1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院， 上海 200093 上海理工大学光学仪器与系统教育部工程研究中心， 上海 20009上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室， 上海 200093
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
荧光碳量子点是一种新型的、 有前途的光致发光纳米材料。 由于其多样的理化性质和独特的光学特性， 低成本、 生态友好、 丰富的功能基团等优势， 在生物成像、 光电器件、 光催化、 离子检测、 靶向药物输运等领域有广阔的应用前景。 发光二极管（LED）多年来一直是学术研究的热点， 广泛应用于液晶显示、 全彩显示和日常照明设备中。 许多荧光材料已经被应用于LED的研制; 纳米荧光碳量子点因其具有荧光发射波长可调、 发光性能稳定、 环境友好、 原材料丰富、 成本低廉等优点在光电器件方面有着极大的应用前景。 但目前碳量子点的可控制备依然是个挑战， 大多数碳量子点的荧光发射波长主要集中在蓝、 绿光波段， 且量子产率偏低， 限制了碳量子点在该领域的发展。 因此， 合成覆盖全光谱的荧光碳量子点并简单分析其发光机理可以极大地推动碳量子点在白光LED领域的应用。 以柠檬酸三胺为前驱体， 以多种低毒、 廉价的酸试剂为修饰剂， 采用一步溶剂热法成功制备了全色荧光碳量子点， 并用荧光光谱仪、 透射电镜、 X射线衍射仪、 拉曼光谱仪、 X射线光电子能谱仪、 紫外-可见分光光度计及傅里叶变换红外光谱仪对制备的碳量子点进行了表征分析。 结果表明， 所制备的碳量子点尺寸均匀， 分散性好， 发射的荧光由蓝色逐渐变为红色， 发射峰值波长在450～650 nm之间可调， 其荧光量子产率均在30%以上， 红色碳量子点的量子产率高达38.75%， 且表面富含羧基和羟基， 具有很强的亲水性。 通过不同酸试剂控制碳量子点的石墨化程度和表面羧基的数量， 简单探究了碳量子点的发光机理。 通过向环氧树脂中添加一种或多种颜色的碳量子点制备了全彩发射CQDs/环氧树脂复合薄膜， 并制备了三种具有高显色指数的白光LED， 其中暖白光LED的CIE色坐标为(0.43, 0.39)， 相关色温为3 913 K， 显色指数为86; 制备的中性白光LED的CIE色坐标为(0.37, 0.37)， 相关色温为4 170 K， 显色指数为85.5; 制备的冷白光LED的CIE色坐标为(0.30, 0.34)， 相关色温为6 857 K， 显色指数为80.4。 该研究为开发低成本全彩色荧光薄膜和发光器件的替代荧光粉提供了一种新思路。英文标题>Preparation of Full-Color Carbon Quantum Dots and Their Application in WLED
碳量子点 全彩色 多酸试剂 荧光薄膜 白光发光二极管 Laboratory of Modern Optics System， University of 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1358
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
本文通过电子束蒸发技术制备了金属锡掺杂浓度不同的一系列ITO薄膜。采用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见光-近红外分光光度计、四探针测电阻仪和Z扫描系统分别对ITO薄膜的物相结构、微观形貌、光学吸收、方块电阻和非线性光学性能进行测试和表征。结果表明, 随着金属锡掺杂浓度由10%增加到30%: ITO薄膜的结晶质量增加; 薄膜表面粗糙度增加, 晶粒尺寸逐渐增大; 等离子体吸收增强, 且吸收峰的位置发生红移, 光学带隙变窄; 薄膜的方块电阻不断减小; 非线性吸收系数逐渐增加, 绝对值最大可以增至2.59×10-7 cm/W。时域有限差分拟合结果表明金属锡掺杂浓度不同的ITO薄膜电场强度变化规律与实验结果相一致。
氧化铟锡 局部表面等离子体共振 非线性光学响应 Z扫描 增强电场 掺杂 电子束蒸发 ITO LSPR nonlinear optical response Z-scan enhanced electric field doping electron beam evaporation
Author Affiliations
Abstract
Engineering Research Center of Optical Instrument and System, Ministry of Education and Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
In this study, a batch of indium tin oxide (ITO)/Sn composites with different ratios was obtained based on the principle of thermal evaporation by an electron beam. The crystalline structure, surface shape, and optical characterization of the films were researched using an X-ray diffractometer, an atomic force microscope, a UV-Vis-NIR dual-beam spectrophotometer, and an open-hole Z-scan system. By varying the relative thickness ratio of the ITO/Sn bilayer film, tunable nonlinear optical properties were achieved. The nonlinear saturation absorption coefficient maximum of the ITO/Sn composites is , approximately 21 and 1.72 times more enhanced compared to monolayer ITO and Sn, respectively. Moreover, the improvement of the sample nonlinear performance was verified using finite-difference in temporal domain simulations.
ITO/Sn composite film Z-scan nonlinear absorption characteristic synergistic effect electric field enhancement Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 081902
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 上海理工大学 光学仪器与系统教育部工程研究中心，上海 200093
3 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
4 恒迈光学精密机械（杭州）有限公司，浙江 杭州 311421）
荧光碳量子点是一种新型的光致发光纳米材料，由于其具有稳定的发光性能、丰富的表面官能团、安全无毒、生物相容性好、成本低廉等优势，在潜指纹检测和识别领域有着极大的应用前景。潜指纹是指人的手指分泌物留在固体接触面上靠肉眼难以分辨的痕迹，需要借助物理或化学方法以有效地显现和提取。到目前为止，关于碳量子点显影潜指纹并与计算机技术结合精确识别指纹的研究鲜有报道。以邻苯二胺为前驱体，以草酸锌为修饰剂，采用一步溶剂热法成功合成了红色荧光碳量子点，将红色荧光碳量子点与聚乙烯吡咯烷酮混合，干燥研磨后制备出均匀分散、量子产率高达27 %的红色固态荧光碳量子点，并成功应用于多种基底上潜指纹的增强检测。为了精确评价显影潜指纹与目标对照指纹之间的相似度，通过结构相似度算法进行相似度分析，锡纸上潜指纹的匹配度高达90.5 %，表明红色固态荧光碳量子点结合数字处理程序能很好地显影和精确识别潜指纹，在刑事侦查领域具有极大的应用前景。
固态碳量子点 红色荧光 潜在指纹 人工智能 solid carbon quantum dots red fluorescence latent fingerprints artificial intelligence 
1 福州城建设计研究院有限公司, 福建 福州 350002
2 福州大学土木工程学院, 福建 福州 350116
3 道尔顿环保科技(福建)有限公司, 福建 福州 350004
为探明“超滤-纳滤”双膜深度处理工艺处理苦咸水过程中DOM组分三维荧光特征的变化规律, 采用三维荧光光谱研究了双膜工艺净水过程中DOM组分变化, 发现原水中主要含有两个强度较高的尖峰和两个强度较低的尖峰, 随着净水的流程, 水样中的荧光峰值逐渐减弱。 采用平行因子分析的方法对净水过程中的水样进行了定量分析, 在对各水样进行三线性分解的过程中发现水样中主要含有以高激发光类色氨酸和低激发光类色氨酸为代表的类蛋白物质, 以紫外类富里酸和可见类富里酸为代表的类富里酸两类因子, 并通过水样中各因子的最大荧光峰强度的变化分析了DOM组分的变化规律, 其中原水的类蛋白物质因子和类富里酸因子的荧光峰强度分别为0.351 08和0.175 55, 类蛋白物质荧光峰的荧光强度大于类富里酸荧光峰, 说明原水受到了一定程度外源有机物的污染。 在经过水厂原有“混凝—沉淀—过滤”的工艺处理后, DOM的去除效果不佳, 类蛋白物质在经过常规工艺处理后仅下降了22.27%, 而对于类富里酸具有一定的去除效果, 下降了47.57%。 “混凝—沉淀—过滤”的常规工艺中未完全去除的DOM将进入“超滤-纳滤”双膜法净水工艺, 双膜法工艺中超滤单元对DOM没有很好的去除效果, 主要起预处理作用, 保障进入纳滤单元的水质; 对DOM去除起主要作用的是纳滤单元, 经纳滤单元处理后, 水中DOM大幅下降, 两类因子的荧光峰强度分别为0.013 67和0.002 56, 与原水相比, 类蛋白物质下降了96.11%, 类富里酸物质下降了98.54%。 因此, 在使用“超滤-纳滤”双膜法工艺处理苦咸水的过程中, 应该注意在前处理中选用合适的预氧化处理以加强常规工艺对DOM的去除, 在保证除盐效果良好的情况下以减轻DOM对膜污染的影响, 本研究将为双膜法的推广应用及其膜污染的控制提供进一步理论基础和科学依据。
三维荧光光谱 双膜法工艺 平行因子分析 苦咸水 Three-dimensional fluorescence spectroscopy Double membrane process DOM Parallel factor analysis Brackish water DOM 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2518
1 福州大学土木工程学院, 福建 福州 350116
2 福建闽科环保技术开发有限公司, 福建 福州 350002
为探明饮用水处理中ClO2预氧化高藻水过程DOM三维荧光特征的变化规律, 采用三维荧光光谱研究了ClO2预氧化过程藻类胞内外溶解性有机物组分变化, 并通过荧光体积积分法定量分析了DOM组分变化规律。 结果表明, 高含铜绿微囊藻原水的IOM荧光特征光谱有4个较为明显的荧光峰, 主要为类酪氨酸类物质与类色氨酸类等代表的蛋白类荧光峰、 腐殖酸类荧光峰、 富里酸类荧光峰及可溶性微生物代谢产物峰, 占比分别为14.52%, 48.27%, 16.22%和20.99%; 而EOM荧光特征光谱只有1个较为明显的荧光峰, 主要为可溶性微生物代谢产物, 占比为63.14%, 藻类有机物主要含在IOM中。 在经过0.5 mg·L-1的ClO2预氧化后, 3 min内叶绿素a的去除率达到73.58%, IOM中以氨基酸、 蛋白质及富里酸为代表的Ⅰ区、 Ⅱ区及Ⅲ区物质释放至胞外并被ClO2氧化为类腐殖质。 随着ClO2预氧化的进行, 藻细胞不断破裂, IOM释放到水中, 造成胞外EOM总响应值的提高, 即EOM总响应值增加了54.89%, 而IOM总响应值降低了51.50%。 因此, 饮用水处理高藻水时应该特别注意藻细胞IOM的释放, 应选用合适氧化时间, 在保证除藻效果良好的情况下, 尽可能减少IOM的释放; 该研究将为饮用水预氧化除藻及藻类消毒副产物的控制提供一定的理论基础和科学依据。
三维荧光光谱 高藻水 荧光体积积分法 Three-dimensional fluorescence analysis technique High algae-laden water Chlorine dioxide ClO2 Dissolved organic matter DOM Fluorescence regional integration 光谱学与光谱分析
2019, 39(6): 1792
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海理工大学 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海 200093
3 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
4 复旦大学 高分子科学系, 上海 200433
以牛血清蛋白(bovine serum albumin,BSA)、氯金酸(HAuCl4)、NaOH等为原料,采用一锅合成法制备了牛血清蛋白-Au配合物(BSA-Au),观察到了样品的宽带红光荧光发射。通过库仑力作用将BSA-Au与表面带有正电荷的金纳米颗粒进行复合,对纳米复合物的吸收光谱及荧光光谱特性进行了研究。实验结果表明,在本实验条件下,金纳米颗粒虽然增强了复合物样品在可见光区域的光吸收,但对BSA-Au红光发光有猝灭作用。complexes and the Au nanoparticle@BSA-Au nanocomposites
牛血清蛋白 亚纳米尺度金簇 荧光光谱 bovine serum albumin sub-nm gold cluster photoluminescence spectra
1 国家海洋局第三海洋研究所, 福建 厦门 361005
2 厦门大学海洋与地球学院, 福建 厦门 361005
富营养化是河口港湾一个重要的生态环境问题。 传统的富营养化监测与评价需要依靠费时费力的人工采样、 实验室分析测定, 周期较长, 难以实现现场实时快速监测与评价。 本文依据2009年2月、 5月、 8月和10～11月在厦门湾海域的有色溶解有机物(CDOM)与主要环境要素的调查资料, 探讨了利用CDOM的光学性质反演COD, TN, TP等富营养化参数的可行性。 结果表明: (1)厦门湾表层水体CDOM存在明显的空间和季节性变化, 九龙江河口区的丰度最高; (2)陆源输入及浮游植物的现场生产是水体中CDOM的主要来源, 因此可建立利用盐度和叶绿素a浓度估算厦门湾CDOM丰度的经验算法, 该经验算法的相关系数达0.96, 经验算法估算值与实测CDOM之间的相对误差为11.1%±0.71%, 精度较高; (3)厦门湾各个季节COD, TN, TP与CDOM吸收系数、 荧光组分之间有很好的相关性, 总体表现春夏较高、 秋季次之、 冬季最差; (4)结合上述研究成果, 利用厦门湾已建立的水质自动监测系统实时获取的盐度、 叶绿素a以及经验公式推导出的CDOM荧光资料, 有望克服COD, TN和TP等富营养化指标只能通过人工采样和实验室分析获取的缺点; 实现对海域富营养化程度的快速监测与评价。
厦门湾 有色溶解有机物 光学特性 富营养化 快速监测 Xiamen Bay CDOM Optical properties Eutrophication Rapid monitoring 光谱学与光谱分析
2017, 37(12): 3803
华南理工大学机械与汽车工程学院， 广东 广州 510640
采用激光选区熔化（SLM）技术成型CoCrMo合金标准样件，并将SLM成型的CoCrMo合金和铸造CoCrMo合金分别与超高分子量聚乙烯（UHMWPE）样件配副进行摩擦磨损实验。实验结果表明，在干摩擦、生理盐水、人工唾液和小牛血清4种润滑条件下，SLM成型的CoCrMo合金摩擦系数均小于铸造CoCrMo合金。另外，不同润滑条件下，SLM成型的CoCrMo/UHMWPE和铸造CoCrMo/UHMWPE的磨损机理不同。
激光技术 激光选区熔化 钴铬钼合金 润湿性能 金相组织 表面微观形貌 摩擦性能 光学学报
2016, 36(11): 1114003
1 华南理工大学机械与汽车工程学院, 广东 广州 510640
2 北京大学第三医院运动医学研究所, 北京 100083
应用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验并对实验前后零件称重以分析其在不同条件下摩擦系数和磨损率的变化；对零件实验前后表面组织和形貌采用金相显微镜和扫描电子显微镜分别进行观察以研究其磨损机理。结果表明，在干摩擦、氯化钠（NaCl）和人工唾液润滑条件下，SLM成型件正面的磨损率比铸造件分别低27.92%、21.15%和19.03%，比侧面分别低26.97%、10.88%和14.97%；SLM成型件与铸造件相比，表面组织更加均匀，基本无孔洞；在干摩擦下表现为磨粒磨损，在NaCl及人工唾液润滑条件下主要表现为磨粒磨损和疲劳磨损。这些结论为SLM成型CoCrMo合金在医学植入体方面的应用提供了依据。
激光技术 钴铬钼合金 激光选区熔化 摩擦系数 磨损率 表面形貌
