山东大学优秀研究生导学团队候选团队——热辐射传递及能量转换团队

发布日期:2023-06-02 点击数:

   

热辐射传递及能量转换团队,以“红外热辐射特性及其传输机理”教育部创新团队为核心载体,拥有国家杰青1人、国家海外高层次青年人才1人、山东省海外优青、青年泰山学者1人、山东大学齐鲁青年学者2人、山东大学青年未来学者5人。团队自2017年8月成立以来,目前共指导博士研究生17名、硕士生51名,其中博士研究生付志伟荣获国防科技进步一等奖。团队立足航空航天热控、高温热辐射等国家重大需求,承担国家重点研发计划课题1项,国防科技创新特区H863项目1项(中央军委科技委),山东省JM融合重点项目1项,装发“十三五”预研项目子课题1项,国防科技重点实验室基金3项,国家自然基金8项,山东省自然科学基金5项,企事业单位委托课题近20项,发表SCI学术论文70余篇。基于本团队的科研优势,联合山东大学化学与化工学院、航天三院306所共同申报“特种热防护材料与技术”国家重点实验室,目前已进入试运行阶段。推进成立了山东大学-诺丁汉大学绿色能源与材料联合研究中心、山东大学新泰工业技术研究院。

教书育人方面,热辐射传递及能量转换团队始终秉承山东大学“为天下储人才,为国家图富强”办学宗旨,以“培养符合国家战略需求的新工科复合型人才”目标,积极探索高校与研究院所的创新人才培养模式,努力培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

一、立足航空航天热控重大战略需求,团队协同创新高质量发展

团队围绕光热辐射传输机理及应用,面向国家重大战略需求及辐射理论体系的完善,系统开展了高温气体光谱辐射物性预测和复杂介质中的辐射传输及调控机理研究,标志性成果如下:

高温气体光谱辐射物性是高超声速飞行器防御体系建设、天基光学预警与光谱诊断、行星大气探测等重大国防战略需求的关键参数。目前,美国、俄罗斯、日本、法国等军事科技强国已经各自建立了相关基础数据库,并将其作为“战略数据库”长期对我国进行技术封锁,成为制约我国相关装备研制和关键信息获取的卡脖子问题。针对该问题,发展了高激发态气体光谱的量子化学计算方法,研究了高温气体电离前后的热化学反应动力学机制、辐射机制以及耦合作用,目前已获得了多种双原子分子离子在高激发态下的反应速率常数和光谱谱线数据,为建立我国自主的高温气体光谱辐射特性参数数据库提供了重要的先行性理论探索和有效尝试,相关计算方法和研究成果目前处于国内领先水平。

颗粒弥散介质内的辐射传输一直以来是能源利用、卫星对地/对海遥感探测、生物医学、材料以及军事科学等领域研究的热点和前沿问题。相关工程领域所涉及的大气、水体、光学材料等实际背景介质多具有吸收特性,但当前计算中所采用的经典颗粒散射理论均未考虑背景介质吸收对颗粒散射的影响,存在显著缺陷。而目前国际上开展的研究主要是围绕着球形颗粒将经典的Mie理论拓展到吸收性背景介质,关于吸收性背景中的颗粒散射理论尚不完善,还存在诸多争议。针对该问题,从严格的电磁场理论出发,采用传统虚拟球面积分和实际探测器积分两种不同方法,发展了非球形粒子在吸收性介质中的广义光学定理,将推导得到的物理量协调为可观测量,并研究了背景介质吸收性对粒子消光特性的影响,完善了颗粒散射和辐射传输的理论体系。

光谱辐射特性调控涂层是军事装备红外隐身和航天器热控的主要手段,其光谱辐射特性的精确预测和针对性设计方法是新型高性能涂层研制、长寿命高可靠性航天器制造的核心问题。针对当前主流模型和设计方法存在低效率低准确性的问题,发展了从基础组分基础辐射物性到表观光谱辐射特性的跨尺度预测方法,建立了涂层辐射特性精细化预测理论模型、基于机器学习的辐射散热兼容型、光谱-方向兼容型红外隐身涂层的设计方法,以及基于热致变色和电致变色的智能自适应光谱辐射特性调控涂层的设计方法,有效提升了预测结果的准确性和新型隐身/热控涂层的研制效能,相关研究成果已被航天二院、航天五院等国防航天科研单位采用。

近年来,团队建设4个平台:凝聚态物质光学常数/介电函数的理论模拟与实验测量平台、复杂环境背景下目标光学/红外辐射特性建模与测量平台、能源转换与利用综合实验平台、电致变色涂层实验平台和航天器地面热试验平台联合申报国家重点实验室1个(试运行);推进成立了山东大学-诺丁汉大学绿色能源与材料联合研究中心、山东大学新泰工业技术研究院。引进并培育国家海外高层次青年人才1人、山东省海外优青、青年泰山学者1人、山东大学齐鲁青年学者2人、山东大学青年未来学者5人。承担国家重点研发计划课题1项,国防科技创新特区H863项目1项(中央军委科技委),山东省JM融合重点项目1项,装发“十三五”预研项目子课题1项,国防科技重点实验室基金3项,国家自然基金8项,山东省自然科学基金5项,企事业单位委托课题近20项,发表SCI学术论文70余篇。

二、坚持党建引领,培养符合国家战略需求的新工科复合型人才

团队始终坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,全面贯彻党的教育方针,落实立德树人根本任务,心怀“国之大者”,以培养符合国家战略需求的新工科复合型人才为己任。

团队以“红外热辐射特性及其传输机理”教育部创新团队为核心载体,自2017年8月成立以来始终秉持将科研优势转化为育人优势的理念通过光-热辐射研究中心这个平台,邀请国内外优秀青年人才或中国航天研究所如501所一线专家进行科研讲座或学术报告,营造浓厚的学术科研氛围,并激发研究生参与科学研究与科技创新的热情。此外,研究团队始终坚持学以致用的育人理念,通过与国内科研院所如工业和信息化部电子第五研究所,建立紧密的研究生联合培养模式,鼓励研究生将课堂所学基础理论应用到工程实际中,并在工程项目中发现并提炼关键科学问题,从而探索新理论、新方法。通过采取该培养模式,博一研究生付志伟从事器件可靠性物理机制研究工作,并荣获国家科技进步一等奖,并在工业和信息化部借调,服务于我国汽车电子芯片产业的发展。硕士生王健发展了一种用于实现器件瞬态温度场的快速仿真方法,相关工作发表SCI/EI文章两篇,授权1项中国发明专利,受理美国专利1项,荣获工业和信息化部电子五所2022年度一等奖学金。此外,团队业已培养的17名毕业生入职华为、海信日立、温州特种研究所等国有大型重点企业或事业单位,在自己的岗位上为国家经济建设和社会发展做出了重要贡献。


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