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oe1(光电查) - 科学论文

126 条数据
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  • 频率调制激励下开尔文探针力显微镜测量光生载流子动力学所用单点光谱曲线的数值分析

    摘要： 近年来，纳米结构与光传输机制之间复杂相互作用的研究，对许多新兴光伏技术的发展至关重要。在此背景下，频率调制激励下的开尔文探针力显微镜已成为探测光生载流子动力学、获取多种光伏材料纳米尺度载流子寿命的有效技术。然而，基于该方法的某些数据解读仍存在争议，例如可能存在的电容伪影问题。数据拟合过程中采用的数学模型也需特别关注，因其对时间常数计算具有决定性影响。本文提出并验证了一种自动数值模拟方法，可预测光伏材料中平均表面光电压谱线随频率调制激励源变化的行为，从而实现模拟结果与实验数据的对比。我们阐述了该模拟方法的通用原理，并将其与先前采用频率调制激励下单点开尔文探针力显微镜获得的硅纳米晶太阳能电池实验结果，以及强度调制扫描开尔文探针显微镜测得的聚合物/富勒烯体异质结器件结果进行对比。此外，研究表明该模拟方法能通过数值分析提供样品光生载流子动力学的补充信息，从而完善实验结果。

    关键词： 开尔文探针力显微镜、纳米结构光伏技术、数值模拟、光生载流子动力学、载流子动力学、载流子复合、载流子寿命

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 马兰戈尼效应对真空定向凝固过程中多晶硅生长质量的影响

    摘要： 建立了一个热-流-热应力多场耦合模型，用于研究马兰戈尼效应在真空定向凝固（VDS）过程中对多晶硅（mc-Si）生长质量的影响。模拟结果表明，由于熔体速度的增加，马兰戈尼效应对VDS过程中的温度和热应力分布具有显著影响。增强的流动使硅熔体的温度分布更加均匀，并降低了径向温度梯度，从而导致固/液（s/l）界面更加平坦。然而，随着晶体温度梯度的增加，硅锭的热应力也随之增强。当采用10 μm/s的拉速时，晶体的生长质量更为理想，在此情况下，XRD检测显示整个晶体生长过程中（111）晶面占优势。最后，通过实验验证了数值模拟结果的可靠性。

    关键词： 多晶、熔体流动、真空定向凝固、数值模拟、马兰戈尼效应

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 实现闪光效果的不同策略比较——气动混合与闪光照明

    摘要： 光生物反应器中微藻光合培养的主要限制在于低培养密度导致收获及下游工艺成本高昂。通常认为强化培养液混合可通过实现闪光效应提升光能利用效率，从而促进细胞生长。另一种方案是采用闪光光源，在无需额外能耗进行快速混合的情况下实现该效应。虽然混合效应已在不同反应器规模上得到研究，但闪光照明实验多集中于小尺度几何结构。此外，针对具有生产规模特征的大光程光生物反应器的此类研究仍较匮乏。通过数值模拟，我们评估了在直径5厘米、充满莱茵衣藻悬浮液的鼓泡塔中，气动混合与闪光照明实现闪光效应的能力。据我们所知，目前文献尚未报道过闪光照明与气动混合对培养生长影响的数值对比研究。要全面比较这两种方法，需要整合流体流动、光场计算及藻类细胞生长动力学的稳健数值工具。本研究通过追踪微米级颗粒模拟藻类运动，计算了鼓泡塔光生物反应器中的三维流?。煌ü蠼獠煌ǔず蜕锪颗ǘ认碌娜浯浞匠?RTE)获得光谱光场。流场与光场的耦合使我们能够计算单个藻类细胞的时空光照暴露情况，进而估算鼓泡塔反应器不同运行条件下相应的动态光合反应速率。数值模拟发现：在所研究的运行条件下，与闪光效应相比，单纯气动混合的贡献可忽略不计。相反，在工业相关运行条件下，当闪烁频率超过50Hz时，LED闪光照明可使生长速率提升至2.5倍。因此，不仅需要合理选择占空比以防止光抑制，还需同步最大化闪光光效应。这些结果表明，利用LED闪光光源或将成为未来提升光生物反应器生产力的重要途径。

    关键词： 混合、光生物反应器、闪光照明、数值模拟、鼓泡塔

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 基于激光雷达记录的极端事件与校准数值模型解析泥石流侵蚀控制因素（德国罗斯比歇尔巴赫）

    摘要： 泥石流是陡峭山地中最具破坏性和危险性的物质运动形式之一。理解泥石流的侵蚀、挟带作用及由此产生的体积变化，是模拟泥石流传播与影响以及分析相关风险的关键前提。由于对侵蚀和挟带的定量控制机制认识不足，泥石流总体积、运动距离及冲击能量常被严重低估。本文分析了2015年6月德国阿尔卑斯山区一次侵蚀性泥石流事件引发的地貌变化：通过对比2007年获取的航空激光扫描数据（ALS），对1.2公里长山洪沟道进行的50余次地面激光扫描（TLS）记录了地貌变化情况?；贏LS与TLS的点密度及数字高程模型坡度，采用空间变量阈值计算误差值，最高侵蚀速率达5.0立方米/平方米（均值0.6立方米/平方米）。该事件期间共侵蚀9,550±1,550立方米物质，而沟道内仅沉积650±150立方米。通过精密校准的RAMMS泥石流模型（含物质挟带计算），得出流速、压力、动量及剪切应力等参数，并建立了泥石流侵蚀速率与动量、剪切应力的线性回归模型（R2最高达68%）。当沟道从基岩段过渡至松散碎屑段时，因先前未释放的随机动能转为侵蚀可用能量，会导致超过1立方米/平方米的异常高侵蚀率。

    关键词： 侵蚀、数值模拟、泥石流、地貌变化、RAMMS、激光雷达

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 将光子动量（辐射压力）与气体耦合中的数值问题

    摘要： 辐射压力（RP；或气体吸收的光子动量）在众多天体物理系统中都至关重要。但我们发现，在数值辐射流体力学模拟中，将吸收的光子动量分配给气体的常规方法（通过积分单元体积或在单元中心求值）会严重低估未解析（点/离散）源附近区域的辐射压力作用力（进而低估其对整体气体性质的影响），除非流体网格中高度解析了光子平均自由程。这种误差的存在与数值辐射传输（RT）方法无关（即使在精确光线追踪/蒙特卡洛方法中也是如此），因为它取决于RT解如何插值回流体单元。在许多情况下（尤其是涉及紫外/电离光子时），暴力收敛（解析平均自由程）是不可能的。相反，我们提出了一种"面积分"方法——在流体单元之间的界面上积分并施加动量通量——该方法在所有分辨率水平上都能更好地逼近正确解。这种"修正"方法简单易行，我们为网格和无网格流体方案中的光线追踪、蒙特卡洛及矩方法RT提供了示例实现。以分子云中存在紫外/电离辐射压力的恒星形成为例：在当前最先进的分辨率下，单元积分法会将辐射压力的净效应低估一个数量级，从而（错误地）得出辐射压力不重要的结论；而面积分法则预测辐射压力会通过自调节机制强烈抑制恒星形成并导致云体瓦解。

    关键词： 星系：活动星系，星系：形成，流体动力学，方法：数值模拟，恒星：形成

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • IllustrisTNG模拟中星系的光学形态：与Pan-STARRS观测的对比

    摘要： 我们基于IllustrisTNG和原始Illustris流体动力学宇宙学模拟，生成了约27000个星系的合成图像，这些图像旨在匹配Pan-STARRS对红移z≈0.05、恒星质量log10(M?/M⊙)≈9.8–11.3的观测数据。大部分合成图像通过SKIRT辐射传输代码生成，包含尘埃消光与散射效应，并直接在模拟本身使用的Voronoi网格上进行辐射传输计算。我们采用新开发的statmorph代码分析合成图像与真实Pan-STARRS图像，该代码可计算非参数形态诊断指标（包括Gini-M20及浓度-不对称性-平滑度统计量）并执行二维Sérsic拟合。总体而言，IllustrisTNG星系的光学形态与观测结果高度吻合，较原始Illustris模拟有显著改进：Gini-M20图分布与观测推断一致，且本研究涉及的所有形态、尺寸及形状参数的中值趋势与观测趋势的偏差均在约1σ范围内。但该模型在更严格测试中存在不足，例如难以呈现显著的形态-颜色关联，导致红色盘状星系与蓝色椭球星系比例略高于观测值；形态-尺寸关系同样存在问题——观测显示固定恒星质量下盘状星系通常比椭球星系更大，而该特征在IllustrisTNG中未显现。

    关键词： 星系：统计学，星系：形成，星系：结构，方法：数值模拟，技术：图像处理

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • [2018年IEEE第38届电子与纳米技术国际会议（ELNANO）- 基辅（2018.4.24-2018.4.26）] 2018年IEEE第38届电子与纳米技术国际会议（ELNANO）- 数字断层合成中用于重建质量控制的模拟体模投影

    摘要： 采用IMASIM软件生成用于数字断层合成质量控制的一组X射线投影。使用X射线断层合成成像设备获取相同尺寸的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）模体的对应投影。通过特制的基准标记珠模体测量成像系统各元件的相对位置。实测投影与模拟投影、重建切片之间具有良好的一致性。能够创建具有预定义缺陷的模拟投影，为分析断层合成的整体性能提供了重要价值。

    关键词： X射线应用、数字X射线断层合成、质量控制、生物医学成像、数值模拟

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 坩埚和晶体旋转对泡生法生长大尺寸蓝宝石晶体中溶质分布的影响

    摘要： 本研究通过数值模拟方法，探究了直拉法生长过程中熔体内部的流动、温度及溶质浓度场分布。结果表明：熔体中溶质浓度的大小与分布受对流运动和热场分布的显著影响。最大溶质浓度始终出现在熔体最高温区——坩埚侧壁处，而晶体-熔体界面处的溶质浓度从三相点向中心线递增。坩埚旋转增强了侧向坩埚壁向晶体-熔体界面的传热效应，同时降低了坩埚壁最高温度，从而减小了熔体内部溶质浓度水平。随着坩埚转速提升，晶体-熔体界面沿线的溶质浓度分布趋于更小且更均匀。但当坩埚转速超过临界值后，最大溶质浓度及界面沿线浓度开始回升。 晶体旋转同样影响熔体内部传热。其产生的离心力会在晶体-熔体界面下方形成涡旋结构，该涡旋随晶体转速增加而增大增强。在低转速区间，微小涡旋会抑制界面溶质浓度；因此尽管高转速导致熔体最高温度上升（使最大溶质浓度增加），界面沿线溶质浓度仍呈下降趋势。而在高转速区间，涡旋运动增强了坩埚底壁向界面的传热，降低了晶体-熔体界面的凸度，促使更多溶质杂质向界面输运，导致界面溶质浓度随转速增加而升高。但当转速继续增大至界面转为向熔体凹陷时，由于最高温度显著降低，界面沿线溶质浓度反而下降。 本研究对比了同向旋转与反向旋转工况。综合分析表明：当坩埚固定以1 rpm转速旋转且晶体不旋转时，晶体-熔体界面可获得最低且最均匀的溶质浓度分布。即仅采用坩埚旋转即可实现最优溶质控制效果。

    关键词： 溶质浓度，直拉法，蓝宝石，数值模拟，坩埚与晶体旋转

    更新于2025-09-23 15:21:21

  • 具有肖特基接触的高灵敏度ZnO纳米线气体传感器设计指南

    摘要： 具有单肖特基接触的氧化锌纳米线（ZnO NW）气体传感器能够灵敏检测气体分子。本研究通过三维数值模拟，探究了纳米线缺陷密度、直径和长度等设计因素对气体灵敏度的影响。结果表明：低缺陷密度或小直径的传感器展现出更优的气体灵敏度，而当不考虑背景气体和结合概率等外部环境时，长度对灵敏度无影响。低缺陷密度导致纳米线在空气环境中电子密度较低，气体吸附引起的电子密度变化更为显著，从而提升气体灵敏度；随着纳米线直径减小，由于耗尽区与整个纳米线面积比增大，气体分子引起的电导率变化大幅增强。相比之下，纳米线长度不影响气体灵敏度，因为电子密度的变化与长度无关。这些发现有助于理解传感机制，并为最大化灵敏度提供设计指导。

    关键词： 氧化锌，气体敏感性，纳米线，数值模拟，气体传感器

    更新于2025-09-23 15:21:21

  • [IEEE IGARSS 2018 - 2018年IEEE国际地球科学与遥感研讨会 - 西班牙瓦伦西亚（2018.7.22-2018.7.27）] IGARSS 2018 - 2018年IEEE国际地球科学与遥感研讨会 - 通过大规模蒙特卡洛模拟研究海面后向散射的多普勒谱：直接数值解与近似模型

    摘要： 该研究对二维空间中时谐（连续波）X波段信号从演化类海面产生的后向散射进行了模拟与分析。针对同一海面构型，采用第一性原理边界积分方程的直接数值解法，以及两种近似模型——相干双尺度模型（CTSM）和二阶小斜率近似（SSA2）来评估散射场。通过构建大量蒙特卡洛系综以获得充分平均的多普勒谱。研究聚焦于质心与宽度这两个谱参数，并探讨了后者不同的定义方式。研究考虑了宽范围且精细采样的入射角，从天底角到低掠射角全面细致地呈现这些量的变化行为。在计算精确方法与近似方法的后向散射场时采用同一组海面构型，为所选散射模型的准确性提供了严格验证。通过直接数值模拟获得的高质量数据可作为其他散射公式的基准参照。

    关键词： 数值模拟、海面电磁散射、多普勒频谱

    更新于2025-09-23 15:21:21