1 甘肃政法大学司法警察学院(公安分院)，甘肃 兰州 730070
2 甘肃省兰州市公安局西固分局，甘肃 兰州 730060
3 铁道警察学院治安学系，河南 郑州 450053
探索利用可见激光无损提取粗糙纸张上尿渍足迹的可行性，定量比较足迹显现效果。利用3种可见激光，配合使用11种可见波段滤光镜，对4类20种常见类型纸张上的尿渍足迹样本进行可见激光荧光照相，观察足迹显现效果；创建Matlab程序，引入灰度荧光亮度标准差指标比较足迹显出程度。发现20个尿渍足迹样本显现效果最好时的波段组合几乎各不相同，但可利用445 nm蓝色激光作为激发光，配合使用570 nm接收滤光镜，对所有样本的尿渍足迹进行整体最大程度的显现，样本尿渍足迹发现率100%；除黑色打印纸、复杂彩色背景报纸上的尿渍足迹样本外，样本尿渍足迹有效显出率90%。表明可见激光荧光照相能够用来显现粗糙纸张上的尿渍足迹，灰度荧光亮度标准差可以用来衡量尿渍足迹显出程度。
可见激光荧光照相 粗糙纸张 尿渍足迹 无损提取 灰度荧光亮度标准差 visible laser fluorescence photography rough paper urine footprint non-destructive extract standard deviation of gray-scale fluorescence lumi
1 中国科学院空天信息创新研究院, 遥感卫星应用国家工程实验室, 北京 100101
2 故宫博物院, 北京 100009
3 成都理工大学地球科学学院, 四川 成都 610059
粘度是反映纸张纤维素分子聚合度和力学性能的重要指标, 实时、 准确地获取粘度含量对于珍贵纸质材料的修复和保护具有重要的意义。 然而, 传统的纸张粘度分析方法主要采用化学手段, 该化验过程耗时较长, 且会对纸张不可避免的产生二次损伤。 针对这一问题, 高光谱遥感凭借其丰富信息量、 实时、 无接触的特点, 是无损获取纸张粘度含量的有效途径。 首先, 在实验室获得不同老化程度的实验纸张测得其粘度含量, 采集纸张样本的光谱影像数据, 通过光谱降噪、 光谱变换和光谱信息扩展实现纸张高光谱数据的预处理, 建立不同老化程度下的纸张粘度含量光谱数据库, 分别构建不同光谱变换方式下的光谱差值、 比值和归一化指数, 再结合相关性分析筛选其中与粘度相关性最强的12种最优光谱指数, 最后将其作为自变量搭建关于粘度含量的回归模型, 通过模型精度对比来优选其中最能有效表征纸张粘度含量变化的光谱指数及模型。 研究结果表明: (1)相对于原始光谱而言, 经过光谱变换处理后提取的粘度高相关特征子集占比得到大幅提升, 同时其中的相关系数均值与中位数也得到提高; (2)通过光谱信息扩展后得到的光谱信息参量与粘度的相关性高于原本的光谱谱段, 且提取的12种最优光谱指数中大部分有扩展信息参量的参与; (3)不同光谱变换结果下提取的最佳光谱指数与粘度含量的相关性都在0.89以上, 由其中筛选得到的三种具备代表性的光谱指数都有效反映纸张粘度在400~500 mL·g-1时的变化情况; (4)纸张光谱经过对数一阶微分处理后, 由光谱积分(SI)和光谱吸收深度(SAD)构建的归一化指数与粘度相关性最大, 达到了-0.917, 由该指数建立的模型在训练集和测试集上R2分别为0.84和0.76, 其在测试集中MRE为0.089, RMSE为40.29 mL·g-1。 研究结果可为纸张粘度含量遥感反演提供科学的理论与技术支撑, 对纸质文物无损分析体系的构建具有重要参考意义。
纸张 粘度 高光谱遥感 光谱指数 遥感建模 Paper Viscosity Hyperspectral remote sensing Spectral index Remote sensing modeling 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2960
北京科技大学科技史与文化遗产研究院, 北京 100083
纸张的力学性能以抗张强度为最主要的表征指标, 按照GB/T 12914—2008《纸和纸板抗张强度的测定》的要求, 通常需要使用抗张拉力仪进行测试, 但这种方法所需样品尺寸较大(长度大于180 mm, 宽度约15 mm)、 损耗样品量较多(平均消耗10个样品能获得1个有效数据), 不适合用于测试珍贵的纸质文物。 利用静态热机械分析仪(TMA)微损取样、 灵敏精确的特点, 首次将其用于纸质文物的力学测试, 尝试建立微小取样测试的新方法。 以故宫棚壁糊饰修复用手工竹纸为研究对象, 依据故宫乾隆花园的实际环境监测结果设计老化条件, 对手工竹纸进行紫外、 干热和湿热加速老化实验, 采用TMA测试老化前后竹纸样品的抗张强度, 结合SEM、 红外光谱分析样品的微观形貌与化学结构的变化情况, 分析竹纸的老化特点。 结果表明: TMA能够有效测出老化后强度较低的手工竹纸的力学强度, 其中, 湿热老化后竹纸保留的抗张强度最高(上升1.01%), 干热老化次之(下降15.11%), 紫外老化后强度最低(下降63.85%); 通过SEM观察到湿热、 干热老化样品的纤维结构无明显变化, 紫外老化样品的纤维结构出现明显断裂破损; 红外光谱分析表明紫外组样品在1 715 cm-1出现吸收峰, 纤维素氧化生成羰基, 900~1 200 cm-1处纤维素指纹区的一些吸收峰强度变弱, 纤维素的糖苷键大量断裂, 说明该组样品纤维素降解程度最为严重, 纸张强度下降程度最为显著; 三种测试结果能够相互印证。 除此之外, TMA所需试样尺寸仅在毫米级别(长度10~20 mm、 宽度约1 mm), 远小于常规拉力仪试样尺寸, 测试精度高, 仅需约7个样品就能达到较好的重复性, 所需样品量仅为常规拉力仪方法的0.5%, 是一种微损精确的测试方法。 研究表明TMA对低强度纸张具有良好的适用性, 有望将其开发成脆弱纸质文物力学性能表征的新方法。
棚壁糊饰 竹纸 老化性能 静态热机械分析仪(TMA) 红外光谱 Pengbihushi Bamboo paper Aging property Thermomechanical analyzer (TMA) FTIR 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1968
北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
瓷青纸是我国古代一种名贵的加工纸, 瓷青纸文物存世稀少往往是博物馆的馆藏珍品。 关于瓷青纸相关材料与工艺的文献记载甚少, 对其开展的科技研究工作鲜见, 对其材料组成及制作工艺缺乏系统认知, 难以对瓷青纸文物进行科学的保护、 修复、 复制等工作。 为进一步加深对瓷青纸的认识, 利用视频显微镜、 拉曼光谱仪、 扫描电镜-能谱仪、 赫氏染色法纤维分析等技术对一件明代瓷青纸文物样品进行制作材料及工艺分析。 研究结果表明: 通过拉曼光谱分析, 对比该瓷青纸文物样品纸张染料跟靛蓝的拉曼峰位, 两者的峰位较为匹配, 而在1 570~1 701 cm-1范围内为CC键和CO键和N—H键共轭体系的伸缩振动, 是靛系染料分子特有的特征吸收峰, 而样品纸张染料在1 570 cm-1出现的强拉曼峰符合靛蓝的拉曼光谱特征, 因此可以确定为靛蓝, 这也与中国历史悠久的种植蓝草、 提取靛蓝作为染料的情况相一致; 通过扫描电镜-能谱分析, 纸张主要元素如S、 Ca、 Al、 Si、 Mg应来源于填料或涂料, 纸张经过了加填以及涂布处理以达到改善纸张不透明度、 透气度、 光泽度的目的, 同时也排除了样品蓝色染料为蓝铜矿、 青金石以及天然群青等蓝色矿物颜料的可能性; 通过赫氏染色法纤维分析, 纸张样品纤维特征为纤维壁上有横节纹、 纤维外壁上有胶质膜、 纤维中有少量草酸钙晶体、 纤维上有较多的黄色无定形蜡状物, 表明纸张纤维与构皮、 桑皮等皮类纤维接近, 瓷青纸的基纸应属于皮纸, 皮纸纤维强度较高, 在染色过程中不易水解导致纸张破损。 该瓷青纸文物样品的制作材料与工艺可以概括为: 将靛蓝染料在经过加填以及涂布处理的皮纸上进行单面染色后上下叠合制成。 通过该研究能够加深对明代瓷青纸造纸材料与工艺的认识, 同时为瓷青纸文物的研究、 保护、 修复、 复制等提供依据。
瓷青纸 纸张材料 加工工艺 Porcelain green paper Paper raw materials Manufacture process 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1787
1 北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
2 中国科学院大学人文学院考古学与人类学系, 北京 100049
洒金纸是我国传统的加工纸, 其使用历史悠久, 富于装饰效果, 在书写、 绘画、 装帧等领域应用十分广泛, 其经久不衰一直沿用至今。 洒金纸也传播到邻近的朝鲜半岛、 日本并广为流行。 传统洒金纸使用一种或多种加工工艺制作而成, 充分展现了中国古代独特的纸面装饰技术及艺术审美。 目前存世的洒金纸文物艺术品种类、 数量较多, 但相关科技分析却鲜有报道。 为了探讨传统洒金纸“洒金”材料和工艺, 利用光学显微镜、 扫描电镜-能谱仪、 红外光谱仪等手段, 对一件清代洒金纸样品进行科技分析: 通过光学显微镜、 电子显微镜形貌观察, 可见样品“洒金”区域呈箔片状并有金属光泽; 利用扫描电镜-能谱仪对“洒金”颗粒进行能谱Mapping分析, 可知Al、 S、 K、 Cu、 Ag、 Au元素呈现明显的梯度分布且与“洒金”颗粒形状轮廓完全吻合, 进一步分析表明其主呈色色料为Au, 结合显微观察可知“洒金”材料的呈色物质为金箔, 且制作金箔的Au伴生Ag、 Cu等杂质; “洒金”材料中的Mg、 Al、 Si、 S、 K、 Ca等元素应主要来源于填料, 如常见的滑石(Mg3［Si4O10］(OH)2)、 碳酸钙(CaCO3)等; 红外光谱分析显示“洒金”材料的1 105、 662 cm-1特征吸收峰与SO2-4的O—S—O键伸缩与弯曲振动峰1 106、 662 cm-1一致, 1 641 cm-1与3 277～3 337 cm-1特征吸收峰与明胶的特征吸收峰一致, 结合扫描电镜-能谱分析“洒金”材料中含有K、 Al、 S等元素, 暗示了“洒金”材料中应含有胶矾水, 即胶粘剂由明胶、 明矾(KAl(SO4)2·12H2O)组成, 在“洒金”材料中起连接料的作用。 研究表明, 该样品的“洒金”主要由金箔呈色, 利用胶矾水作胶粘剂并加填滑石、 碳酸钙之类的填料。 对传统洒金纸“洒金”材料与工艺的研究, 为传统洒金纸的传承与发展, 以及洒金纸文物艺术品的保护、 修复、 复制、 鉴定等工作奠定了基础。
洒金纸 “洒金”材料 无损分析 Gold sprinkled paper “Sprinkled gold” materials Nondestructive analysis 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1781
1 重庆中国三峡博物馆馆藏文物有害生物控制研究国家文物局重点科研基地，重庆 400013
2 重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室、智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心，重庆 400054
为了实现对纸质文物表面杂色曲霉生长过程的在线无损监测，研制了一种反射式光纤光谱传感器，该传感器由1根锥形入射光纤和6根接收光纤构成。首先建立了传感器测量纸质文物表面霉菌微生物的理论模型，接着表征了纸质样品表面杂色曲霉的形貌特征，最后利用传感器对纸质样品表面杂色曲霉的生长过程进行了在线监测。研究表明，该传感器能准确获得杂色曲霉的特征吸收峰（295 nm和390 nm），当杂色曲霉高度在101.1~596.0 μm范围时，传感器输出信号与杂色曲霉生长高度间具有线性关系，检测下限达到10 μm。
光纤光学 纸质文物 杂色曲霉 在线无损监测 光纤光谱 反射式传感器 灵敏度 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2306002
光电显示玻璃基板的包装质量对产品在客户端能否顺利投入使用至关重要，包装不良可能会造成客户端破片、吸附带片、膜层脱落等问题。其中，包装产品四角厚度差是其中一个影响包装质量的因素，通过研究制定出四角厚度差管控办法:用低摩擦系数的聚丙烯(PP)代替橡胶、超声测厚度参数优化和底板开槽等方法，可提高玻璃基板的包装品质，提升客户满意度和市场竞争力。
包装 间隔纸 玻璃基板 厚度差 packaging spacer paper glass substrate thickness difference
西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710061
本文制备得到一种由金银合金纳米颗粒修饰的疏水性纸基表面等离激元增强拉曼光谱衬底, 兼具高密度的纳米颗粒分布和高分子检测灵敏度, 在痕量检测领域具有一定的研究意义。实验上将不同合金比的金银合金纳米颗粒组装到经过疏水处理的滤纸基底上, 以改善衬底的表面等离激元特性。并通过调控沉积循环次数, 制备得到高密度纳米颗粒沉积的疏水纸基衬底。光谱表征结果表明, 所制备衬底能够实现罗丹明6G和结晶紫探针分子的检测极限分别为10-10 M以及10-8 M;衬底对福美双分子的检测极限可达10-7 M。
表面增强拉曼光谱 疏水 滤纸 金银合金纳米颗粒 Surface enhanced Raman spectroscopy Hydrophobic Filter paper Au-Ag nanoparticles
1 重庆理工大学电气与电子工程学院，重庆 400054
2 重庆市能源互联网工程技术研究中心，重庆 400054
油纸绝缘老化状态的快速准确检测一直备受关注，本研究对未进行特征提取的油纸绝缘原始拉曼光谱老化状态类别进行判定。首先，根据所测得的绝缘纸聚合度将其老化状态划分为10个类别。同时，对不同老化状态的油纸绝缘样本进行拉曼光谱检测。最后，通过K最近邻（KNN）算法、集成增强KNN算法分别对169组拉曼光谱样本进行老化状态类别判定。结果表明：经过集成增强后的KNN算法对原始拉曼光谱具有更强的识别能力，其判别准确率为98.32%，且具有更好的稳定性。证明了由集成增强KNN算法构建的判别模型能够较为准确地判别油纸绝缘原始拉曼光谱，该模型简化了变压器油纸绝缘拉曼光谱老化状态的诊断步骤，对油纸绝缘拉曼光谱检测方面的研究具有重要意义。
拉曼光谱 油纸绝缘 集成增强 状态判别 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2130002
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications & School of Science, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
2 Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR), Tohoku University, Sendai 980-8577, Japan
3 Department of Engineering Science, Faculty of Innovation Engineering, Macau University of Science and Technology, Macau 999078, China
4 Institute of Modern Optics & Tianjin Key Laboratory of Micro-Scale Optical Information Science and Technology, Nankai University, Tianjin 300071, China
Flexible devices provide advantages such as conformability, portability, and low cost. Paper-based electronics offers a number of advantages for many applications. It is lightweight, inexpensive, and biodegradable, making it an ideal choice for disposable electronics. In this work, we propose a novel configuration of photodetectors using paper as flexible substrates and amorphous as the active materials, respectively. The photoresponse characteristics are investigated systematically. A decent responsivity yield and a specific detectivity of up to 66 mA/W and Jones were obtained at a low operating voltage of 10 V. The experiments also demonstrate that neither the twisting nor bending deformation can bring obvious performance degradation to the device. This work presents a candidate strategy for the application of conventional paper substrates to low-cost flexible solar-blind photodetectors, showing the potential of being integrated with other materials to create interactive flexible circuits.
amorphous Ga2O3 flexible photodetector solar-blindness paper Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 101601
