Technical Papers and Presentations

在处理波导驱动的磁性材料时，需要用到本课题组基于COMSOL平台开发的微磁学模块[1-3]与COMSOL自带的射频模块耦合。两个模块的耦合方法为互相交换一个物理量：微磁学模块将解出的磁化强度m导入到电磁波模块本构关系的磁化强度中；而电磁波模块将解出的磁场强度h添加到微磁学模块的有效场中。 依据任务的不同，我们可以选择不同的电磁波模块。对于求解静磁自旋波的问题，AC/DC中的mfnc模块即可符合需求。该模块既可以与微磁学频域模块联合进行频域求解，也可以与微磁学时域模块联合进行时域计算。但是对于存在电磁波导的问题，由于我们有端口的需求，以及体系具有可比拟几何尺度的电磁波长 ... Read More

石英陶瓷因其低密度、低导热率、高透波性、耐化学腐蚀等优良的综合性能，在各型雷达天线罩体热防护结构中得到了广泛应用。热防护结构在服役时易受到高温烧蚀损伤，使用压电-导波技术对损伤进行结构健康监测（SHM）具有重要意义，成为当前研究热点。本研究借助COMSOL Multiphysics的固体传热、变形几何、固体力学、静电等物理场对石英陶瓷结构的高温烧蚀过程及压电-导波传播过程进行多物理场直接耦合仿真建模研究，仿真结果再现了石英陶瓷结构在烧蚀过程中的密度、弹性模量、几何形貌等损伤参数变化，以及导波与烧蚀损伤的相互作用。结果表明，导波对于石英陶瓷表面高温损伤是敏感的，基于压电 ... Read More

为了证明膨胀对电池厚度变化的影响，传统p2d模型耦合移动边界法新建立了一个模型。对复合材料的比例进行了详细分类，以准确分析两种材料对容量的贡献。此外，还研究了电极设计（如活性层厚度和负极孔隙率）以及工作条件对电池电化学性能和厚度变化的影响。当硅含量增加并改变电极结构时，容量贡献率从 85% 增加到 92%。当孔隙率从 40% 增加到 60% 以及负极活性层厚度从 55 μm 增加到 85 μm 时，容量利用率分别从 58% 到 79% 和从 68% 到 59% 不等。在速率测试中，当速率从 0.5 C 变化到 2 C 时，电池厚度变化从 2.49 μm 减小到 1.56 ... Read More

磁性和弹性是材料中最基础的两种性质。由于磁弹耦合作用，磁性材料的某些声学模式可以显著地影响其磁性模式，反之亦然。利用磁弹耦合作用可以实现声波的非互易性传播、声波驱动的磁畴壁和磁斯格明子、声波辅助的磁化翻转等等。 我们利用了COMSOL Multiphysics内置的固体力学模块以及课题组开发的微磁学模块。我们可以在时域中仿真磁弹耦合波的传播、磁结构的稳定和运动，可以在频域中仿真磁弹耦合波的本征模式、磁斯格明子的呼吸和旋转模式。在频域中，我们利用floquet边界条件设置布洛赫周期并进行参数化扫描，可以更快速地计算磁弹耦合波的能谱。 通过COMSOL ... Read More

磁性斯格明子是磁性系统中的一种准粒子自旋结构，其受拓扑保护和易被自旋极化电流驱动的性质使其在赛道存储器、自旋逻辑门、神经形态计算等应用领域备受关注。基于自主开发的COMSOL Multiphysics的微磁学模块，我们设计了一种具有周期性缺陷纹样的斯格明子赛道，利用空间结构的不均匀性和垂直磁各向异性产生对斯格明子的强钉扎效应以实现数据寄存，通过操控极化电流脉冲产生的自旋轨道力矩实现斯格明子在缺陷位上的定向跳跃以实现数据移位，并可在初始位上生成不同的斯格明子序列以实现数据串的整体操控。该模型设计已在室温下的Ta/CoFeB/MgO多层膜体系中通过实验证实。 Read More

铁磁材料中的各类磁织构有望为新一代信息处理与存储的硬件方案奠定基础，比如磁畴壁和磁性斯格明子(skyrmion)等。基于本课题开发的COMSOL微磁学模块可以仿真介观层面上磁性材料内磁矩的动力学行为，即求解Landau-Lifshitz-Gilbert方程。在本工作中，我们利用COMSOL微磁学模块计算了铁磁体系中两类磁织构的动力学行为。首先，在准一维的铁磁体系中，两个180°磁畴壁之间由于交换相互作用产生近程的拓扑排斥效应，因此通过塞曼场将它们挤压在一起可以生成一个360°磁畴壁，这个360°磁畴壁中存在一维自旋波的束缚态。其次，在准二维的铁磁体系中 ... Read More

在半导体增材制备的过程中，磁控溅射，使用电离的氩离子轰击靶材形成等离子气团，进而扩散转移到晶圆表面是一种常见的增材加工工艺。许多的MEMS应用和先进封装技术中常会通过偏转靶材和衬底的相对夹角进行溅射镀膜，从而形成特殊的台阶覆盖。传统来说，上述过程的工艺仿真（TCAD）往往是以变形网格耦合定向的靶材通量实现镀膜形貌的仿真；然而，变形网格的方法难以仿真封闭微腔（不连通的新域）形成，定向的靶材流体通量忽略了镀材的扩散运动在背向镀膜侧的镀材沉积。 使用COMSOL Multiphysics，我们提出了一种求解等离子体/稀释气体的流体场通量 ... Read More

射频变温压差膨化是一种新型的无油膨化技术，目前已被应用到原切薯片制备过程中。薯片膨化过程中涉及了质量、动量、能量运输以及材料的大体积形变。开发出能够描述热量和水分传输、快速蒸发和大变形的基本模型，有助于了解并优化影响膨化过程的各个因素。本研究结合COMSOL软件中固体传热、固体力学、射频磁场等模块进行了耦合分析。我们采用电磁热多物理场来耦合电流与固体传热模块，研究了不同环境与设备参数对薯片加热的影响；通过吸湿膨胀多物理场，水分变化的稀物质传递模块与固体力学模块中的结构变化相耦合，利用空气中水分输送来模拟环境气氛的变化；在膨化变形过程的瞬态模拟中 ... Read More

轻质保温材料具有的低导热系数与材料内部所形成的结构有一定的关系。本课题所制备的轻质保温材料中由气孔、材料基质以及纤维三相组成。为研究纤维占比量对材料温度场分布的影响，采用COMSOL Multiphysics 有限元分析软件来模拟纤维加入量不同时，材料温度场的分布情况；通过图像分析软件，分析不同孔半径对材料导热系数的关系。模拟结果表明：随着纤维加入量的增加，材料高温区域面积随着纤维加入量的增加面积逐渐缩小，低温区域面积逐渐增加，材料冷面温度下降。 Read More

本研究利用COMSOL软件对静电纺纳米纤维单向导水过滤材料的过滤与单向导水过程进行仿真模拟。利用CAD对静电纺丝纳米纤维材料进行三维建模，将模型导入COMSOL中。然后，利用层流模块对气体受到的阻力进行模拟，并将模拟结果和实验结果进行比较，结果显示实验与模拟的滤阻变化趋势一致，说明了模拟的可靠性性。纤维膜的单向导水过程的模拟，选用了层流和流体相场接口进行多物理场模拟，利用COMSOL对静电纺丝纳米纤维和液体进行二维建模，对液体的流向以及纤维受到的压力进行分析，实验结果证明了单向导水的渗透机理。两项模拟的成功验证了纳米纤维单向导水空气过滤膜的功能性 ... Read More