掺杂剂,采用固相法,微波一步直接制备的氮硼共掺杂固态荧光碳点。随着氮和硼元素含量的变化,所得固态碳点的发光颜色经历黄色、绿色到蓝色的变化。表征分析发现氮和硼元素的掺杂在碳点表面形成了不同的结构和表面官能团,随着氮和硼元素掺杂含量的提高,其中石墨氮、N—C以及B—O/B—N基团的协同作用导致了碳点发光颜色蓝移,且荧光发光效率增强。此外,鉴于这些固体碳点材料呈现出优异的多色发光性能,选择发光性能最佳的黄色、绿色和蓝色固态荧光碳点作为固态荧光粉末,制备得到了白光发光二极管(WLED)器件。这些器件均具有优良的色度指标,暖白光区发光和个别器件节能高效的工作特性表明这些发光材料在照明领域具有潜在应用前景。 展开更多

关键词 固态碳点 氮硼共掺杂 发光调控 发光二极管

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煤热解中痕量乙烯在线激光吸收光谱检测 被引量：4

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作者 段政 孟星星 +6 位作者 李凯亮 孙小聪 田亚莉 宫廷 李传亮 邱选兵 蔡廷栋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期670-677,共8页

为了实现煤热解过程中痕量乙烯(C2H4)标识气体的在线识别与检测,结合波长调制与长光程技术,搭建了煤热解乙烯在线激光吸收光谱检测装置。采用中心波长为1620 nm通信波段DFB激光器作为激光光源,有效光程为15 m的多光程吸收池为样品吸收池... 为了实现煤热解过程中痕量乙烯(C2H4)标识气体的在线识别与检测,结合波长调制与长光程技术,搭建了煤热解乙烯在线激光吸收光谱检测装置。采用中心波长为1620 nm通信波段DFB激光器作为激光光源,有效光程为15 m的多光程吸收池为样品吸收池,利用SR830进行波长解调,通过二次谐波信号反演得到乙烯浓度。使用高精度流量控制器,利用高纯氮气稀释乙烯配比,制备得到10×10^(-6)到90×10^(-6)的标准乙烯样气,其线性拟合的相关系数R2为0.9989;对浓度为20×10^(-6)的乙烯进行连续4000 s的Allan方差分析,实验结果表明,检测极限为121×10^(-9)。为了研究不同气体氛围下煤热解过程中乙烯浓度的演化规律,控制气体流速为150 mL/min,分别在氮气、空气以及合成空气中对乙烯标识气体的释放过程进行热重分析实验。研究发现,当温度小于500℃时,3种气体环境下乙烯释放量较少且基本一致,当温度在500~700℃时,氮气环境中乙烯释放量要远高于其他两种气体,但空气中乙烯释放的增速最快,最大释放量约为40×10^(-6),温度高于700℃时乙烯释放量均开始减少。这一结果为进一步探索煤热解中乙烯的生成机理提供了理论和实验基础。 展开更多

关键词 可调谐半导体激光吸收光谱技术 乙烯 ALLAN方差 波长调制 煤热解

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燃煤锅炉高温腐蚀气体激光在线监测设备研究 被引量：1

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作者 李龙 师帅 +5 位作者 宫廷 田亚莉 郭古青 邱选兵 熊小鹤 李传亮 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1060-1067,共8页

燃煤锅炉燃烧场的经济性、安全性和环保性对于智慧电厂建设具有重要意义。H2S和CO是燃煤锅炉燃烧场的两种主要高温腐蚀气体,它们不仅腐蚀锅炉近壁面,尾气对大气环境的危害也极其严重。基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱技术,结合波长... 燃煤锅炉燃烧场的经济性、安全性和环保性对于智慧电厂建设具有重要意义。H2S和CO是燃煤锅炉燃烧场的两种主要高温腐蚀气体,它们不仅腐蚀锅炉近壁面,尾气对大气环境的危害也极其严重。基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱技术,结合波长调制光谱技术和频分复用技术,研制了一款无人值守的燃煤锅炉主燃区的H_(2)S和CO气体浓度实时在线监测设备。仿真模拟了6335~6341 cm^(-1)范围内的气体吸收光谱,并选定1.5μm附近的近红外激光器作为激光光源。研制了一套耐高温耐腐蚀的Herriott型多光程池,使激光与气体相互作用的有效光程达15 m;开发了硬件电路及相应的固件程序,实现了H2S和CO吸收光谱信号的二次解调与浓度反演。线性度和Allan方差实验表明,其线性拟合相关系数分别为0.9998和0.9995,在73 s和53 s的积分时间下,H_(2)S和CO的最低检测极限分别为0.2×10^(-6) mol/mol和0.344×10^(-6) mol/mol。最后,将研制的设备在某300 MW电负荷的四角切圆燃煤锅炉主燃区燃烧气氛场进行应用示范,对水冷壁附近的H2S和CO进行同步测量。结果表明,锅炉中H2S和CO的浓度呈正相关,厌氧燃烧会导致两种气体的含量增加,造成对水冷壁的腐蚀。 展开更多

关键词 锅炉水冷壁腐蚀 波长调制光谱 频分复用 高温多光程吸收池 长期在线监测

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硅包覆碳点基柔性发光太阳能聚光器的制备与性能研究

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作者 豆永亮 张宇飞 +7 位作者 聂诚 任卫杰 宋凯 孟帅 张瑞 李坤 秦振兴 王凯悦 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第5期810-817,共8页

碳点由于环境友好、经济适用、合成方法简单及光学性能优异而在发光太阳能聚光器领域受到越来越多的关注。然而,碳点与亲水性聚合物波导材料相容作为发光基质时,多数碳点在聚合物中的相容性差,以及亲水聚合物的易脆性等问题严重限制发... 碳点由于环境友好、经济适用、合成方法简单及光学性能优异而在发光太阳能聚光器领域受到越来越多的关注。然而,碳点与亲水性聚合物波导材料相容作为发光基质时,多数碳点在聚合物中的相容性差,以及亲水聚合物的易脆性等问题严重限制发光太阳能聚光器的实际应用。为了解决这些问题,本文利用3-氨丙基三乙氧基硅烷的水解缩合,与邻苯二甲酸、邻苯二胺共同合成了一种斯托克斯位移为150 nm、量子产率为10.94%,且具有良好分散性和相容性的亮黄色发射硅包覆碳点;同时,以具有良好相容性、高柔韧性的聚二甲基硅氧烷为波导材料,二者结合制备出一系列尺寸为3 cm×3 cm×0.1 cm,不同质量百分比的硅包覆碳点柔性发光太阳能聚光器,其中,性能最佳的太阳能聚光器能量转换效率可达1.05%。这项工作将硅包覆碳点与聚二甲基硅氧烷的优势相结合,对发光太阳能聚光器实际应用有潜在价值。 展开更多

关键词 硅包覆碳点 发光太阳能聚光器 相容性 柔韧性 3-氨丙基三乙氧基硅烷 聚二甲基硅氧烷

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折射率对碳点基发光太阳能聚光器光电性能的影响 被引量：1

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作者 白静静 许凤利 +3 位作者 李鹏炬 李歆 徐文军 翟燕 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1724-1731,共8页

发光太阳能聚光器作为一种新型的实现低成本电力的潜在光伏技术已经引起了广泛的关注。选择合适的荧光基质和性能优异的光波导介质成为该技术得以推广应用的关键。目前,多数研究者把目光聚焦在荧光基质光学性能的提高上,对光波导介质性... 发光太阳能聚光器作为一种新型的实现低成本电力的潜在光伏技术已经引起了广泛的关注。选择合适的荧光基质和性能优异的光波导介质成为该技术得以推广应用的关键。目前,多数研究者把目光聚焦在荧光基质光学性能的提高上,对光波导介质性能的优化却鲜有报道。本文使用邻苯二甲酸和邻苯二胺两种前驱体,一步微波法快速高效地合成了一种晶态碳点。鉴于该碳点具有绿色荧光,荧光量子产率超过80%,并且吸收和发射光谱间存在较大的斯托克斯位移,适合作为新型太阳能聚光器用荧光基质。另外,采用预聚体法制备了高透明的聚氨酯膜,并作为发光太阳能聚光器用光波导介质研究了其光学性能。通过引入硫元素,该薄膜的折射率从1.483提高到1.547,这直接导致利用所制备的碳点作为荧光基质封装的聚氨酯薄膜型发光太阳能聚光器器件的光电转换效率提升了41%。该结果不仅证实了聚氨酯作为光波导介质的可行性,更为通过改良光波导介质的折射率来提高光传输的研究方法提供了实验依据。 展开更多

关键词 晶态碳点 光波导介质 折射率 发光太阳能聚光器 光电转换效率

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结合TG-TDLAS的煤热解反应毒性的评估

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作者 孟星星 康文运 +6 位作者 王庚乾 李琳 田亚莉 郭古青 刘强 邱选兵 李传亮 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第2期333-342,共10页

为构建一套基于热重-可调谐半导体激光吸收光谱(TG-TDLAS)技术的煤热解HCN气体浓度检测系统,并结合波长调制技术进一步提高系统的稳定性和灵敏度,本文利用HCN在波长1531 nm处具有较高吸收强度且受烟气中常见气体干扰较小的特性,通过二... 为构建一套基于热重-可调谐半导体激光吸收光谱(TG-TDLAS)技术的煤热解HCN气体浓度检测系统,并结合波长调制技术进一步提高系统的稳定性和灵敏度,本文利用HCN在波长1531 nm处具有较高吸收强度且受烟气中常见气体干扰较小的特性,通过二次谐波信号处理获取HCN浓度信息。采用高精度的流量控制器,利用99%标准氮气稀释配比得到5×10^(−6)mol/mol到20×10^(−6)mol/mol的HCN,最后对测量数据进行校准。实验结果表明,HCN的线性相关系数R2为0.9978。基于该实验装置,深入探讨了不同煤种、升温速率和煤粒径大小对热解的影响,以及煤样失重率与HCN浓度释放量的关系。分析了3种不同煤化程度煤种的挥发分中HCN的释放特性和非等温热解动力学。通过划分热解温度阶段,建立了热解动力学模型,并计算不同煤种在不同升温速率下的活化能和频率因子。结果表明,HCN释放量与煤种煤化程度及含氮量密切相关,煤化程度越低,含氮量越高,其HCN释放量越多。在固定的热解终温下,升温速率的增加会导致HCN释放量的增多。随着煤样粒径的减小,热解反应释放HCN的时间会相对滞后,且HCN浓度有所减少。不同热解阶段HCN浓度释放量与煤样失重率之间存在不同的对应关系,热解反应越剧烈,HCN浓度释放量与煤样失重率的比重越大。本研究为进一步评估煤热解反应过程中HCN的毒性提供了重要的实验基础。 展开更多

关键词 TG-TDLAS 煤热解 波长调制 热解动力学

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纯聚丙烯腈在密闭空间中高温热解的分子动力学

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作者 刘怡婷 王庚乾 +8 位作者 和小虎 邱选兵 田亚莉 郭古青 宫廷 孙小聪 周月婷 李传亮 李光跃 《高分子材料科学与工程》 2025年第6期40-48,共9页

聚丙烯腈(PAN)是一种典型的高分子聚合物,在电化学、纤维工业等方面有广泛应用。当前对纯PAN高温热解的理论研究还不够充分,机理尚不明确。文中使用基于ReaxFF力场的分子动力学方法对该体系展开了研究。对聚合度为10和20的PAN体系进行... 聚丙烯腈(PAN)是一种典型的高分子聚合物,在电化学、纤维工业等方面有广泛应用。当前对纯PAN高温热解的理论研究还不够充分,机理尚不明确。文中使用基于ReaxFF力场的分子动力学方法对该体系展开了研究。对聚合度为10和20的PAN体系进行了恒温热解模拟,设定1800 K,2400 K,2800 K和3200 K这4种温度。计算发现,较低温度时以“环化与交联”反应为主,而较高温度时“脱氢”和“环化与交联”反应都很显著。另外,主要气体产物为H_(2),大部分碳原子通过交联反应生成少数的多碳分子,且几乎没有发生“脱氮”反应。结果表明,PAN的真空高温热解不利于纯碳结构的生成,但是可能有助于氮掺杂碳材料的研究。 展开更多

关键词 聚丙烯腈 高温热解 ReaxFF力场 分子动力学

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