分别以吡嗪和4,4’-联吡啶为共配体, Cd2+、Zn2+与4,4’-偶氮苯二甲酸(H2(4,4’-azo))配位反应得到了两个金属-有机框架(MOFs)。X射线单晶衍射研究结果表明, 其结构中均不含共配体, 与之前报道的 ［Cd(4,4’-azo)(H2O)］n(1)和［Zn(4,4’-azo)(H2O)2］n(2)的晶体结构一致。将共配体变为几何尺寸更长的1,3-二(四吡啶基)丙烷(bpp), 金属离子变为Co2+, 合成了一个共晶［H2(4,4’-azo)(bpp)］n(3), 其为单斜晶系, C2/c空间群, 晶胞参数: a=3.216 8(19) nm, b=0.475 5(3) nm, c=1.873 2(14) nm。用热重分析仪和荧光分光光度计分别研究了三个化合物的热稳定性和两个MOFs的发光性质。1和2都具有优异的热稳定性, 尤其是2的初始失重温度高达247 ℃。由于1是由4,4’-azo双齿配位两个Cd2+形成双核3D网络结构, 而2是4,4’-azo单齿配位Zn2+形成的1D “zig-zag”链, 两者的紫外光谱和荧光光谱不同。2除具有配体固有的荧光发射(359 nm)外, 由于Zn2+与4,4’-azo配位后产生的配体到金属的电荷跃迁(LMCT), 还在420 nm处新增一个增强的荧光发射峰。

为了对玉米种植株数进行无损的自动化识别, 利用FARO focus s70地面激光扫描仪、采用四站式扫描方法, 采集不同视角下的玉米田块点云数据。设计了一种基于标靶球自动提取的配准算法, 对各站获取的点云数据进行精确配准, 取得了完整的玉米田块点云数据, 并以标靶球拟合误差和标准偏差分析配准精度。对于配准好的3维点云数据, 利用采样一致性算法基于圆柱体特征从完整的玉米田块点云中精确分离出茎秆点云, 统计玉米种植株数。结果表明, 标靶球拟合标准偏差在0.1mm~0.7mm之间, 满足仪器测量精度要求;拟合误差总体在2mm~5mm之间, 能满足大场景测量配准误差5mm的要求;对玉米种植株数的识别率达到86.1％~92.1％。这一结果对于农田环境下玉米种植株数识别的实际应用方面是有帮助的, 为作物的估产提供了数据基础, 为智慧农业研究提供了理论方法。

对水稻稻瘟病病害程度的定量预测是精准防控的关键, 田间冠层尺度的研究可为高光谱传感器提供理论基础。 以受穗颈瘟胁迫的水稻为研究对象, 采用SVC HR768i型光谱辐射仪在大田中获取灌浆期两个不同时间段的水稻冠层光谱反射率, 以水稻发病株数百分比作为病害严重程度指标。 冠层光谱数据采用九点平滑预处理, 并重采样为1 nm间隔, 计算植被指数; 经过去包络线和一阶导数光谱变换, 提取高光谱特征参数。 分析不同时间段的光谱变换、 植被指数、 高光谱特征参数与病害程度的相关关系, 构建基于植被指数、 高光谱特征参数的穗颈瘟病害程度随机森林预测模型, 并对比分析两个单时期预测模型异同, 优选共用输入量, 构建出两时期混合数据的病害程度预测模型。 结果表明: （1）原始光谱曲线经去包络线处理可有效增强与病害程度相关的光谱信息, 近红外波段（960～1 050和1 150～1 280 nm）的相关系数在0.80以上; （2）高光谱特征参数与病害程度相关性分析中, 去包络线吸收谷参数相关系数高于其他参数, 吸收谷V3（910～1 100 nm）、 吸收谷V4（1 100～1 300 nm）中面积（A3和A4）、 深度（DP3和DP4）、 斜率（SL4和SR4）的相关系数在0.74以上; （3）去包络线吸收谷参数结合随机森林模型预测穗颈瘟病害程度在单时期及两时期混合数据中均表现最好。 灌浆期后期数据预测效果最佳, 验证集决定系数R2=0.91, 均方根误差RMSE=0.02; （4）两时期混合数据预测精度处于两个单时期预测精度之间, 验证集决定系数R2=0.85、 均方根误差RMSE=0.03。 研究成果揭示了灌浆期不同时间段水稻穗颈瘟光谱响应机制, 表明去包络线吸收谷参数结合随机森林模型预测稻瘟病的实用性, 可为田间水稻穗颈瘟病害程度进行快速、 精确、 无损地定量预测, 为精准施药提供理论依据, 并对未来航空、 航天遥感的病害监测提供一定的技术支持。

悬臂梁的材料与结构对压电俘能器的输出响应具有重要影响。为了 研究在1.5~5.8 m/s低风速环境下不同基底材料对接触式压电俘能器的影响, 该文选择聚氯乙烯(PVC)、304不锈钢、1060铝和H68黄铜材料为基底的柔性聚偏氟乙烯(PVDF)压电悬臂梁结构, 并进行了对比实验与分析。结果表明, 以304不锈钢为基底的悬臂梁结构输出功率最大。通过计算不同基底材料梁的结构参数发现, 在低风速工况下, 梁的结构刚度与减幅因数是影响压电俘能器输出性能的主要因素。同等工况下, 梁的结构刚度越小, 接触式压电俘能器的启动风速越低, 风致振动的激振力频率越高; 减幅因数越小, 悬臂梁的输出功率越大。

周期性亚波长孔阵列的异常透射性质在亚波长光电器件设计中具有重要意义。两层或更多膜层上周期孔阵列结构, 由于层之间电磁场的相互作用可以导致新的光学性质。利用时域有限差分方法理论研究了带有矩形孔阵列的Au-介质-Au多层膜的透射特性。结果表明: 该结构在近红外波段的透射谱存在多个透射峰, 并且透射峰的数量、位置和强度可以通过改变结构的几何参数和介质膜的材料进行调控。详细分析了介质膜的厚度和折射率、孔阵列的周期、矩形孔的边长等因素对多层膜矩形孔阵列透射谱的影响, 为利用多个表面等离子共振设计多波长控制器件提供了一定的参考。

为提高铁电聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)的压电性能, 利用纳米限域效应, 采用模板直接浸润法, 将多孔氧化铝(AAO)模板在不同浓度的PVDF的DMF溶液中自然浸润, 并添加聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)作为表面修饰剂, 制备了一维材料PVDF纳米线。分别研究了浸润温度、溶液浓度及表面修饰剂等因素对PVDF纳米线生长过程的影响。通过FTIR、SEM、XRD等对样品的形貌结构及性能进行了表征, 进一步讨论了AAO模板中PVDF纳米线的生长机制。结果表明: 模板法生长的PVDF纳米线形貌主要受溶液浓度的影响, 并且当浓度为0.10 g/mL时形貌较优, 其平均长度为50 μm, 平均直径为180 nm, 与AAO模板孔径尺寸相当; 表面修饰剂PVP可在一定程度上防止纳米线团聚并且优化其尺寸均一性; AAO模板中生长的PVDF纳米线由于纳米限域效应优先向β晶相结晶, 并且在生长过程中PVDF并未参与任何化学反应。

研究了一种用于颅内压测量的膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器。外玻璃管和用于光纤准直的内玻璃管采用UV胶粘接, 构成空气腔。在空气腔的一端粘接石英膜片, 另一端插入多模光纤, 石英膜片和光纤端面的两个反射面构成法珀干涉腔。制作了两种不同尺寸的传感器, 在0~25kPa的压力测量范围内, 灵敏度高达39.2nm/kPa, 压强测量分辨率为133Pa, 线性拟合度为99.9%, 具备生物兼容性, 满足人体颅内压测量的需求。与商用的颅内压测量传感器相比, 该传感器制作方法简单、成本低廉。

对船舶噪声刺激下的生物发光特性展开研究, 发光生物为夜光虫。利用声学换能器模拟船舶辐射噪声, 在含有发光生物夜光虫的实验水槽中进行生物发光实验。声学换能器发出不同频率, 对夜光虫受不同频率噪声激励下的发光特性进行记录。通过对不同激励频率下夜光虫发光图像的分析处理, 得到不同频率激发下生物发光点图像, 经统计分析得到了夜光虫在船舶噪声激励下的发光特性, 得出夜光虫发光点数随频率和声源级的增加而增加的结论。