Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics, Xidian University, Xi’an 710071, China
2 Institute of Applied Physics, Karlsruhe Institute of Technology, 76128 Karlsruhe, Germany
3 Institute of Nanotechnology, Karlsruhe Institute of Technology, 76344 Eggenstein-Leopoldshafen, Germany
4 Institute of Biological and Chemical Systems, Karlsruhe Institute of Technology, 76344 Eggenstein-Leopoldshafen, Germany
5 Department of Physics, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, Illinois 61801, USA
6 e-mail: lium@xidian.edu.cn
7 e-mail: uli@uiuc.edu
8 e-mail: peng.gao@xidian.edu.cn
We introduce two-beam phase correlation spectroscopy () as a label-free technique to measure the dynamics of flowing particles; e.g., in vitro or in vivo blood flow. combines phase imaging with correlation spectroscopy, using the intrinsic refractive index contrast of particles against the fluid background in correlation analysis. This method starts with the acquisition of a time series of phase images of flowing particles using partially coherent point-diffraction digital holographic microscopy. Then, phase fluctuations from two selected circular regions in the image series are correlated to determine the concentration and flow velocity of the particles by fitting pair correlation curves with a physical model. is a facile procedure when using a microfluidic channel, as shown by the measurements on flowing yeast microparticles, polymethyl methacrylate microparticles, and diluted rat blood. In the latter experiment, the concentration and average diameter of rat blood cells were determined to be and , respectively. We further analyzed the flow of mainly red blood cells in the tail vessels of live zebrafish embryos. Arterial and venous flow velocities were measured as and , respectively. We envision that our technique will find applications in imaging transparent organisms and other areas of the life sciences and biomedicine.
Photonics Research
2023, 11(5): 757
昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明 650093
电子背散衍射(EBSD)花样揭示了材料的物相成分、晶体结构、晶粒取向、晶粒大小和晶界的信息。EBSD花样非常复杂，通常需要借助专门的计算软件才能解析。本文系统地研究了EBSD花样的数学特征，建立了任意晶体取向与EBSD花样之间的数理关系，推导了面心立方、体心立方和六方晶体的基本晶带轴的理论EBSD花样的数学特征，以及面心立方晶体的(001)<110>取向和(001)<100>取向的理论菊池(Kikuchi)花样特征。在实测EBSD花样的分析中与各晶系各点阵的基本晶带轴的理论EBSD花样特征比较，即通过图像特征对比，就可以直接确定实测EBSD花样所属的晶系、点阵和Kikuchi线交点对应的晶带轴［uvw］，再由基本晶带轴的坐标计算出晶体取向，还能提供基本晶面信息，如原子密排晶面在样品中的空间分布，这有利于晶体的变形或生长机理研究。EBSD为单晶芯片质量检验提供了新方法。
电子背散衍射 晶体结构 晶体取向 晶粒大小 结构表征 数学特征 菊池花样 晶带轴 electron backscattering diffraction crystal structure crystal orientation grain size structural characterization mathematical characteristic Kikuchi pattern zone axis
昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明 650093
采用固相反应法制备铜铁矿结构的CuAl1-xMgxO2 (x=0、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04)多晶，研究了Mg掺杂对CuAlO2多晶结构和性能的影响。Mg掺杂量x从0增加到0.02，样品均为菱方R3m单相，密度依次提高；所有样品呈半导体的热激活电输运行为，x=0.02样品在室温下的电阻率是未掺杂样品的1/19，热激活能显著下降(x=0时，ρ300 K~5.54 Ω·m，Ea~0.328 eV；x=0.02时，ρ300 K~0.29 Ω·m，Ea~0.218 eV)，载流子浓度增加1个量级，主要因为Mg2+取代Al3+，引入新的受主能级。x>0.02时，MgAl2O4尖晶石杂相出现，使其电导率和热导率降低。CuAl1-xMgxO2多晶的晶格热导率在总热导率中占绝对优势，且随温度升高(300~500 K)而下降，晶格热导Callaway模型模拟表明，所有样品的热阻主要源于点缺陷-声子散射。与x=0相比，x=0.02样品的室温热导率增大1倍(κ~13.065 0 W/(m·K))，声速增大，点缺陷-声子散射减弱，分析认为掺Mg形成强的Mg-O键，提高了晶体的弹性模量和声子频率，减弱了本征点缺陷、Mg掺杂引起的质量波动和应变场波动对声子的散射，同时Mg掺杂样品的密度提高也有利于增加热导率。
CuAl1-xMgxO2多晶 微结构 电阻率 晶格热导率 点缺陷-声子散射 Mg-O键 CuAl1-xMgxO2 polycrystal microstructure electrical resistivity lattice thermal conductivity point defect-phonon scattering Mg-O bond
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 陕西省计量科学研究院, 陕西 西安 710100
针对高功率半导体激光芯片工作温度升高易引起芯片性能退化和失效问题, 首先理论分析了工作温度对内量子效率的影响机理。其次, 为量化温度影响芯片稳定性的主要因素, 自主搭建高功率半导体激光列阵芯片测试系统, 研究15~60 ℃半导体激光列阵芯片的温度特性, 分析了5种能量损耗分布及其随温度的变化趋势。实验结果表明, 当温度由15 ℃升高至60 ℃, 载流子泄漏损耗占比由2.30%急剧上升至11.36%, 是造成半导体激光芯片在高温下电光转换效率降低的主要因素。最后进行了外延结构的仿真优化, 仿真结果表明, 提高波导层Al组分至20%, 能有效限制载流子泄漏, 平衡Al组分增加带来的串联电阻增大问题, 可以获得高效率输出。该研究对高温下半导体激光芯片的设计具有重要的指导意义。
高功率 半导体激光列阵芯片 高温特性 能量损耗分布 high power laser diode array chips high temperature characteristic energy loss distribution
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
3 陕西省计量科学研究院, 陕西 西安 710100
对808 nm的InAlGaAs/AlGaAs半导体激光器芯片的波导厚度进行了优化，研究发现N波导与P波导厚度比值为1.8时芯片电光转换效率最高。基于上述高效率芯片研制出Chip-on-submount(COS)单管和光纤芯径62.5 μm、数值孔径0.22的光纤耦合模块，并研究了两种器件在-10~90 ℃范围内的效率特性。结果显示，温度由-10 ℃升高到90 ℃，COS单管的载流子泄漏占比由1.18%增加到16.67%，光纤耦合模块的载流子泄漏占比由1.99%增加到17.73%，表明温升引起的载流子泄漏加剧是导致电光转换效率降低的主要因素。此外，还研究了高温老炼、热真空、空间辐照对光纤耦合模块电光转换效率的影响，并揭示了导致器件电光转换效率降低的内在因素。
半导体激光器 光纤耦合模块 光功率 电光转换效率 diode lasers fiber-coupled module optical power power conversion efficiency
昆明理工大学材料科学与工程学院, 昆明 650093
采用固相反应法制备了不同烧结温度(950~1 180 ℃)、烧结时间、烧结次数共7种工艺的Sr3YCo4O10.5+δ多晶块材, 通过热分析、XRD、SEM确定了有序化相变和最佳烧结工艺(1 180 ℃/24 h+1 180 ℃/24 h), 并研究了多晶的电磁性能。结果表明, 964 ℃完全晶化的四方相Sr3YCo4O10.5在1 042 ℃吸氧(δ)完成有序化, 生成Sr3YCo4O10.5+δ, 而1 100 ℃和1 180 ℃烧结的样品均出现(103)、(215)超结构峰, 验证了其结构的有序性。块材均呈半导体电输运行为, 二次烧结晶格完整性提高, 晶粒长大, 300 K时电阻率仅为0.06 Ω·cm, 居里温度(Tc)~335 K, 零场冷曲线(ZFC)上的Hopkinson峰源于低温时被冻结的磁矩随温度升高转向磁场方向, 磁化强度在298 K达到最大, 随后受热扰动的影响减小。室温铁磁性源于有序结构导致的中自旋或高自旋态Co3+的eg轨道有序。
Sr3YCo4O10.5+δ多晶 固相反应法 磁性能 Hopkinson峰 室温铁磁性 Sr3YCo4O10.5+δ polycrystal solid state reaction magnetic property Hopkinson peak room temperature ferromagnetism
1 昆明理工大学材料科学与工程学院, 云南 昆明 650093
2 河北地质大学宝石与材料学院, 河北省水资源可持续利用与产业结构优化协同创新中心, 河北 石家庄 050031
高温硫化硅橡胶具有优良的电气性能、 机械性能、 憎水性而广泛应用于特高压输电线路, 但亦会受外界环境的影响而老化, 其抗紫外老化性能受到关注。 课题组模拟户外紫外辐射环境, 设计搭建了可调式紫外辐射加速老化试验箱, 对A、 B两个厂家的高温硫化硅橡胶样品进行了紫外辐射(0, 500和1 000 h)加速老化实验, 重点对辐射前后的试样进行X射线光电子能谱全谱扫描和窄区谱分析、 确定元素化学位移及相对含量, 分析紫外辐射对高温硫化硅橡胶表面化学态的影响, 进而判断紫外辐射加速高温硫化硅橡胶老化机制。 结果表明: 高温硫化硅橡胶主要元素为O1S, C1S, Si2p, 其中O1S主要以O—Si—O(532.4 eV)的形式存在, 紫外辐射后, 拟合分峰观察到534 eV的—OH的小峰, 积分面积随辐照时间延长而增加; C1S为C—H, C—C(284.8 eV)或C—O(286.3 eV), 随着辐射时间的延长, C—H和C—C结合能峰积分面积减小, C—O结合能峰的积分面积略微增加; Si2p为Si—C(102.39 eV), 紫外辐射后新增SiOx(x=3～4)结合能峰(103.6 eV)且积分面积随辐射时间延长而增加。 分析认为紫外辐射加速老化的机理是紫外线切断硅橡胶中键能较低的部分Si—C, C—C和C—H键, 裂解后的自由基可相互结合发生交联反应形成SiOx(x=3～4); 辐射产生高活性的臭氧氧化自由基生成—COOH。 XPS技术能够探究高温硫化硅橡胶的表面化学态从而促进其老化机理的研究。
X射线光电子能谱 高温硫化硅橡胶 紫外辐射加速老化 微观机制 X-ray photoelectron spectroscopy High-temperature vulcanization silicone rubber Ultraviolet radiation accelerated aging Micro mechanism
1 西安电子科技大学物理与光学工程学院, 陕西 西安 710071
2 西安电子科技大学智能传感交叉研究中心, 陕西 西安 710071
随着拉曼光谱技术的快速发展, 尤其是便携式拉曼光谱仪的普及, 拉曼光谱在食品安全快速分析领域显得极为重要。 目前拉曼光谱用于白酒质量的定量分析还较少。 因为在不同乙醇浓度下, 乙醇水溶液微观结构不同, 所以其拉曼光谱会有区别。 提出一种绝对拉曼差谱分析新方法来定量分析这些光谱区别, 并用于定量获取乙醇的浓度。 把拉曼光谱进行强度归一化, 然后把待测样品的光谱减去纯乙醇的光谱, 再取绝对值就获得了绝对拉曼差谱。 绝对拉曼差谱的强度和浓度有很好的相关性。 利用这种关联测量了一系列瓶装白酒的乙醇含量。 测量值与白酒标识的度数吻合得非常好, 这也证明了绝对拉曼差谱的可靠性。 基于该方法, 系统地测量了西安市一系列散酒的拉曼光谱。 绝对拉曼差谱分析显示散酒的乙醇浓度普遍比其标识值偏低几度, 这也凸显了散装白酒需要加强监管。 实验证明利用绝对拉曼差谱技术可为白酒乙醇浓度测量提供一种快速检测方法。
拉曼光谱 差谱 酒精度 白酒 Raman spectra Difference spectra Alcohol degree Chinese liquor 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2143
昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明 650093
分析透射电子衍射斑点图对于研究晶体结构十分重要,常通过对比法来分析衍射斑点图。本文介绍了单晶标准透射电子衍射斑点图的绘制原理,并绘制了正交晶系的标准衍射斑点图。完善了单晶标准衍射斑点图数据,为科研工作者提供了便利。
单晶衍射斑点 正交晶系 晶面指数 倒易矢量 single crystal diffraction spot orthorhombic system crystal plane index reciprocal vector
1 昆明理工大学材料科学与工程学院, 云南 昆明 650093
2 河北地质大学宝石与材料工艺学院, 河北 石家庄 050031
3 南京电气(集团)有限责任公司, 江苏 南京 210046
高温硫化(HTV)硅橡胶复合绝缘子广泛应用于特高压输电线路, 其抗紫外老化性能越来越受到人们的关注。 采用自行设计的可调式紫外老化试验箱对两个厂家的高温硫化硅橡胶样品进行了紫外辐照(0, 500和1 000 h)加速老化实验, 辐照光波长范围为320～750 nm。 对辐照前后试样进行傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)测试, 分析谱峰的变化与试样(表面)官能团的关系, 辅以扫描电子显微镜(SEM)和憎水性、 体积电阻率的测试来研究HTV硅橡胶的老化机理。 结果表明: 高温硫化硅橡胶FTIR全谱图中1 260 cm-1处Si—CH3反射峰和800 cm-1附近Si—(CH3)2反射峰强度随辐照时间的增加而逐渐减弱, 1 000～1 100 cm-1处的Si—O—Si反射峰强度随辐照时间的增加先减弱后增强; 扫描电镜观察到辐照后的样品表面出现大颗粒和坑洞、 粗糙度变大, 其主要元素O, Si和Al重量百分比略增加; 喷水分级法在表面形成的水珠随着样品辐照时间的延长由均匀分布变得不均匀且出现合并, 憎水性有明确下降; 体积电阻率略微降低。 分析认为: 辐照后紫外线切断了HTV硅橡胶部分Si—C, C—C和C—H键, 对称排列的非极性甲基基团—CH3从硅氧主链上脱落, 减弱了对主链强极性的屏蔽作用, 使Si—O—Si峰强度减弱, 且少量侧链被氧化, 形成C—O和—OH(COOH); 而主链之间因裸露出来的自由基—Si·发生进一步的交联反应, 使得Si—O键相对含量增加, 使Si—O—Si峰强度再增强。 二方面结果均导致高温硫化硅橡胶表面极性增强, 憎水性下降。 水本身具有微弱的电离, 憎水性下降的高温硫化硅橡胶易吸收空气中的水使其表面载流子浓度增加体积电阻率略有下降。 通过红外光谱分析, 紫外线是通过切断高温硫化硅橡胶表面的部分Si—C, C—C, C—H键, 使其生成新的自由基并发生交联和氧化而使其老化的。 红外光谱的应用对于高温硫化硅橡胶复合绝缘子老化研究及其在特高压输电线路上的挂网应用均具有重要意义。
高温硫化硅橡胶 紫外辐射加速老化 傅里叶变换红外光谱 扫描电子显微镜 憎水性 体积电阻率 High temperature vulcanization silicone rubber Ultraviolet radiation accelerated aging Fourier transform infrared spectroscopy Scanning electron microscope Hydrophobicity Volume resistivity 光谱学与光谱分析
2020, 40(4): 1063
