利用 Gaussian软件, 选取密度泛函理论 (DFT)、哈特里 —福克理论 (HF)对葡萄糖、果糖的单分子在 0~3 THz波段的吸收谱进行仿真计算, 并与参考文献中的实验结果进行比对。仿真计算结果验证了利用 Gaussian软件进行单分子吸收谱计算的可行性。最后基于密度泛函理论得到的结果分析了不同位置吸收峰对应的分子内振动模式。

MnBi2Te4是首次被发现的一种本征磁性拓扑绝缘体, 具有重要的研究意义。本文通过在MnBi2Te4晶体中进行稀土元素掺杂, 合成了Er掺杂MnBi2Te4晶体, Er原子进入晶格并取代Mn位。在晶体制备过程中, 考虑到目前晶体制备工艺周期较长, 生成物存在Bi2Te3助熔剂等杂质的问题, 对晶体制备工艺进行了优化探索。XRD测试结果表明, 利用改进工艺制备的Er掺杂MnBi2Te4晶体结晶性能良好, 不含杂质相。磁电输运测量结果显示, 少量Er掺杂MnBi2Te4晶体的磁性增强, 掺杂样品在25.2 K发生反铁磁相变。使用原子力显微镜对Er掺杂MnBi2Te4晶体层间距进行了研究, 发现层间距为单层MnBi2Te4的整数倍。通过拉曼测试研究了Er掺杂MnBi2Te4晶体声子振动模式, 结果表明, Er掺杂是调节MnBi2Te4磁性的一种可行方法。

基于Timoshenko梁弯曲理论，该文建立了双激励阶梯形弯曲振动夹心式压电换能器的传递矩阵理论模型。利用解析理论模型和有限元仿真对换能器的前4阶弯曲振动特性进行了计算分析。结果表明，在换能器的各阶弯曲振动模态下，解析理论计算与有限元仿真均取得了一致结果，即在低阶(一、二阶)弯曲振动模式下换能器有效机电耦合系数大，高阶弯曲振动模式下换能器的有效机电耦合系数小。阶梯形前盖板的直径比对换能器的各阶弯曲共振频率和放大系数均有较大的影响，直径比越大，弯曲共振频率越低，放大系数越大。

考虑到行波型旋转超声电机(TWUSM)控制精度与定子两相振动模态有关, 但其不易测量。因此, 该文提出了一种具有参数鲁棒性的滑模观测器以实现优化定子振动模态。首先, 分析定子两相振动模态及合成行波对TWUSM高精度控制的影响; 其次, 利用电机可测的电流、电压信号建立振动模态滑模观测器, 分析TWUSM参数时变特征, 并证明观测器的稳定性与鲁棒性; 最后, 通过仿真与实验对所提出的振动模态滑模观测器进行验证。结果表明, 滑模观测器能准确估计两相振动模态, 且具有参数鲁棒性。此外, 基于观测结果改善驱动电压, 实现定子振动模态优化, 从而降低输出转矩脉动, 提高电机控制精度。

传统鉴别法和现代鉴别法是目前我国中草药检测领域的主要方法。 传统鉴别方法虽因简便、 成本低廉等优势在研究中被广泛采用, 但鉴别准确度在一定程度上依赖于操作者是否具备丰富的药材知识和经验。 随着光谱分析技术的发展, 基于光谱分析技术的现代鉴别法逐渐走入人们的视野。 理论及大量实验研究表明, 中草药代谢物分子内振动模式及晶格的低频振动均发生在太赫兹波段, 据此可以鉴别中草药中所含成分。 甘草酸是甘草中的主要成分, 选择甘草酸为研究对象, 运用量子化学计算方法模拟甘草酸的太赫兹吸收谱, 为甘草酸的太赫兹吸收特征匹配分子振动模式, 此项工作对于深刻理解甘草酸分子内部各基团的相互作用与谱的形成机理十分必要。 为了确保模拟结果的可靠性, 需要建立甘草酸分子的初始构型, 选择合适的计算方法进行结构优化和频率计算, 最终获取甘草酸的太赫兹吸收谱数据。 利用Gaussian09半经验理论的PM3算法计算得到甘草酸太赫兹特征吸收峰分别位于0.87, 1.17, 1.56与2.76 THz处, 其中1.56 THz处的特征峰与参考文献中实验所测结果完全一致, 验证了计算结果的可靠性。 由于每个甘草酸分子中含有120个原子, 体系庞大, 在做振转模式分析时无法呈现其完整的结构, 故采用甘草酸分子的平面结构代替立体结构进行太赫兹特征吸收峰的振转分析。 分析表明, 甘草酸分子的太赫兹特征吸收峰产生与含氧官能团以及碳环的振转有关, 但主要是由甘草酸分子中的含氧官能团扭转形成的。

太赫兹波辐射因具备特有的感测能力以及无创和非电离特性而备受关注。DNA分子间的振动模式(扭转、集体振动、氢键和骨架振动)大多处于太赫兹波段。相比红外波段,DNA在太赫兹波段表现出了很多独特的吸收特性。系统地分析了太赫兹时域光谱技术在DNA分子领域的研究进展,阐述了单个碱基、碱基对、DNA的鉴定与识别,以及它们的吸收光谱和振动模式;此外,还介绍了太赫兹波的生物安全性及其潜在应用;最后根据当前的研究现状,归纳了DNA分子在太赫兹光谱研究方面仍然存在的问题,为今后的相关研究提供参考。

针对压电谐振器振动特性分析的应用需求, 构建了一种小型化、廉价的矢量分析系统。系统采用STM32控制4路DDS芯片产生驱动信号和矢量解析正交信号。通过向DDS芯片写频率控制字, 对压电谐振器进行扫频驱动。同时采用STM32内置ADC, 采样并计算获取各频率点压电谐振器输出信号的幅值和相位。通过提取压电谐振器两个特殊振动模态下的共振频率、品质因数(Q值)、输出信号相位等振动特性参数, 获得驱动信号对这些参数的影响规律, 系统分析了驱动信号对压电谐振器振动特性的影响, 为压电谐振器的驱动、信号检测提供了有效的技术途径, 实验结果为压电谐振器振动特性分析提供了依据。

稀土羟基碳酸盐是自然界稀土元素最基本的碳酸盐矿物形式, RE(CO3)OH, 是稀土碳酸盐类矿物和含水稀土碳酸盐矿物中的主要组成部分, 在自然界有天然产出, 同时碳酸盐矿物又是地球深部碳循环最重要的载体矿物, 作为稀土元素主要的碳酸盐载体矿物, 六方羟基碳酸钐稳定的结构能为稀土元素迁移提供稳定载体。 目前对其结构中羟基氧配位连接方式及氢原子的准确占位情况的认识还存在许多争议, 羟基碳酸盐类矿物研究还处在初级阶段, 羟基对碳酸盐类矿物结构的影响的研究仍十分欠缺。 采用六面砧大压机在高温高压(3 GPa, 800 ℃)下合成, 粒度为10～20 μm六方羟基碳酸钐单晶集合体。 通过X射线单晶衍射分析得出, 羟基碳酸钐为六方晶系, a=b=12.214 3(7) , c=9.839 3(6) , V=1 271.26(17) 3, 属P 6空间群。 晶体结构模型显示在ab平面内, 由Sm3+和［OH］-连接形成六方网, 构成基本重复单层２∞［(ＯＨ)Ｓｍ３／３］２＋, 碳酸根基团连接各层沿c轴延伸, 中心Sm3+呈9配位形式, 与5个碳酸基团相连, 其中4个单齿连接一个螯合连接; 与3个羟基氧原子相连, 确定配位多面体的具体形式。 利用红外吸收光谱、 拉曼光谱两种分析方法对初始样品结构进一步表征, 尤其是对结构中的水进行了详细的解析。 通过样品光谱学特征分析其内部基团振动模式与结构类型, 特别是羟基在晶体结构中准确位置及振动特征。 研究表明: 六方羟基碳酸钐晶体中存在两种不同连接位态的羟基, 3 600～3 650 cm-1谱带对应极化方向垂直(001)晶面, 未能与层内氧原子形成氢键的羟基振动; 3 450～3 500 cm-1谱带对应极化方向平行(001)晶面, 可与层内氧原子形成氢键的羟基振动; 3 369～3 380 cm-1谱带反应层间羟基的振动, 更低频段3 230～3 250 cm-1谱带则是O—H键长更短的羟基振动的体现。 利用氘代样的红外吸收光谱验证H-D置换实验, 由于D原子取代了H原子, 导致ρOH摆动振动和νOH伸缩振动吸收峰消失, 在2608.12cm-1处出现O-D振动吸收峰, 标志氘代完全, 验证了氘代实验设计可行。 作为可以改变岩浆地球动力学性质的羟基, 常温常压下属性及矿物物理性质等对地球科学的基础研究有重要的参考价值。

果糖是一种常见于蜂蜜和多种植物中的简单酮糖, 属于三种可食用单糖之一, 可与葡萄糖结合形成双糖蔗糖。 纯净的果糖常温呈白色晶体状, 具有甜度高、 升糖指数低等优点, 广泛应用于食品行业。 截止目前, 由于针对固相果糖的太赫兹和红外特征吸收谱研究大多局限于单纯的实验测试或者基于单分子理论计算, 缺乏较为系统完善的研究, 因此从理论和实验上系统研究了固相果糖的太赫兹特征吸收谱及红外特征吸收谱, 首次报道了固相果糖在频谱大于3.0 THz以外的特征吸收峰的实验值, 采用基于单分子的MP2和B3LYP泛函以及基于晶胞的PBE和PW91交换相关泛函计算获得了固相果糖太赫兹及红外特征吸收谱, 并与实验获得的固相果糖太赫兹及红外特征吸收谱进行了比对分析, 发现基于晶胞的PBE和PW91交换相关泛函计算结果与实验获得的果糖太赫兹特征吸收峰更相符, 表明固相果糖在0.1～4.0 THz的大多数太赫兹特征吸收峰源自分子间相互作用而非分子内相互作用, 揭示了果糖分子周围环境对果糖振动模式的显著影响。

环形谐振器是微机电系统（MEMS）谐振器中典型结构之一。其中, 椭圆模态是环形谐振器面内振动的一阶模态, 也是使用最为普遍的模态。以降低谐振器振荡时的锚损为目标, 以有限元分析为技术手段, 采用能量法对环形谐振器锚点的几何尺寸进行定量分析。分析结果表明, 与研究者普遍认为的观点相反, 谐振器锚点振荡模态的激发并不有助于提高谐振器的Q值。