为了探究激光等离子体冲击波清洗过程中微纳颗粒的物态变化特性, 针对单晶硅表面 Al 微纳颗粒进行了清洗实验；结合等离子体传播规律与有限元法模拟了颗粒内部的应力和温度变化情况, 得到了颗粒相变和演化的规律。结果表明, 大颗粒与中颗粒数量明显减少, 尺寸由原来的0.5μm～3μm变为0.1μm～1μm；颗粒的物态变化主要是冲击波瞬时高温高压作用所致, 颗粒内最大应力达到1GPa, 最大温度达到1100K；颗粒在冲击波作用下发生了破裂与相变, 细小颗粒数量增多并粘附在样品表面, 增大了清洗难度。此研究可为激光清洗颗粒的理论和应用提供参考。

稀土掺杂上转换发光微纳粒子在防伪识别方面有着巨大的应用前景。 首先采用水热合成法制备了NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子, 通过X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)对NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子的尺寸、 形貌和结晶度等方面进行了研究, 同时使用980 nm的泵浦源对NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子的发光性能进行了分析; 其次将NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子与酒精按一定比例混合制成丝网印刷剂, 结合网络定制的丝网模版在纸上印制了不同字样的防伪图案, 风干后将字样暴露在980 nm的激光辐照下, 并使用相机对其进行成像研究; 最后将印制的字样分成两部分, 一部分保存在室内25 ℃恒温环境下, 另外一部分保存在冬季一月份室外自然环境下, 保存地点均为西安市, 一周后对不同环境下的字样再次使用完全相同的实验仪器进行成像测试。 实验及测试结果显示, NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子与NaYF4标准卡的衍射峰完全一致, 没有其他杂质产生; 实验合成的微纳粒子外形均为六方体, 且平均长度和横截宽度分别为209和175 nm, 微纳晶体表面光滑、 无缺陷、 未弯曲、 结晶度较高、 分散性较好, 电子衍射环与NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子的312, 300和302晶面相对应; NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子受掺杂离子的影响, 在不同的能级跃迁下分别产生蓝、 绿、 黄、 红四种可见光, 通过对NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子荧光光谱分析, Eu3+非对称性比率约为1, 表明磁偶极子跃迁与电偶极子跃迁相当; NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子制成的丝网印刷剂在不同环境下成像结果良好均清晰可见、 容易辨识, 但受存放环境影响, 室内成像结果与最初的成像结果相比变化不大, 室外所有成像字符受到自然环境下水汽的影响, 亮度均略有下降, 但仍能识别。 成像结果表明, 所制备的NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子在防伪识别方面具有稳定性、 可靠性等特点, 但仍受到影响程度可控的自然环境因素影响。 综合来看, 其在防伪识别方面有着很大的应用前景。

提出了一种结构简单、易准直、能探测单个微纳颗粒的激光自混合干涉(SMI)探测方法。建立了单个颗粒产生的激光SMI信号模型,理论分析了干涉信号的特征,搭建了微流控颗粒探测系统。采用自主开发的LabVIEW程序进行聚苯乙烯颗粒的探测实验和信号采集,并从时域和频域两方面分析了单个粒子的直径。结果表明,本方法能有效探测和区分直径为0.5~10 μm范围内的聚苯乙烯微球颗粒。

表面等离激元是金属表面自由电子在入射光激发下产生的电子集体振荡行为及其相应的电磁场分布。 目前, 金微纳颗粒表面等离激元除了在可见光波段内被大量研究和应用外, 在中红外波段内也显示出独特的光谱特性, 具备设计生产优良传感器的潜力, 因而同样备受瞩目。 研究表明, 在中红外波段内设计表面等离激元传感器的关键问题在于如何有效地调节共振谱的共振波长、 峰值吸收率以及半峰宽等主要特征参数。 相比于单个微纳颗粒而言, 阵列结构由于拥有良好的周期性, 从而能够在上述参数的宽光谱调节方面具有独特的优势。 基于此, 提出一种基于金微纳颗粒组成的阵列结构, 利用时域有限差分方法, 在4～18 μm波段范围内, 通过分别改变该阵列的结构参数, 包括颗粒半径、 高度、 间距及颗粒形状等, 系统地研究了该微纳阵列结构在中红外波段对入射光的反射光谱、 透射光谱和吸收光谱等特性的影响。 研究发现, 在8～10 μm光谱内, 入射光能够与其所激发的金微纳阵列表面等离激元产生共振效应, 表现出明显的共振峰特性。 可以通过分别改变上述结构参数来有效调节吸收率谱线共振峰的共振波长、 峰值吸收率和半峰宽等主要特征参数。 研究结果对中红外光谱内基于金微纳阵列结构传感器的科学研究和实际设计具有独特的理论应用价值。