碱金属离子作为水泥原料中常见的杂质离子, 其存在会影响熟料矿物结构与性能。采用分析纯试剂合成碱金属掺杂的硫硅酸钙单矿物, 借助等温量热仪、综合热分析、扫描电镜和29Si核磁共振等手段, 研究了碱金属离子对硫硅酸钙水化活性及力学性能的影响。结果表明: 碱金属离子在硫硅酸钙晶体结构中的固溶, 能够降低晶体结晶度, 形成晶体缺陷, 有效提升硫硅酸钙早期水化活性, 促进其早期力学性能快速发展。同时, 碱金属的掺杂能够改变水化硅酸钙(C-S-H)凝胶等产物的微观形貌及结构。其中, Li2O掺杂能够稳定絮状形态的C-S-H凝胶, 而Na2O和K2O掺杂能够诱导C-S-H凝胶纤维状生长。经碱金属掺杂影响, C-S-H凝胶聚合度有所增加, 平均硅链长增长。

研究了-10 ℃条件下氯化钙冷溶液拌合冷硫铝酸盐水泥所获得浆体的凝结硬化及试样的强度发展、物相组成、显微结构和氯离子含量。结果表明: 分别采用16% (质量分数)、28%氯化钙冷溶液拌合的浆体存在明显而持续的水化温升过程, 证实了该条件下水泥水化的启动与持续进行; 提高溶液浓度, 浆体达到水化温升最高温度对应的时间延长, 从16%时约90 min延长至28%时约150 min。采用16%氯化钙冷溶液拌合, 浆体凝结硬化快、试样抗压强度高(初凝和终凝时间分别为15 min和24 min, 1 d和28 d抗压强度分别为41.0 MPa和85.2 MPa); 而采用28%氯化钙冷溶液拌合, 浆体凝结硬化慢、试样抗压强度低(初凝和终凝时间分别为85 min和155 min, 1 d和28 d抗压强度分别为24.3 MPa和57.7 MPa)。溶液浓度16%时, 水化产物主要为钙矾石, 以针棒状晶体存在, 试样中结合氯离子含量极低; 而溶液浓度28%时, 水化产物主要为F盐, 以花瓣形六方板状晶体存在, 试样中含有0.95%左右结合氯离子。-10 ℃条件下采用同处于负温环境的氯化钙冷溶液拌合冷硫铝酸盐水泥可实现冷物料拌合, 防止浆体结冰, 保证水泥持续水化, 其中16%~20%氯化钙溶液拌合时可以获得较短凝结时间和较高强度。

硫硅酸钙水化活性的发挥对新型贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥力学性能的发展至关重要, 为了探寻硫硅酸钙水化活性提升的适宜煅烧制度, 采用分析纯试剂于不同煅烧制度下合成硫硅酸钙单矿物。利用扫描电子显微镜、X射线衍射结合Rietveld精修、29Si固体核磁、综合热分析和等温量热仪等, 研究了煅烧制度对硫硅酸钙微观结构、晶体结构、水化活性及力学性能的影响。结果表明: 一次煅烧制得的硫硅酸钙晶粒形态不规则, 尺寸普遍较大(约10 μm), 而二次煅烧可减小硫硅酸钙晶粒尺寸(约5 μm), 其形态规则, 多数呈现为卵粒状。鼓风急冷可降低硫硅酸钙结晶度, 提高其早期水化活性, 促进其早期力学性能快速发展。一次煅烧、鼓风急冷制得的硫硅酸钙晶体结构发育程度最低, 早期水化活性和发展强度最高。随炉冷却制得的硫硅酸钙结晶度较高, 早期水化活性低, 但中后期力学性能可快速发展。

利用长周期光纤光栅（LPFG）中的双峰谐振效应，结合表面等离子体共振（SPR）传感器的高灵敏度，提出了一种新型镀金属光纤光栅液体浓度传感器。采用双包层结构模型和耦合模理论，分析了镀金属长周期光纤光栅双峰效应的谐振特性，环境折射率的传感特性以及金属膜厚对双峰LPFG灵敏度的影响。实验上制作了具有双峰效应的镀银膜长周期光纤光栅，并进行了NaCl盐溶液浓度的监测实验。结果表明，随着盐溶液浓度的增大，双峰谐振峰相互远离，各自向短波和长波方向偏移。选择银膜厚为103 nm的光纤光栅传感器，对溶液折射率分辨率可达1.8×10-5。进一步通过与基于双峰效应的无镀膜光纤光栅和普通单峰光纤光栅的盐溶液传感实验的比较，表明基于双峰效应镀金属长周期光纤光栅传感器对溶液浓度的监测灵敏度明显高于前两者。

指出Kretschmann模型的传统表面等离子共振公式在求解金属薄膜的参量时存在近似性，采用更为严密的薄膜光学理论，通过薄膜膜系的特征矩阵，得出表面等离子体共振衰减曲线.结果表明，表面等离子体共振近似理论与薄膜光学理论得到的共振角及反射率幅度存在差别；采用等高线图，给出了共振角差随着金属介电常量的变化规律.进一步的实验表明，薄膜光学理论所得模拟结果较表面等离子体共振近似理论与实验值吻合地更好，证明薄膜光学理论应用在表面等离子体共振效应要优于常用的近似理论.最后，采用两种理论对表面等离子体共振传感器进行优化设计，结果表明，两种理论所获得的高灵敏度分布区域差异较大，必须采用薄膜光学理论提供更精确的薄膜参量，来优化设计高灵敏度表面等离子体共振传感器.

采用严格的耦合模理论, 建立了两层膜系长周期光纤光栅复特征方程,用微扰法对复特征方程进行求解, 结果和D.V.Ignacio的结论相符.求得的谐振波长表明其随膜层厚度和膜层折射率变化明显, 受消光系数影响很小.重点提出了两种途径来优化膜层参量组合, 以获得较大的谐振波长偏移量, 计算结果显示, 参量组合取值为(h3=122.76 nm,h4=400 nm)和(n3=1.572 2, h4=400 nm)时, 谐振波长偏移量分别为10.35 nm和11.74 nm, 远高于只镀一层敏感膜LPFG的偏移量2.78 nm, 从而证明敏感膜层厚度(h4)较大的参量组合可提高传感器的灵敏度.

采用严格的耦合模理论,建立了镀金属膜和敏感膜的两层膜系长周期光纤光栅复特征方程,用微扰法对复数超越特征方程进行求解,结果和文献[5]给出的数据相符。理论模拟数据表明,金属的消光系数对功率密度和透射谱影响很大,低阶偶次模式在纤芯内的功率密度所占比重远大于奇次模式,其衰减峰幅度也比奇次模高,因此,金属镀层长周期光纤光栅实际应用时,需要选择偶次模作为研究对象。进一步理论分析了金属和敏感膜层参数对长周期光纤光栅谐振特性的影响,研究发现,金属膜厚、敏感膜厚和折射率对谐振波长有较大的影响,谐振波长随金属膜厚、敏感膜厚和折射率的增大向短波方向漂移。在某些区域谐振波长存在跳变现象,长周期光纤光栅实际应用时应避开此区域。

以光纤传输技术和表面等离子体共振(SPR)技术有机结合的光纤表面等离子体共振传感器，是实现微量生物和化学活性物质定量测定的重要技术之一。介绍了光纤SPR传感器的结构，工作原理和调制方式。在最新进展中，介绍了现在应用广泛的分布式光纤SPR化学传感器，以及倾斜光栅和光子晶体这两种结构比较新颖的光纤SPR化学传感器。最后给出光纤SPR传感器的发展方向。