1 浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室，浙江 杭州 310027
2 东海实验室，浙江 舟山 316021
3 浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心，浙江 嘉兴 314000
4 浙江大学杭州国际科创中心，浙江 杭州 311200
5 浙江大学地球科学学院浙江省地学大数据与地球深部资源重点实验室，浙江 杭州 310027
提出一种基于正则化方法改进的气溶胶微物理特性反演算法，通过引入模式半径范围作为先验约束，并对差异最小值附近的解进行平均，以解决反演时存在的欠定问题。对1500组不同类型的气溶胶粒径分布进行仿真，测试了所提反演算法对气溶胶微物理特性参数的反演精度与稳定性。考虑在20%随机高斯噪声的影响下，90%以上气溶胶的有效半径、体积浓度和表面积浓度反演相对误差可被控制在±33%、±45%和±50%范围内。误差统计结果表明，所提算法基于多波长的气溶胶光学特性，可实现对气溶胶粒径分布的可靠反演。
大气光学 多波长激光雷达 正则化方法 气溶胶粒径分布 微物理特性
1 华南理工大学材料科学与工程学院, 广州 510640
2 广东省建筑材料低碳技术工程技术研究中心, 广州 510640
3 合肥工业大学土木与水利工程学院, 合肥 230009
通常采用大量掺加辅助性胶凝材料的方式提高胶凝材料的抗Cl-渗透性能, 进而提升混凝土结构的耐久性和服役寿命, 但会显著降低早期力学性能。为提高早期强度和抗Cl-渗透性能, 基于初始浆体密堆积与水化过程孔隙有效填充, 设计细、中、粗粒度区间胶凝材料的种类和掺量, 提高浆体的初始堆积密度和水化产物固氯能力, 从而细化孔径并增大孔隙曲折度, 采用59%的水泥熟料(粒径范围4~55 μm), 成功制备了3 d抗压强度27.3 MPa、28 d Cl-扩散系数低至0.36×10-12 m2/s的高抗渗透复合胶凝材料, 为水泥基材料微结构调控和抗渗性能提升奠定基础。
抗氯离子渗透 复合胶凝材料 颗粒级配 水化产物 氯离子固化 chloride resistance blended cementitious materials particle size distribution hydration products chloride binding
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽 合肥 230031
散射矩阵是描述介质散射特性的重要参数，该参数对介质的理化特性敏感。为研究利用该参数对气溶胶进行识别及理化特性获取的可行性，设计并实验测量了聚α烯烃和氯化钠两种气溶胶样品的散射矩阵，讨论了二者矩阵元素的角度分布规律，并基于Mie散射理论，采用模板匹配的方法利用测量结果对聚α烯烃气溶胶的粒径分布进行了反演。结果表明通过矩阵元素的角度分布规律可以对两种气溶胶进行有效识别与区分，结合相关散射模型与反演方法还可以获得气溶胶的理化特性。该研究为气溶胶识别及其理化特性的获取提供了方法参考。
散射矩阵 气溶胶识别 粒径分布 反演 scattering matrix aerosol recognition particle size distribution inversion 大气与环境光学学报
2023, 18(3): 191
华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
动态光散射技术在微米与亚微米级颗粒系粒径分析领域中具有广泛应用，但缺乏非球形颗粒系粒径分布（PSD）的反演模型和算法，限制了其在生物医疗等领域中的应用。基于机器学习方法，设计了基于广义回归神经网络（GRNN）的PSD反演模型和算法，可应用于多角度动态光散射法的粒径分析场景中。以生物医疗领域中的双凹圆饼形和椭球形血红细胞作为典型的非球形颗粒物模型，通过仿真实验测试了所设计的算法。实验结果表明，与传统的正则化Tikhonov算法相比，所设计的反演算法粒径分析准确性更好且耗时更短。对多角度动态光散射法中的散射角度数量进行了仿真实验。结果表明，仅使用2个散射角度处获得的数据依然能实现非球形颗粒系粒径分布的准确反演。
散射 多角度动态光散射 颗粒系粒径分布 广义回归神经网络 非球形颗粒分析
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 中山大学大气科学学院，广东 珠海 519000
基于南海北部海域开展的走航观测，测量了颗粒直径为14~680 nm的气溶胶数浓度，分析了气溶胶数浓度时空分布、粒径分布特征。以核模态、Aitken核模态和积聚模态为基础，统计了气溶胶粒径谱谱型并对其分布模式进行了对数正态拟合。同时，讨论了航程中遭遇的一次冷锋过程对气溶胶数浓度、粒径和组分分布的影响。结果表明：沿海海域气溶胶总数浓度超过6800 cm-3，远海海域气溶胶总数浓度约为1700 cm-3；海洋气溶胶中位数粒径谱符合对数正态分布，近海气溶胶多为双峰型，峰值数浓度在200 cm-3左右，而远海气溶胶多为单峰型，峰值数浓度在60~100 cm-3之间；冷锋过程前的气溶胶样品属于海源气溶胶，呈现海洋本底气溶胶特征，而冷锋过程后的气溶胶样品为受台湾岛污染影响的陆源气溶胶。
海洋光学 海洋气溶胶 亚微米颗粒 数浓度 粒径分布 对数正态分布
两相流中颗粒的运动速度、粒径分布和体积分数是非常重要的参数。本文介绍了一种基于透过率起伏相关频谱测试技术的光学测量装置，并采用该装置实现了颗粒运动速度、粒径分布和体积分数的同时测量。该测试装置具有结构简单、易实现和便于安装维护等特点，有望应用于两相流的在线实时测量。实验结果与标称直径、其他测量方法所得结果相符并具有较好的重复性，证明了测试装置的可行性。
测量 两相流 透过率起伏相关频谱 颗粒粒径分布 中国激光
2022, 49(23): 2304005
山东理工大学资源与环境工程学院, 淄博 255000
无水碳酸镁晶体作为一种新型无机功能材料引起了研究者们的广泛关注。以氯化镁为原料, 碳酸钠为沉淀剂, 合成了无水碳酸镁晶体, 再以甘氨酸、组氨酸、丙氨酸及L-天门冬氨酸四种不同种类氨基酸作为添加剂, 调控其结晶的粒度及形貌。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、激光粒度分析仪对合成产物进行表征, 分析不同种类氨基酸对合成的无水碳酸镁晶体物相结构和形貌的影响。结果表明: 在组氨酸调控下合成的无水碳酸镁结晶纯度高, 生成的产物中n(Mg2+)∶n(CO2-3)为1∶0.94; L-天门冬氨酸调控合成的晶体纯度次之; 甘氨酸和丙氨酸调控合成的晶体中掺杂大量碱式碳酸镁晶体。在组氨酸、L-天门冬氨酸、甘氨酸及丙氨酸四种氨基酸调控作用下, 晶体结晶形貌依次呈凸面球三角形状、近球状、球状及不规则状, 且无水碳酸镁晶体粒径分布均呈先上升后振荡下降最后小粒径拖尾的趋势。以上研究结果为无水碳酸镁晶体的仿生合成提供了参考。
氨基酸 官能团 无水碳酸镁 粒度分布 水热合成 微观结构 amino acid functional group anhydrous magnesium carbonate particle size distribution hydrothermal synthesis microstructure
燕山大学, 河北省土木工程绿色建造与智能运维重点实验室, 秦皇岛 066004
针对胶凝材料比表面积和粒度分布等物理性质存在的差异, 将P·Ⅱ水泥, Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰和S95级、S105级矿渣进行互掺, 固定水泥用量, 设计了4种粉煤灰和矿渣的组合方式, 通过流动度试验分析了组合方式对净浆流动性的影响, 并将粒度分布曲线与Fuller分布曲线进行了比较。在净浆配合比的基础上, 对不同组合方式的混凝土进行了工作性、力学性能及自由氯离子浓度测试, 探讨了粉煤灰和矿渣的粒度分布对混凝土强度和抗氯离子渗透性的影响, 并对硬化浆体水化产物的微观形貌和化学组成进行了分析, 揭示了影响机理。研究结果表明, 矿物掺合料的粒度分布是决定颗粒级配优劣的重要因素。Ⅰ级粉煤灰具有更强的滚珠效应, 在提高流动性方面起了关键性作用。粉煤灰和矿渣的水化及火山灰反应程度影响着混凝土的力学性能和耐久性能, 由于Ⅰ级粉煤灰有更大的比表面积, 火山灰活性也较高, 因此Ⅰ级粉煤灰和S95/S105级矿渣组合的净浆流动度, 混凝土的工作性、抗压强度和抗氯离子渗透性均明显高于Ⅱ级粉煤灰和S95/S105级矿渣组合。其中Ⅰ级粉煤灰和S95级矿渣组合的胶凝材料粒度分布曲线与Fuller曲线最为接近, 粒度分布最优, 水化浆体中Ca(OH)2含量最低, 火山灰反应最为充分, 对应的混凝土微观结构致密, 抗氯离子渗透性最好。
混凝土 粉煤灰 矿渣 粒度分布 微观结构 氯离子渗透 concrete fly ash slag particle size distribution microstructure chloride ion penetration
