中国计量大学太赫兹波研究所，浙江 杭州 310018
传统太赫兹多功能超表面器件只适用于对圆极化波或线极化波进行单独操控，应用场景受到局限。针对这一问题，提出一种全向双功能太赫兹超表面用于对圆极化和线极化波进行操控。该超表面单元由4层聚酰亚胺介质以三明治形式分隔5个金属层（顶层和底层椭圆金属图案、第3和第7层的金属光栅以及中间矩形金属条结构）组成。当圆极化太赫兹波入射时，该超表面结构在频率1.4 THz和1.5 THz处产生拓扑荷数l=±1、±2涡旋波束，在1.3 THz处产生l= -1四个涡旋波束和l=+2偏移涡旋波束，并且在1.5 THz处同时产生l=-1、+2叠加涡旋波束。当线极化太赫兹波从±z方向入射时，所设计的超表面在频率0.72 THz处实现透射波极化转换功能，极化转换率大于95%。研究结果表明，该超表面为实现双向多功能太赫兹波调控器件设计提供了一种创新思路。
太赫兹 涡旋波束发生器 极化转换 多功能
1 济南大学, 山东省建筑材料制备与测试技术重点实验室, 济南 250022
2 山东华邦建设集团有限公司, 青州 262500
光催化剂在水泥基材料中的分散性问题一直是制约光催化水泥基材料性能的主要因素之一。本文通过在水泥基材料成型过程中加入铋系光催化前驱体溶液实现原位光催化水泥基材料的合成, 提高光催化剂在水泥基体中的分散性, 赋予水泥基材料光催化性能的同时改善水泥基体抗压强度。通过扫描电镜和EDS能谱对光催化水泥基材料微观结构和成分进行表征。结果表明, 光催化水泥基材料对罗丹明B的降解效率最高可达91.64%, 对氮氧化物的降解效率最高可达到15.03%, 早期机械强度提升约10%。光催化剂在水泥基体中分散更加均匀, 同时水泥基体致密度提高。本文揭示了原位光催化水泥基材料的光催化性能与机械性能的提升机制, 为其他功能性水泥基材料的制备提供了理论基础。
原位合成 光催化 水泥 微观结构表征 机械强度 in-situ synthesis photocatalysis BiOX BiOX cement microstructure characterization mechanical strength
北京印刷学院 印刷与包装工程学院, 北京 102600
有机光电材料大致可分为小分子或低聚物和聚合物两类。载流子迁移率是衡量有机光电材料导电性能的重要参数, 直接关系到材料对电荷的传输能力。因此, 测量材料的载流子迁移率是研究有机光电材料的基本工作之一。通过对几种不同测试方法的总结与分析, 报道了几种载流子迁移率测试技术, 并指出各种测试方法的应用原理及适用的测试范围, 对采用合理的手段研究考察载流子在有机光电材料及器件中的传输特性及其对有机光电器件的性能影响有重要的意义。
载流子迁移率 有机光电材料与器件 测量方法 charge carrier mobility organic optoelectronic materials and devices measurement method
北京印刷学院, 印刷与包装工程学院, 北京 102600
盘状液晶是由中心的刚性芳香内核以及外部链接的多条柔性侧链组成, 极易在π-π相互作用下发生盘—盘堆叠形成一维有序的柱状结构, 该结构利于柱内的载流子传输, 因此盘状液晶未来可期望成为优良的半导体材料。盘状液晶按照柱内有序性, 分为有序柱状相、柱状塑晶相和柱状螺旋相, 其中, 柱状螺旋相具有更高的载流子迁移率。开展可形成螺旋相盘状液晶的分子结构的设计、液晶性能以及光电性能的研究对发展新兴有机光电半导体材料具有重要的意义。
盘状液晶 螺旋相 光电性能 手性 discotic liquid crystal helical phase optoelectronics properties chirality
X射线衍射(XRD)光谱是分析土壤粘粒矿物组成的重要手段, 但常规XRD分析存在前处理复杂、 耗时较长、 光谱分辨率低、 扫描不充分等问题。 为此, 该研究依托北京同步辐射装置(BSRF)的4B9A衍射实验站, 以我国东部不同气候带(即温带、 亚热带、 热带)的7种地带性森林土壤(棕色针叶林、 暗棕壤、 棕壤、 黄棕壤、 黄壤、 赤红壤和砖红壤)为研究对象, 利用同步辐射X射线衍射(SR-XRD)光谱对土壤粘粒矿物组成特征进行分析。 结果表明: (1)温带土壤(棕色针叶林、 暗棕壤和棕壤)质地以粘壤土为主, 而亚热带土壤(黄棕壤、 黄壤和赤红壤)分布在粘土和粘壤土的分界线上; 从亚热带到热带, 土壤质地呈现出粘土→壤土→砂土的变化趋势。 (2)土壤硅铝率(Sa)表现为温带土壤(5.22)>热带土壤(4.53)>亚热带土壤(4.49); 同样地, 硅铝铁率(Saf)也呈现出温带土壤(4.06)>热带土壤(3.53)>亚热带土壤(3.36)的变化规律。 (3)从温带到热带, 土壤粘粒矿物中高岭石的含量增加、 结晶度提高, 而伊利石的含量则逐渐减少; 温带土壤以2∶1型粘粒矿物为主, 而热带土壤则以1∶1型矿物为主; 在SR-XRD光谱中鉴定出了伊蒙混层、 长石两种粘粒矿物的存在, 而这两种矿物在常规XRD光谱中未被识别。 (4)与常规XRD法相比, 利用SR-XRD法分析土壤粘粒矿物组成具有以下优势: 一是前处理工作量较少, 常规XRD法需将粘粒样品制成不同类型的载玻片再进行测定, 而SR-XRD法直接测定粘粒样品即可; 二是光谱分辨率高, SR-XRD法的分辨率可达到≤100 nm, 从而能够检测到更多的衍射峰; 三是实验效率提高, SR-XRD法的优化扫描步长可达0.04°, 比常规XRD法增加1倍, 从而提高了测试效率; 四是扫描辨识度增加, SR-XRD法的看光时间可优化为4 min, 是常规XRD法的2倍, 使得样品的扫描更加充分。
SR-XRD光谱 常规XRD光谱 气候带 地带性森林土壤 粘粒矿物 Synchrotron Radiation X-ray diffraction spectrum Conventional X-ray diffraction spectrum Climatic zones Zonal forest soil Clay minerals
1 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 201899
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
4 空间物理重点实验室, 北京, 100076
热电器件中, 界面可靠性是影响整体稳定和功率输出的关键因素。对于方钴矿(SKD)器件, 热电臂和电极通过扩散阻挡层(DBL)连接。在高温下, DBL与SKD、电极之间会发生反应并生成复杂的界面结构, 导致界面附近的热、电、力学性能发生变化。本研究根据实际界面结构建立了包含微观结构的有限元模型, 并将其用于分析方钴矿基元件的界面应力状态。采用单层模型对DBL材料参数进行了筛选, 发现热膨胀系数(CTE)和弹性模量(E)对第一主应力有显著影响。采用包含界面微结构的多层模型定量模拟了不同老化温度、时间下元件内部的应力分布, 结果表明在SKD/Zr和SKD/Nb中, CoSb2反应层最为薄弱, 随着老化时间的延长, 反应层的厚度增加, 界面应力变大。同时, 元件的拉伸试验结果与计算结果吻合较好, 验证了模型的准确性与可行性。本研究为提升SKD/DBL元件的结构稳定性提供了指导, 同时也为精确模拟多层结构中的应力状态提供了研究思路。
热电元件 扩散阻挡层 有限元模型 拉伸强度 thermoelectric joints diffusion barrier layer finite element model tensile strength
1 浙江中烟工业有限公司,浙江 杭州 310024
2 厦门大学化学化工学院,福建 厦门 361005
烟用香精香料的配方是卷烟工业中的核心技术,也是构建不同特色卷烟产品的关键之一。然而,现有的香精香料质量评价手段主要是人工嗅香和测定某些特定的物性指标,如折光指数、相对密度、酸值、挥发份总量等。在实验室科研中还有使用色谱-质谱联用等方法。但是上述手段仍存在较多问题,比如受主观意识影响,操作繁琐,前处理耗时长,费用高,灵敏度低等。基于此,本文开发了一种利用表面增强拉曼光谱技术结合主成分分析算法来快速鉴别实际生产中不同种类、不同掺兑样的烟用香精香料的方法。本文利用该方法成功获取不同种类、同一种类不同生产批次及烟用香精香料不同掺兑量样品的增强拉曼谱图。经主成分分析表明不同种类以及不同掺兑量样品的散点分布在不同区域,直接区分度高；同一种类不同生产批次的香精香料谱图类似,在散点图中较为集中；说明不同生产批次的样品以及不同掺兑量的样品都可以与其他种类的香精香料标准样品进行有效区分。本文利用表面增强拉曼光谱结合主成分分析算法对烟用香精香料进行检测的方法操作简易,检测快捷,成本低廉,结果便于分析识别,适用于烟用香精香料实际生产中的质量控制。
表面增强拉曼光谱 烟用香精香料 金纳米粒子 增强芯片 主成分分析 Surface-enhanced Raman spectroscopy Flavor Au nanoparticles Enhanced substrate Principal component analysis (PCA)
1 天津市环境保护科学研究院, 天津 300191
2 天津市大气污染防治重点实验室, 天津 300191
3 天津环科瞻云科技发展有限公司, 天津 300191
结合差分吸收臭氧激光雷达与近地面臭氧监测, 对天津市2018年6月23日至9月28日期间的臭氧污染垂直分布特征进行了长期观测。结果显示, 近地面与300 m高度处的臭氧浓度的变化趋势具有较高的一致性, 而随着高度的增加, 臭氧浓度呈现先升高后降低的趋势, 并在约1 000 m高度处达到最大值。受臭氧前体物由近地面向高空逐渐输送、以及NO向上传输过程中逐渐消耗的影响, 臭氧污染日变化曲线出现最大、最小值的时间随高度的升高逐渐推迟; 在1 500 m以上的高空, 臭氧日变化曲线出现双峰分布。在臭氧污染时段, 在高空也观测到高浓度的臭氧污染带, 在1 000 m处的臭氧浓度最大值约为570 μg/m3, 污染带厚度可超过1 km, 持续时间长达数日, 且在夜间不能完全消散。观测时段内总计在23个污染日出现高空与近地面臭氧污染的混合, 加重了近地面的臭氧污染程度。
差分吸收激光雷达 臭氧污染带 垂直分布特征 日变化曲线 differential absorption lidar ozone pollution zone vertical distribution characters diurnal variation curve
1 衢州职业技术学院 信息工程学院, 衢州 324000
2 北京工业大学 电子信息与控制工程学院 光电子技术实验室, 北京 100124
为了提高倒装发光二极管(LED)光提取效率的同时实现单偏振光输出, 建立了正装、倒装和集成金属亚波长光栅倒装LED 3种模型, 采用RSOFT软件进行仿真对比及器件优化,并进行了理论分析和模拟验证。结果表明, 倒装LED虽然可以提高光提取效率但对P-GaN层厚非常敏感, 无法单偏振光输出; 集成了金属亚波长光栅的倒装LED可以不受P-GaN层厚影响, 实现单偏振光输出, 但要输出稳定偏振光, 受光栅参量和介质过渡层厚度影响非常显著;优化后的结构可以实现57.63%的光提取效率, 偏振消光比达到25.8dB。该研究对制造高性能蓝光LED具有一定的指导作用。
衍射与光栅 光提取效率 RSOFT软件 发光二极管 消光比 单偏振 diffraction and gratings light extraction efficiency RSOFT software light-emitting diode extinction ratio single polarization
1 内蒙古农业大学计算机与信息工程学院， 内蒙古 呼和浩特 010018
2 内蒙古师范大学物理与电子信息学院， 内蒙古 呼和浩特 010022
3 内蒙古工业大学理学院， 内蒙古 呼和浩特 010051
羊肉新鲜度受多种因素影响， 通常由多个指标来综合评价， 常规试验操作复杂不适合在线检测。 高光谱成像数据能够反映羊肉新鲜度变化过程中多种成分的变化信息， 但是光谱特征提取与评价模型的建立对最终结果影响较大。 为了研究高光谱成像与多指标的快速检测羊肉新鲜度的可行性， 提出一种稀疏核典型相关分析方法， 借助实验室测定的多个标准值， 研究多指标的羊肉新鲜度无损检测。 采集了70个代表各级新鲜程度的羊肉样本400~1 000 nm高光谱图像， 采用实验室方法测定了挥发性盐基氮（TVB-N）和菌落总数（TAC）标准值， 选择感兴趣区域（ROIs）提取代表性光谱图像， 利用所提出的特征提取方法提取光谱特征信息， 并按照3∶1划分校正集和预测集， 利用三层神经网络进行分类识别试验。 结果表明， 新鲜度等级分类总体精度（OA）为0.939 3， Kappa系数为0.906 0， 均方根误差（RMSEC）为0.297。 研究表明， 所提出的多指标光谱特征提取方法可用于快速无损检测羊肉新鲜程度， 为采用高光谱成像综合多个新鲜度检测指标， 改善由于单一检测指标造成评价模型的适用性和鲁棒性提供了基础。
高光谱成像 冷鲜羊肉 新鲜度 无损检测 核典型相关分析 稀疏 Hyperspectral imaging Chilled mutton Freshness Nondestructive detection Kernel Canonical correlation analysis Sparse 光谱学与光谱分析
2018, 38(8): 2498
