太赫兹时域光谱技术已经用于皮肤癌、 皮肤烧伤以及皮肤疤痕治疗效果的诊断和过程监测, 通常采用太赫兹时域和频域光谱参数作为区分皮肤组织不同状态的诊断参量。 目前最常用的皮肤活体反射式太赫兹测量装置需将皮肤放置于介质窗上来提高测量的准确性, 这使得皮肤表层水分含量因为阻塞而发生变化, 从而影响太赫兹诊断皮肤的精确性。 随着太赫兹生物应用从离体检测到活体测量方向发展, 需要分析阻塞情况下皮肤太赫兹光谱参数的变化规律。 采用太赫兹反射系统对手臂皮肤在石英介质窗上的阻塞过程进行了连续测量, 然后对不同时刻时域波形的峰峰值、 半波脉宽等13个特征量进行了分析。 结果表明: 时域信号和传递函数的峰峰值、 最大值与最小值之间的拟合斜率等参量随阻塞时间而呈指数衰减; 传递函数的最大值与最小值时间差、 最大值与最小值的斜率等随阻塞时间呈指数增加; 时域波形的半峰全宽、 对数频谱等保持不变。 然后用双德拜模型来模拟皮肤组织在0.2～1 THz频段的介电常数, 采用遗传算法和Levenberg-Marquardt相结合的优化算法得到了皮肤阻塞情况下不同时刻的双德拜参数, 结果表明: ε∞和εs均随着时间呈指数上升, 5 min内增幅分别达到了27.8%和12.5%; ε2、 弛豫时间常数τ1和τ2基本保持不变。 将皮肤组织视为多层媒质结构, 基于Bruggeman有效介质模型, 将计算得到的太赫兹反射率和测量得到的反射率作为目标函数, 再采用上述混合优化算法得出了皮肤含水量随时间的变化规律。 结果表明: 随着阻塞时间的增加, 皮肤角质层中的水分以指数函数的形式增加, 5 min的阻塞时间即可增加23.8%。 因此, 在进行临床应用和研究时, 必须谨慎考虑皮肤与介质窗接触阻塞而导致的参数变化。 该研究有利于提高太赫兹活体检测的准确性和推动太赫兹时域光谱技术的临床应用。

使用网络分析仪测量了宽频带200 MHz~10 GHz内葡萄糖水溶液的介电特性。测量结果表明,当频率不变时,葡萄糖水溶液的介电常数和电导率均随葡萄糖浓度的增大而减小。单阶Debye模型和二阶多项式被用于拟合各浓度下葡萄糖水溶液介电特性的测量数据,有效量化了介电特性随浓度和频率的变化关系。基于Debye模型参数建立了三维耳垂色散模型和天线收发结构。仿真结果表明,S21信号与葡萄糖浓度之间在相当宽的频带范围内都保持着稳定的、规律性的响应关系,该响应关系可通过二次多项式表达。基于S21的微波无创血糖检测方法可用于未知血糖浓度的评估。

太赫兹电磁波谱与液体分子的转动和振动能量对应, 适合研究液体分子的动力学信息。水和氯化钠广泛存在于生物组织中, 也是生命的重要组成部分。太赫兹时域光谱技术被广泛应用于液体检测, 通过分析溶液中物质内部结构以及分子微观运动状态, 在0.2~1.5 THz频率下, 可以得到物质的吸收系数、折射率以及介电函数等。利用德拜模型模拟实验结果得到水溶液、氯化钠溶液的介电函数以及弛豫时间, 可得到水和氯化钠溶液分子快速移动的特征时间分别为9.6 ps和10.7 ps, 并获得了与分子结构相关的动力学信息。

针对非线性最小二乘法的传统算法在皮肤组织太赫兹波段德拜模型参数提取时, 对参数初始值的要求很高, 且所得模型与原始数据偏差较大的问题。将遗传算法应用于非线性最小二乘法对原始数据进行拟合, 并提取参数。遗传算法随机产生初始解, 不需要设置参数初始值, 能简化参数提取过程; 其搜索过程是从多个可能解开始, 而不是单一初始值, 所以不易陷入局部最优, 基本能实现全局优化。以皮肤组织德拜参数提取为例, 将遗传算法应用于非线性最小二乘法进行参数提取时不仅减小了文献中的模型在0.15~0.6THz频段与原始数据的偏差, 而且在整个频率范围与原始数据都能较好吻合, 验证了遗传算法提取德拜参数的有效性和皮肤组织太赫兹波段德拜模型的正确性。

采用第一性原理与准谐德拜模型研究UO2在高温高压条件下的弹性与热力学性能。UO2在高温高压下仍属离子型晶体，并且弹性性能计算表明，四角方向剪切常数在高温与高压下均保持稳定。高温下弹性常数C44 没有明显变化，而高压下C44 迅速增大。体积模量、剪切模量与杨氏模量均随压强增加而增大; 高温条件下，体积模量、剪切模量与杨氏模量也未出现明显的降低，表明UO2 在高温度高压下均可保持良好的力学性能。不同压强下，UO2定容热容均随温度迅速增大，并在1000 K 附近趋近于杜隆-佩蒂特极限。德拜温度则随温度降低，随压强升高。在低于室温条件下，热膨胀系数随温度急剧增加; 温度继续增加，系数的增加趋势则逐渐变缓。计算结果还表明，UO2 的热膨胀系数在相同条件下，远小于其他核材料。

利用第一性原理平面波赝势密度泛函理论,并结合准谐德拜模型,计算了立方萤石结构ErH2在不同温度和压强下的体积、热膨胀系数、体弹模量和等体热容等弹性性质及热力学性质。在温度高于1 100 K的条件下，计算出的等体热容趋近于Dulong-Petit极限。得到了绝对零度、零压强下ErH2的该结构的晶格常数为0.523 2 nm，与实验值0.523 0 nm非常接近。由不同的原胞体积得出了该体系的单点能与原胞体积的关系的数据；从计算出的高压下的弹性常数，根据立方晶系的力学稳定性条件，推断出立方萤石结构ErH2的相变压力约为20 GPa。

运用量子力学从头计算方法, 计算了氢化锂(氘化锂、氚化锂)分子的部分热力学函数和力学、光谱学性质。基于准简谐Debye模型, 计算了固体Li的振动内能、振动和电子熵, 探讨了Li吸收氢同位素气体生成一氢化物的反应熵变、生成焓变和生成Gibbs自由能及氢同位素的平衡离解压。结果显示: 在Li吸收同位素气体生成一氢化物的反应中, 生成焓变和反应熵变均为负值, 且随温度升高, 绝对值越大, Gibbs自由能则向正的方向增加。热力学上, 在相同温度和压力下, 氢置换一氢化物中的氘和氚、及氘置换氚的反应更易发生。

基于密度泛函理论, 采用全势线性缀加平面波加局域轨道方法和广义梯度近似研究了ZrH2的结构与弹性性质。结果表明: 在基态条件下, ZrH2的晶格常数计算值与实验值及其它理论值相当吻合。在考虑声子作用的前提下, 采用准谐德拜模型成功获得了不同条件下(0~50 GPa, 0~1 300 K) ZrH2的热容、热膨胀系数和德拜温度等热力学性质。结果表明: 定压热容预测值随温度升高而增大, 并逐渐接近佩蒂特-杜隆极限；随压强增加, 德拜温度呈增加趋势；随温度增加, 德拜温度呈减小趋势；在压强一定的条件下, 热膨胀系数随温度的升高而增大, 且在高温高压条件下, 热膨胀系数的增加趋势变缓。