作者单位
摘要
1 枣庄学院 光电工程学院,山东 枣庄 277100
2 枣庄学院 信息科学与工程学院,山东 枣庄 277100
提出一种石墨烯-金属超材料复合太赫兹传感器,充分利用石墨烯能带Dirac点附近费米能级对样品的灵敏响应结合超材料表面强局域电场实现了对谷氨酸溶液浓度的多维超灵敏传感。实验结果表明,传感器在频率f =0.58 THz处存在一个明显的透射峰,且该透射峰幅值随谷氨酸溶液浓度的增加先升高后降低。若以透射峰幅值作为传感指标,器件能够探测到的最低浓度在10−1 fg/mL量级。另外,从传感器的透射波相位差-频率关系曲线中提取的斜率与浓度具有类线性关联,这意味着相位差信息也可以作为有效的传感指标。结合透射幅值和相位差两个传感指标,器件可以实现对谷氨酸溶液浓度的超灵敏精确检测。文中提出的器件为发展基于太赫兹超材料的超灵敏氨基酸传感器提供了帮助。
太赫兹超材料 传感器 石墨烯 多维超灵敏 terahertz metamaterials sensors graphene multi-dimension and ultra-sensitivity 
红外与激光工程
2023, 52(9): 20230045
李天澍 1邓德伟 1,2,*李振华 1胡冰 2[ ... ]张勇 2
作者单位
摘要
1 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省激光3D打印装备及应用专业技术创新中心,辽宁 大连 116024
2 沈阳鼓风机集团股份有限公司,辽宁 沈阳 110869
为增强304不锈钢表面性能,利用激光熔覆技术在其表面制备了TiC颗粒增强Fe基复合涂层,研究了激光功率对涂层几何特征、组织特征及硬度的影响规律和原因,引入灰关联分析综合表征熔覆层的组织特征,并推测出激光熔覆过程中TiC颗粒的熔解机制。结果表明,随激光功率的增加,熔覆层高度、气孔率、未熔TiC颗粒含量降低,宽度、深度、稀释率、析出TiC的二次枝晶臂间距增加,析出TiC含量先增加后降低、基体的二次枝晶臂间距先降低后升高且在1800 W时分别达到最高和最低。当激光功率为1800 W时,熔覆层表面成形良好,其组织特征均衡发展且灰关联度达到最大,平均硬度为801.5 HV0.5,达到基体的4.5倍左右。另外,TiC颗粒在激光熔覆中共有两种熔解机制,其特征分别为由外向内和整体分解,两种机制共同作用导致TiC颗粒的完全熔解。
激光技术 激光熔覆 Fe-TiC复合涂层 激光功率 微观组织 硬度 灰关联分析 
激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1914002
邓德伟 1,3,*江浩 1李振华 1宋学官 2[ ... ]张勇 3
作者单位
摘要
1 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省激光3D打印装备及应用工程技术研究中心,辽宁 大连 116024
2 大连理工大学机械工程学院,辽宁 大连 116024
3 沈阳鼓风机集团股份有限公司,辽宁 沈阳 110869
为了获得TiC铁基合金粉末在316L不锈钢上的激光熔覆最佳工艺参数,提出了一种基于遗传算法优化的反向传播(BP)神经网络的激光熔覆参数优化方法。设计三因素五水平的全因子试验,测量了熔覆层的宏观形貌和平均硬度,建立输入参数(激光功率、扫描速度、保护气流量)和响应量(熔覆层宽度、熔覆层高度、稀释率、显微硬度)的神经网络模型。以多元非线性回归分析工艺参数对响应量的影响,并以综合灰关联度表征熔覆层的综合性能,寻优得到最佳参数。试验结果表明,激光功率和扫描速度对熔覆层宽度、稀释率和显微硬度的影响明显,而保护气流量对熔覆层高度影响最显著,遗传算法优化的BP神经网络模型各响应量模型的拟合优度均达到0.85~0.91之间,GA-BP模型精度良好,当参数为1090 W,扫描速度为4.4 mm/s,保护气流量为10 L·min-1,综合性能最佳,表明BP神经网络算法适用于激光熔覆层质量控制和参数优化。
激光熔覆 反向传播神经网络 遗传算法 灰关联度 参数优化 
激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1714001
Haiyun Yao 1Zhaoqing Sun 1,2,6,*Lanju Liang 1,7,*Xin Yan 1,3,8,*[ ... ]Jianquan Yao 5
Author Affiliations
Abstract
1 School of Opto-electronic Engineering, Zaozhuang University, Zaozhuang 277160, China
2 Faculty of Materials and Manufacturing, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
3 School of Information Science and Engineering, Zaozhuang University, Zaozhuang 277160, China
4 School of Electrical and Optoelectronic Engineering, West Anhui University, Lu’an 237000, China
5 College of Precision Instruments and Opto-electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
6 e-mail: zqsun1990@163.com
7 e-mail: lianglanju123@163.com
8 e-mail: yxllj68@126.com
9 e-mail: wyr66439@163.com
Integrating novel materials is critical for the ultrasensitive, multi-dimensional detection of biomolecules in the terahertz (THz) range. Few studies on THz biosensors have used semiconductive active layers with tunable energy band structures. In this study, we demonstrate three THz biosensors for detecting casein molecules based on the hybridization of the metasurface with graphitic carbon nitride, graphene, and heterojunction. We achieved low-concentration detection of casein molecules with a 3.54 ng/mL limit and multi-dimensional sensing by observing three degrees of variations (frequency shift, transmission difference, and phase difference). The favorable effect of casein on the conductivity of the semiconductive active layer can be used to explain the internal sensing mechanism. The incorporation of protein molecules changes the carrier concentration on the surface of the semiconductor active layer via the electrostatic doping effect as the concentration of positively charged casein grows, which alters the energy band structure and the conductivity of the active layer. The measured results indicate that any casein concentration can be distinguished directly by observing variations in resonance frequency, transmission value, and phase difference. With the heterojunction, the biosensor showed the highest response to the protein among the three biosensors. The Silvaco Atlas package was used to simulate the three samples’ energy band structure and carrier transport to demonstrate the benefits of the heterojunction for the sensor. The simulation results validated our proposed theoretical mechanism model. Our proposed biosensors could provide a novel approach for THz metasurface-based ultrasensitive biosensing technologies.
Photonics Research
2023, 11(5): 858
作者单位
摘要
1 昆明理工大学材料科学与工程学院, 云南 昆明 650093
2 昆明理工大学机电工程学院, 云南 昆明 650500
3 昆明理工大学建筑工程学院, 云南 昆明 650500
为明确胞元尺寸对正六边形薄壁蜂窝结构的轴向承载与压缩性能的影响, 通过选区激光熔化制备了直径10 mm、高度15 mm、壁厚0.1 mm、填充胞元尺寸分别为1.75 mm、2.25 mm、2.75 mm和5 mm的正六边形18Ni300薄壁正六边形蜂窝试样, 通过轴向压缩分析了试样的承载能力和缓冲吸能性能。结果表明, 胞元尺寸2.25 mm以上的试样压缩时发生叠缩变形, 且随着胞元尺寸减小, 单位体积承载力和比吸能增加; 但当胞元尺寸减小到1.75 mm时, 试样压缩时发生外翻撕裂破坏, 单位体积承载力和比吸能显著下降。
选区激光熔化 薄壁正六边形蜂窝结构 静态轴向压缩 承载力 比吸能 selective laser melting thin-walled honeycomb structure static axial compression axial load capacity specific energy absorption 
应用激光
2023, 43(2): 34
作者单位
摘要
1 昆明理工大学材料科学与工程学院,云南 昆明 650500
2 昆明理工大学机电工程学院,云南 昆明 650500
为研究选区激光熔化成形过程中热累积效应对0°和90°两种构建方向性能的影响,在ANSYS模拟熔池尺寸和热累积效应的基础上,通过试验分析0°和90°两种构建方向的熔池尺寸、致密度、XRD、微观组织和力学性能的差异。结果表明,在相同体能量密度条件下,垂直构建成形件的热累积效应要高于水平构建成形件,使其熔池尺寸和γ相含量高于水平构建成形,进而使两种构建方向成形件致密度和力学性能产生差异;同时,由于热累积效应的影响,垂直构建成形件的γ相含量随成形高度的变化而变化。
选区激光熔化 钴铬合金 ANSYS有限元模拟 热累积 力学性能 selective laser melting (SLM) Co-Cr alloy ANSYS finite element simulation thermal accumulation mechanical properties 
应用激光
2023, 43(1): 32
作者单位
摘要
1 中国科学院理化技术研究所光化学转化与光电材料重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学材料科学与光电子工程研究中心,北京 100049
近年来,有关类水滑石拓扑转变材料在光、电催化领域如产氢、C1化学转化等方面的研究被广泛报道。研究表明,在不同的煅烧温度、气氛等拓扑转变条件下处理类水滑石,不仅可以提高活性位的分散程度,而且可以实现催化剂物相组成、特定晶面和界面结构的调控。该材料在多种能源催化转化利用中呈现出优越的性能。本文介绍了类水滑石拓扑转变的过程及机制,并分别从光催化、电催化2个方面综述类水滑石拓扑转变材料在能源催化领域的研究进展。
类水滑石 拓扑转变 光催化 电催化 layered double hydroxides topotactic transformation photocatalysis electrocatalysis 
硅酸盐学报
2022, 50(5): 1410
作者单位
摘要
南京理工大学理学院,江苏 南京 210094
利用双向反射分布函数描述目标表面的散射特性是最成熟和常用的方法,其关键在于如何快速准确地获取双向反射分布函数中的各特征参量。基于Cook-Torrance模型对目标表面散射进行建模,使用1550 nm激光对黑漆涂层金属进行探测,将测量数据用遗传-禁忌搜索混合算法进行反演,来获得模型中的未知参量。对比遗传算法和遗传-模拟退火混合算法可知,该算法优化了迭代次数,减小了计算误差,得到与实验值吻合的理论计算值。该研究提供了一种快速准确得到双向反射分布函数中未知参量的计算方法。
散射 双向反射分布函数 遗传算法 禁忌搜索算法 涂漆金属 
激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2129001
作者单位
摘要
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 
人工晶体学报
2022, 51(8): 1422
Author Affiliations
Abstract
School of Science and State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
Reference frame independent and measurement device independent quantum key distribution (RFI-MDI-QKD) has the advantages of being immune to detector side loopholes and misalignment of the reference frame. However, several former related research works are based on the unrealistic assumption of perfect source preparation. In this paper, we merge a loss-tolerant method into RFI-MDI-QKD to consider source flaws into key rate estimation and compare it with quantum coin method. Based on a reliable experimental scheme, the joint influence of both source flaws and reference frame misalignment is discussed with consideration of the finite-key effect. The results show that the loss-tolerant RFI-MDI-QKD protocol can reach longer key rate performance while considering the existence of source flaws in a real-world implementation.
quantum key distribution source flaw measurement device independence 
Chinese Optics Letters
2022, 20(9): 092701

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