1 北京工业大学 信息学部 光电子技术省部共建教育部重点实验室
2 北京工业大学 材料与制造学部 先进半导体光电技术研究所,北京 100124
基于CMOS工艺制备了空穴触发的Si基雪崩探测器（APD），基于不同工作温度下器件的击穿特性，建立空穴触发的雪崩器件的击穿效应模型。根据雪崩击穿模型和击穿电压测试结果，拟合曲线得到击穿电场与温度的关系参数（dE/dT），器件在250~320 K区间内，击穿电压与温度是正温度系数，器件发生雪崩击穿为主，dV/dT=23.3 mV/K，其值是由倍增区宽度以及载流子碰撞电离系数决定的。在50~140 K工作温度下，击穿电压是负温度系数，器件发生隧道击穿，dV/dT=-58.2 mV/K，其值主要受雪崩区电场的空间延伸和峰值电场两方面因素的影响。
硅基雪崩探测器 击穿电压 温度系数 击穿模型 silicon based avalanche detectors breakdown voltage temperature coefficient breakdown mode
1 南京晓庄学院电子工程学院, 江苏 南京 211171
2 南京林业大学信息科学技术学院, 江苏 南京 210037
3 南京市产品质量监督检验院, 江苏 南京 210019
研究了质保期内, 六种常见抗生素类药物（氧氟沙星胶囊、 氧氟沙星片、 诺氟沙星胶囊、 阿奇霉素片、 罗红霉素片和盐酸左氧氟沙星片）, 三种治疗COVID-19抗病毒药物（利巴韦林片、 盐酸阿比多尔片和磷酸氯喹片）和一种祛痰类药物（盐酸氨溴索片）的远红外（1～10 THz）和中红外（400～4 000 cm-1）光谱。 模拟了车载等高温环境（65 ℃）对药物结构和晶型的影响, 并将其反馈到红外光谱的变化上。 经过两个多月连续不间断的实验发现, 除盐酸氨溴索片中间可能发生了药物晶型的改变, 其他药品结构和晶型均几乎未发生任何改变。 胶囊类药物长期处于高温环境下, 表皮变脆, 容易破裂, 但内部药物的药效几乎未变。 以氟喹诺酮类抗生素（氧氟沙星和诺氟沙星）为例, 结合密度泛函理论（DFT）, 借助势能分布（PED）方法, 利用Crystal14和Gaussian16软件分别以两种抗生素的单分子、 多聚体和晶体构型为基础, 选择B3LYP/6-311++G(d, p)基组计算其理论红外光谱, 得到了所有特征峰对应的振动模式及其贡献率, 实现了对实验光谱的精确指认。 研究发现: 从单体到多聚体再到晶体, 晶格间的堆积力（π—π作用等）占分子间作用比例最大, 超过90%。 所以, 只有以考虑了周期性边界条件的晶体为初始构型进行理论计算, 更加贴合实验结果。 远红外波段的振动模式主要源自分子的集体振动（其中, 振动占比99%以上, 转动和平动占比小于1%）, 分子间氢键和范德华力引起的面外弯曲振动贡献最大, 超过90%。 中红外波段, 也存在一定比例的分子间相互作用, 如: 诺氟沙星在1 440 cm-1以及氧氟沙星在1 524 cm-1处的峰只在以晶体为构型的理论光谱中重现, 分别来自晶体中分子的集体振动以及O—H…O键的伸缩振动。
红外光谱 药物 温度特性 密度泛函理论 振动模式 Infrared spectrum Drugs Temperature characteristics Density functional theory Vibrational modes 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3719
1 南京晓庄学院电子工程学院, 江苏 南京 211171
2 南京市产品质量监督检验院, 江苏 南京 210019
3 南京林业大学信息科学技术学院, 江苏 南京 210037
自新冠肺炎(COVID-19)疫情爆发以来, 国内外多家研究机构和企业都在加快推进新冠病毒(SARS-CoV-2)抗体药物的研发。 药物多晶型限制了有效药物的研发进度。 药物生产、 存储和使用环境影响了药物的稳定性。 红外光谱作为一种快速无损检测手段, 可从振动光谱反映出药物结构、 晶型甚至生产工艺上的差异大大提高了研发效率。 首次以三种临床试验被认为治疗新冠肺炎有效药物: 磷酸氯喹, 利巴韦林和盐酸阿比多尔为例, 利用傅里叶红外光谱仪测试得到它们在远红外(1~10 THz)和中红外(400~4 000 cm-1)波段的振动光谱。 远红外光谱中, 利巴韦林的特征峰位于: 2.01, 2.68, 3.37, 4.05, 4.83, 5.45, 5.92, 6.42和7.14 THz附近; 磷酸氯喹的特征峰位于: 1.26, 1.87, 2.37, 3.06, 3.78, 5.09和6.06 THz附近; 盐酸阿比多尔的特征峰位于: 2.24, 3.14, 3.72, 4.25和5.38 THz附近。 结合密度函理论, 选择B3LYP杂化泛函和6-311++G(d,p)基组, 利用Crystal14和Gaussian16软件分析了光谱中所有特征峰对应的振动模式, 实现了对振动光谱的精确指认。 远红外波段, 振动模式源自分子的集体振动。 中红外波段, 2 800 cm-1以下, 振动模式主要源自基团的面内外弯曲和摇摆; 2 800 cm-1以上, 振动模式过渡为C—H, O—H和N—H键的面内伸缩。 以考虑了周期性边界条件的晶体结构作为理论计算的初始构型, 会让理论光谱与实验光谱更加吻合, 尤其是在远红外波段和中红外400~1 000 cm-1的低频段。 该研究对深入理解磷酸氯喹, 利巴韦林和盐酸阿比多尔等抗病毒药物的药学特性, 药物间相互作用, 控制药物生产过程, 指导药物存储和使用有重大意义。
抗病毒药物 振动模式 FTIR COVID-19 Antiviral drugs DFT Vibrational modes FTIR COVID-19 DFT 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2047
1 海军航空大学青岛校区, 山东 青岛266041
2 中国人民解放军92724部队, 山东 青岛 266109
微波着舰引导系统(舰载MLS）采用相控阵天线和时间基准波束扫描原理，实现对舰载机着舰的精确引导。舰体运动会引发天线各振子相对位置的改变，导致系统引导误差。通过建立舰载MLS相控阵天线方向图及振动误差模型，针对相控阵天线3个轴向随机运动模式对引导性能的影响进行仿真分析，提出了一种舰体运动造成的舰载MLS引导误差的抑制方案。仿真结果表明，该算法可以稳定地跟踪舰体的随机运动，对舰载MLS相控阵天线进行三维运动补偿，有效改善接收端的信号质量，从而一定程度上提高舰载MLS的引导性能。
微波着舰引导系统 相控阵天线 引导误差 随机运动 运动补偿 carrier-borne MLS phased array antenna guidance error random motion motion compensation
1 南京林业大学信息科学技术学院, 江苏 南京 210037
2 南京大学电子科学与工程学院, 江苏 南京 210023
采用可调温太赫兹时域光谱(TDS-THz)系统, 测量了脂肪族L-天冬酰胺、 L-半胱氨酸、 L-丙氨酸和芳香族L-酪氨酸四种氨基酸在低温下的温度特性, 实验中, 分别在降温和升温过程中选取了以下温度节点: 常温, 250, 200, 150, 100, 70, 40, 10以及45 K等, 观察样品对太赫兹吸收光谱的异同; 结合傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对室温下上述四种氨基酸在低频段(05～2 THz)范围内的吸收峰进行了验证, 同时采用拉曼光谱仪测试了高频段(3～6 THz)范围内的这四种氨基酸在常温下的拉曼强度, 以此来验证了实验的准确性。 结果表明: 脂肪族和芳香族氨基酸太赫兹光谱对温度变化的响应存在差异, 随着温度降低, 两类氨基酸的吸收峰位置均发生蓝移现象, 同时部分氨基酸出现新的吸收峰, 但是吸收峰线宽的变化略有不同。 最后, 采用量子化学Gaussian 09软件包, 分别选取一种脂肪族氨基酸和一种芳香族氨基酸, 通过密度泛函理论对其单分子和晶胞结构进行了计算, 对比测试结果可以得出两种氨基酸的振动模式是由分子间作用力形成的。
太赫兹光谱 氨基酸 温度相关性 蓝移 拉曼光谱 Terahertz spectroscopy Amino acid Blue shift Raman spectroscopy
1 南京林业大学信息科学技术学院, 江苏 南京 210037
2 三江学院电子信息工程学院, 江苏 南京 210012
3 南京大学化学工程学院, 江苏 南京 210023
4 南京林业大学现代分析测试中心, 江苏 南京 210037
应用傅里叶红外光谱仪和激光拉曼光谱仪测试了RNA碱基在太赫兹波段（1～10 THz）的红外和拉曼光谱, 同时结合Guassian09软件和周期性边界条件下基于能量的分块方法（PBC—GEBF）, 分析了RNA碱基晶体的红外和拉曼光谱特征, 得到了所有特征峰位置及其对应的振动模式, 且计算光谱与测试光谱一致吻合, 表明碱基粉末样品为无定形晶体结构。 通过对红外光谱的分析可知, 在太赫兹波段, 腺嘌呤和鸟嘌呤都有6个红外活性振动模式, 胞嘧啶和尿嘧啶分别为6个和3个红外活性振动模式, 与实验结果相比, 除了鸟嘌呤6.35 THz处的弱吸收峰没能重现, 4.83和5.39 THz处的吸收峰简并； 胞嘧啶4.3和4.79 THz处吸收峰简并； 尿嘧啶3.32和3.82 THz处的吸收峰简并外, 其他吸收峰的位置和强度均被准确地模拟重现。 通过对拉曼光谱的分析可知, 理论和实验光谱基本一致, 除了尿嘧啶3.52和4.48 THz处特征峰简并； 鸟嘌呤7.26和8.03 THz, 3.57, 4.02, 4.49, 4.89和5.98 THz处特征峰简并外, 其他特征峰的位置和强度均被准确的模拟重现。 通过对特征峰的分析和辨认, 可知在1～10 THz, RNA碱基的振动模式均来源于晶格内分子的集体振动, 分子间的氢键和弱相互作用力对振动模式的贡献很大, 进一步分析可知, 在1～5.5 THz, 其振动模式来自所有原子参与的集体振动, 在5.5～10 THz, 振动模式来自于部分原子参与的集体振动。 此项研究对揭示RNA碱基在构成生物大分子结构、 生物大分子鉴定以及太赫兹波段光谱的形成机制等方面, 具有重要的理论和实际参考价值。
RNA碱基 太赫兹光谱 拉曼光谱 RNA nucleobases THz spectra Raman spectra PBC-GEBF PBC-GEBF 光谱学与光谱分析
2016, 36(12): 3863
1 南京林业大学, 江苏 南京 210037
2 三江学院, 江苏 南京 210012
利用太赫兹时域光谱技术研究了松材线虫、拟松材线虫、鲱鱼、鲑鱼和白杨等不同 DNA分子的吸收光谱,分析发现:随着样品厚度的减少,吸收峰会发生简并现象;折射率也会随着样品厚的增加而增加。通过比较不同 DNA分子的吸收谱还发现:相似物种 DNA分子比不同物种具有更多重合的吸收峰,推测这跟 DNA分子内碱基排序有关。在 DNA检测方面,傅里叶红外光谱仪和太赫兹光谱仪配合使用,可以从光谱的宽度和精度上互补,发挥更大优势。最后得到几种不同 DNA分子所有吸收峰位置,这为今后建立 DNA太赫兹光谱数据库和鉴别 DNA大分子奠定基础。
吸收频率 折射率 太赫兹时域光谱技术 absorption frequency refractive index DNA DNA THz-TDS
1 南京林业大学信息科学技术学院, 江苏 南京210037
2 南京林业大学现代分析测试中心, 江苏 南京210037
采用傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)和密度泛函理论(DFT)研究了常温环境下生物素和吡哆素两种维生素的太赫兹光谱特性, 测量和理论分析的结果显示在太赫兹范围内, 维生素分子内存在较强的分子内和分子间相互作用力。 实验中样品与聚乙烯粉末按照不同的比例进行混合, 结果表明样品所含比例越大, 其在高频段的吸收谱重复性越差, 这证实了维生素样品的吸收率随着频率升高逐渐增加。 采用密度泛函理论(DFT)分析了生物素和吡哆素的单分子、 二分子、 三分子、 以及晶胞分子的太赫兹光谱, 指证了对应的吸收峰, 阐明了分子内和分子间相互作用力的振动和转动机制。
生物素 吡哆素 FTIR光谱 DFT理论 Fourier transform infrared spectroscopy Biotin Pyridoxine DFT method 光谱学与光谱分析
2015, 35(10): 2946
