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关键词： 稀土掺杂   石英光纤   光纤激光   短腔激光  

摘要： 基于高增益稀土掺杂光纤的短腔型单频光纤激光器和高重复频率被动锁模光纤激光器在工业、医疗及军事等领域具有重要应用。石英基光纤具有低损耗、易熔接等应用优势，但稀土离子掺杂浓度低会导致光纤的单位增益低，短腔激光性能受限。近年来，随着稀土掺杂石英玻璃基础研究的不断深入以及光纤制备方法与工艺的大幅提升，面向短腔激光应用的稀土掺杂石英光纤相继被开发、应用，各波段激光性能均得到显著提升，应用潜力不断释放。为此，本文以稀土掺杂石英光纤制备技术以及不同稀土离子掺杂石英光纤及其在短腔激光器中的应用为主线，系统梳理分析了高掺稀土石英光纤的最新研发情况及应用进展，并对其下一阶段的发展方向进行了展望。

关键词： 微流控   光微流   光纤传感器   光微流传感器  

摘要： 随着微流控技术的日趋成熟，将微流控芯片技术和光微流方法在微结构光纤中进行交叉融合，已经逐渐形成了一个新的发展方向。简要综述了这一技术是如何从初期的利用微结构光纤的特殊结构，进行简单的功能集成，拓展到如今基于特殊需求进行光纤的功能设计的新阶段，以实现在微结构光纤内部构造微流控感测系统的目的。该方向的发展，不仅促进了光波导与微流物质检测技术相结合，还为实现不同检测原理在微结构光纤内的高灵敏度光纤微流传感器技术开辟了新方法与新途径。

关键词： 柔性温度传感器   柔性压力传感器   热电效应   压阻效应   多功能导电复合材料  

摘要： 柔性温度和压力传感器在感知外界环境和人体生物信息方面发挥着重要作用,被广泛应用于环境监测、灾害预防、事故报警、电子皮肤和人机交互等诸多领域,是人类生产生活中不可或缺的重要电子设备。然而,随着科学技术的迅速进步,现有的柔性温度和压力传感器因仅具备单一物理刺激检测能力,已难以满足电子器件集成化、功能化的发展需求。设计和制备高度集成的多功能柔性温度/压力传感器,对于推动社会智能化和数字化的转型至关重要。本论文旨在解决温度和压力检测设备面临的挑战,包括传感机制单一导致多物理场刺激下的输出信号干扰与耦合、制备成型策略难以高效规模化扩展以及测量精度低限制高要求应用场景等问题。围绕上述问题,基于材料选择与结构设计,通过模板牺牲法、表面改性、真空辅助浸渍、双向冷冻等成型工艺构筑了一系列具有优异热电和压阻特性的三维多孔复合材料,实现了高性能、多功能的温度/压力双模态传感器的制备。利用多物理场仿真模拟、第一性原理计算阐明了传感器的双模态工作机制,并使用机器学习分类算法推动了传感器的智能化进程。本论文为集成电子器件的发展提供了可靠的解决策略,论文的主要研究内容和结果如下: （1）复合泡沫结构的PEDOT:PSS/CNT基温度/压力双模态传感器的制备及其应用研究:针对传统以热阻和压阻效应为工作机制的温度/压力传感器在多物理场刺激下产生的信号相互干扰与耦合问题,提出了将热电技术与可压缩电子技术相结合,利用塞贝克效应和压阻效应将温度与压力刺激转换为相互独立的电压和电阻信号的策略。通过真空辅助浸渍将PEDOT:PSS/CNT包覆在聚多巴胺（PDA）表面改性的PDMS泡沫表面,制得了能同时感知温度与压力变化且无信号干扰的PCPP温度/压力双模态传感器。PEDOT:PSS与CNT之间的能量过滤效应为传感器提供了优异的热电和导电性能;PDA表面改性增强了PDMS与PEDOT:PSS/CNT之间的界面相互作用;PDMS泡沫兼具低导热与高回弹,为传感器的温度与压力检测提供了可靠保障。PCPP传感器具有出色的温敏与压敏性能:对于温度检测,其塞贝克系数高达40.5μV K,最低可检测温度低至0.05 K;对于压力检测,传感器也表现出了快速响应时间、宽测量范围以及大于5000圈的循环稳定性。由于PCPP传感器的双响应机制,在温度和压力的共同作用下,其能够无信号耦合地同步检测这两种物理刺激,相关实验结果与多物理场模拟计算一致。此外,进一步利用PCPP传感器的双模态传感机制,开发了自供电压力检测系统以及电子皮肤阵列,促进了PCPP传感器的功能化应用。 （2）复合泡沫结构的MXene基温度/压力双模态传感器的制备及其应用研究:针对温度/压力双模态传感设备难以利用传统活性材料实现简便、可扩展且经济高效的制造问题,提出了将TiCT MXene作为唯一活性材料,并结合柔性低导热基底,以实现温度/压力双模态传感器规模化、多样化制备的新策略。通过真空辅助浸渍将MXene包覆在壳聚糖（CS）表面改性的PDMS泡沫表面,电极组装后获得了双模态MCP温度/压力传感器。二维纳米材料MXene结合了优异的热电性能、金属导电性和亲水表面,在温度/压力双模态传感领域有着大的应用潜力;CS表面改性使MXene通过静电作用和氢键紧密附着在PDMS泡沫骨架上,形成完整的导电通路。MCP传感器能够精确地检测并区分温度与压力刺激,且输出的电信号不会发生交叉干扰。传感器对温度响应有着超低的检测限（0.05 K）、高信噪比和出色的循环稳定性,对压力检测具有高灵敏度、快速响应时间和出色的耐用性。进一步通过理论计算（有限元分析以及第一性原理）可视化了传感机制,阐明了高度连续的MXene导电网络与热绝缘、回弹性和多孔结构的结合是确保优异传感性能的关键因素,并揭示了温度/压力解耦响应的内在机制源于MXene与压力无关的能带。基于MCP传感器阵列,构建了电子皮肤和多模态输入终端,展示了传感器在机器人技术和人机交互领域内的巨大应用潜力。此外,进一步将多类型的多孔弹性基底与MXene结合,成功制造出了多种类的温度/压力双模态传感器,验证了所提出的制备策略具有极强的扩展性。 （3）层状气凝胶结构的CNT/PEDOT:PSS基温度/压力双模态传感器的制备及其应用研究:针对现有研究的温度/压力双模态传感器检测分辨率低,难以用于高要求使用场景的问题,提出了利用层状气凝胶结构来提升传感器检测分辨率的方法,并首次提出了利用不可见热辐射和塞贝克效应进行非接触式信息传输的策略。通过双向冷冻和冷冻干燥工艺制备了复合热电气凝胶（CPN）,该气凝胶以CNT/PEDOT:PSS为传感活性材料,纤维素为骨架,具有低导热、高回弹和轻质的特性。双向冷冻工艺赋予了气凝胶长程有序的层状结构。相比于无规多孔结构,CPN气凝胶在垂直于层状方向具有更低的热导率和

关键词： 氟聚物基活性破片   力学毁伤   热辐射毁伤   等离子体   电磁毁伤  

摘要： 氟聚物基活性破片由于其独特的侵爆效应,在高速侵彻目标时,除了力学毁伤外,还伴有强烈的热毁伤和电磁毁伤特性。本文以氟聚物基活性破片为研究对象,搭建了氟聚物基活性破片力热电毁伤效应试验系统,采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了活性材料高速撞击下力热电毁伤效应。主要工作与成果如下: （1）基于物质点法进行了氟聚物基活性破片（速度为1000～1600 m/s）侵彻双层间隔铝板的数值模拟。结果表明:活性破片的反应速率与活性破片初始速度正相关;其反应过程可以分为撞击前靶后的激活阶段和撞击后靶后的快速反应阶段,激活阶段反应较温和活性破片反应速率较低,快速反应阶段反应激烈活性破片反应速率较高。 （2）基于Comsol Multiphysics开展了活性破片对逻辑芯片热辐射毁伤能力的数值模拟。结果表明:Al/PTFE活性破片爆炸中心距目标表面1 cm时,使逻辑芯片表面最大温度提升15 K,难以通过热辐射毁伤目标;Hf/THV活性破片爆炸中心距目标1.2 cm时,逻辑芯片表面最大温度达到毁伤阈值,能通过热辐射毁伤目标。 （3）构建了破片高速撞击下的等离子体膨胀模型,以朗缪尔三探针测得的等离子体电子密度为基础,得到了惰性Al破片高速撞击产生等离子体随碰撞中心变化模型,并对距碰撞中心相同距离下的惰性破片和活性破片高速撞击产生的等离子体电子密度进行了比较。结果表明:在距离碰撞中心2.33 cm处,惰性Al破片高速撞击产生的等离子体电子密度为1.3×1015 m-3,小于Ta/Mg/THV的5.89×1015 m-3。这是因为活性破片在高速撞击时会反应并释放出大量能量,加剧整个系统的温升,从而更利于等离子体的生成。 （4）分析了活性破片对逻辑芯片的电磁毁伤能力。结果表明:Ta/Mg/THV活性破片以1.4 km/s的速度撞击厚度为2 mm的双层间隔铝板时,产生的等离子体对74HC04逻辑芯片造成了电磁毁伤,其中等离子体对逻辑芯片的电磁毁伤可分为逻辑关系暂时失真的瞬态软毁伤和逻辑运算能力完全失效的不可逆毁伤。进一步分析等离子体对逻辑芯片的毁伤机理,发现在等离子体膨胀运动生成的电磁脉冲和等离子体中带电粒子沉积芯片管脚产生附加电流的耦合作用下引起了74HC04逻辑芯片的闩锁效应,最终造成了逻辑芯片逻辑运算能力完全失效的不可逆毁伤。