利用退偏振动态光散射法测量棒状纳米颗粒尺寸时，计算过程中通常使用指数拟合算法，但该算法受初始值的影响较大，选取的初值不同拟合结果也不同。为解决该问题，提出利用Tikhonov正则化算法对退偏振动态光散射实验获得的垂直偏振和水平偏振自相关函数进行反演，从而得到平移和旋转衰减线宽，再计算得出平移扩散系数和旋转扩散系数，进而拟合得到纳米棒的长度和直径。搭建了退偏振动态光散射实验装置，对三种金纳米棒样品进行了退偏振动态光散射测量。实验结果表明，经过修正去掉吸附层后，金纳米棒的长度和直径测量值与透射电子显微镜（TEM）测量值相比，其偏差在8%以内，这表明修正后的测量结果与TEM的测量结果一致性较好。

固体浮力材料具有密度低和抗压强度高等性能，是载人/无人深潜器一种重要材料。固体浮力材料在高压下空心玻璃微珠会逐步发生破坏，导致吸水率增加，从而降低潜水器的正浮力，进而影响到载人/无人深潜器的安全性和使用性。浮力材料的吸水率与应力之间存在耦合关系，对浮力材料吸水率的计算造成了困难。本研究以同心球壳单胞为研究对象，通过添加子程序，采用有限元数值分析吸水过程。研究了不同厚度点、不同时间时浮力材料的体应力、吸水率、吸水扩散系数的分布、变化和相互关系；发现吸水率与体应力、扩算系数与体应力存在线性关系。将有限元分析结果与实验数据进行比较，有限元计算结果与实验数据吻合较好，验证了简化模型的有效性。文章可为全海深固体浮力材料设计和应用提供理论指导。

盐雾湿润-干燥循环作用下，处于潮汐区、浪溅区、大气区等近海地区的海工混凝土耐久性加速劣化，内部钢筋锈蚀风险增高。考虑配合比、干湿比和暴露时间等参数影响，基于盐雾湿润-干燥循环试验，结合分层磨粉-电位滴定的测试方法，对近海环境水泥基材料中氯离子扩散规律展开研究。结果表明：盐雾湿润-干燥循环作用下，砂浆内氯离子的沉积与传输主要受干湿比、水胶比和暴露时间等影响，其中，水胶比的影响最为显著，干湿比对其影响较小。氯离子峰值浓度Cmax与有效扩散系数Deff随着砂浆水胶比的增大而增加。提高粉煤灰掺量、增加干湿循环次数后，Cmax呈现典型先增高后降低的趋势。随着暴露时间的延长，Deff减小；随着粉煤灰掺量的增加，Deff先增后减。选用较低水胶比混凝土，引入粉煤灰可有效延缓氯离子的侵蚀速率，进而提升结构的耐久性能。

氯离子扩散系数是研究海洋环境下混凝土结构耐久性的重要参数之一。通过开展不同水胶比混凝土的压汞试验和盐雾扩散试验,研究了混凝土内部孔隙率、孔径分布及临界孔径对氯离子扩散系数的影响规律。结合Menger海绵体模型, 建立孔体积分形维数与氯离子扩散系数的关系。结果表明: 孔隙率和临界孔径与无量纲化氯离子扩散系数的相关性很高, 可作为反映混凝土氯离子扩散性能的重要参数; 通过数学分析计算得到的孔表面分形维数分布在2.56~3.86之间, 孔体积分形维数分布在2.85~2.98之间; 基于压汞法和分形理论计算得到的孔体积分形维数可以作为评价氯离子扩散系数的指标, 在孔径小于10 nm、10～100 nm、100～1 000 nm以及大于1 000 nm四类区间, 氯离子扩散系数随孔体积分形维数的增加而下降。

本文通过氮气吸附和脱附试验对超高性能混凝土(UHPC)的孔结构进行分析, 研究了钢纤维体积掺量和矿物掺合料体积掺量对UHPC在不同静水压力作用下氯离子传输行为的影响, 并结合扫描电镜和能谱仪进行UHPC的微观形貌分析。结果表明: 钢纤维的掺入增大了UHPC基体孔隙体积, 矿渣的掺入能够降低基体孔隙率, 早期蒸养后再标准养护至28 d时, 大量掺入粉煤灰会使总孔隙率增大; 随着静水压力的增大, 同一深度下的氯离子浓度和表观氯离子扩散系数也增大, 在2 MPa作用下更为显著; 自由氯离子含量和总氯离子含量呈线性关系, 钢纤维的掺入降低了氯离子结合能力, 而矿渣和粉煤灰的掺入能有效提升氯离子结合率, 氯离子结合率最高可达到46.29%; 扫描电镜和能谱分析试验发现钢纤维锈蚀仅发生在UHPC表面。

通过快速氯离子迁移系数法(RCM法)和自然扩散法研究了钾、钠、钙、镁四种阳离子类型的氯盐对粉煤灰混凝土氯离子扩散性能的影响, 基于分子动力学模拟, 对比分析了K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-五种离子在水溶液中的径向分布函数和均方位移曲线。结果表明: 粉煤灰混凝土的氯离子扩散系数主要受阳离子价态的影响, 价态越高, 扩散系数越大; 扩散系数随着氯离子浓度增加先增大后减小, 随着粉煤灰掺量增加先减小后增大; 阳离子类型影响氯离子扩散性能的原因是离子扩散能力不同, 其中各离子水合能力强弱顺序为Mg2+＞Ca2+＞Na+＞K+>Cl-, 自扩散系数大小顺序为Mg2+＞Ca2+＞Cl-＞K+>Na+。MgCl2中的Mg2+和Cl-对粉煤灰混凝土都有侵蚀作用, 且Mg2+会抑制粉煤灰活性的激发。

采用快速电通量法及长期氯盐浸泡试验, 研究了氧化石墨烯(GO)改性水泥砂浆的抗氯离子渗透性能, 分析了电通量与表观氯离子扩散系数之间的关系, 并通过扫描电镜(SEM)分析了其微观结构。结果表明: 掺入适量的GO能够提升水泥砂浆的抗氯离子渗透性能, 当掺量为0.06%(质量分数)时最显著, 与无GO的对照组相比, 水泥砂浆的电通量和氯离子侵蚀深度分别降低了34.5%和27.2%; 长期氯盐浸泡60 d、120 d后, 0~5 mm处的自由氯离子浓度最高分别降低了28.4%和15.3%; 电通量与表观氯离子扩散系数之间存在良好的线性关系; GO有效调节了水化产物形状, 减少了内部孔隙, 使其微观结构更加密实, 从而提升了水泥砂浆抗氯离子渗透性能。

二维纳米棒的布朗运动可以用平移扩散和转动扩散运动来描述。提出了一种基于去偏振-偏振图像的动态光散射(DIDLS)测量方法,通过分析纳米棒布朗运动的平移扩散和转动扩散在偏振激光入射下产生的垂直-垂直和垂直-水平偏振动态光散射信号,测量了纳米棒的尺寸和尺寸分布。研究了连续测量的偏振动态光散射信号图像间的相关系数函数,通过两次反演,计算出纳米棒的长度以及长径比,进而得到颗粒的二维尺度分布。分析了不同入射激光波长对测量结果的影响,提出自相关函数的基线值可以作为信噪比的判据。采用650,780,905 nm三种波长对直径为20 nm、长度为300 nm的纳米金棒进行了测量,得到了纳米金棒的平均尺寸和尺寸分布。

Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) and single particle tracking (SPT) techniques determine the diffusion coefficient from average diffusive motion of high-concentration molecules and from trajectories of low-concentration single molecules, respectively. Lateral diffusion coefficients measured by FRAP and SPT techniques for the same biomolecule on cell membrane have exhibited inconsistent values across laboratories and platforms with larger diffusion coefficient determined by FRAP, but the sources of the inconsistency have not been investigated thoroughly. Here, we designed an image-based FRAP-SPT system and made a direct comparison between FRAP and SPT for diffusion coefficient of submicron particles with known theoretical values derived from Stokes–Einstein equation in aqueous solution. The combined iFRAP-SPT technique allowed us to measure the diffusion coefficient of the same fluorescent particle by utilizing both techniques in a single platform and to scrutinize inherent errors and artifacts of FRAP. Our results reveal that diffusion coefficient overestimated by FRAP is caused by inaccurate estimation of the bleaching spot size and can be corrected by simple image analysis. Our iFRAP-SPT technique can be potentially used for not only cellular membrane dynamics but also for quantitative analysis of the spatiotemporal distribution of the solutes in small scale analytical devices.

由于近红外光对于大多数生物样品具有较高的穿透深度, 因此近红外光谱技术广泛用于生物医学、化工、食品安全以及农产品等领域的无损检测, 但是多局限于生物样品的光学性质测量, 即光吸收测量.利用最新研制的近红外光扩散相关谱系统和采用脂肪乳作为生物样品的替代物, 同时测量了国产30%脂肪乳的光学特性和动态特性, 约化散射系数约为303 cm-1, 吸收系数约为0.037 cm-1, 30%脂肪乳稀释为0.85%(体积比)浓度后的布朗扩散系数约为8.40×10-9 cm2/s, 根据Stokes-Einstein关系可推算出脂肪乳的颗粒半径约为253 nm; 研究了脂肪乳随时间演化特性, 在七天时间内约化散射系数上升106%, 布朗扩散系数下降到63%, 研究表明利用近红外扩散相关谱系统的光强衰减可以获得生物样品的光学特性(约化散射系数和吸收系数), 利用光强随时间的波动可以获得生物样品的动态特性(布朗扩散系数), 因此能够更加准确的测量生物样品的性质变化, 为生物样品检测提供一种新的技术手段.