为了提升低温固体氧化物燃料电池阴极的电化学性能，设计制备了2种具有多功能层级骨架结构的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ/Ce0.9Gd0.1O2-δ (LSCF/GDC)阴极材料，研究了层级骨架阴极的显微结构和电化学性能。结果表明：GDC初级骨架其孔隙率高达80.5%，充分保证了LSCF或GDC次级骨架的构建、后续负载以及工作态下的氧气扩散。采用弛豫时间分布分析不同阴极的电化学阻抗谱，以LSCF纳米颗粒为次级骨架，具有连续电子导电通道，显著增加了反应活性位点，后续负载的GDC纳米颗粒协同促进了氧气的吸附/解离，其600 ℃条件下的总极化电阻仅为0.236 Ω·cm2，得到了制备工艺简单、氧还原反应活性强的层级骨架阴极，有望推动低温固体氧化物燃料电池的进一步发展。

基于以小型化磁控管微波腔实现的脉冲光抽运铷原子钟, 研究了自由演化时间对Ramsey信号特性的影响, 讨论了横向弛豫时间对钟信号对比度的影响.该原子钟的自由演化时间为3 ms时, Ramsey信号中心条纹的对比度为52%, 散弹噪声极限优于1.7×10－14(τ=1 s).利用Ramsey信号的对比度和吸收泡内的光密度, 计算得到了原子钟内铷吸收泡的纵向和横向弛豫时间分别为1.95 ms和 2.45 ms.本文研究为进一步提高脉冲光抽运铷原子钟的性能提供了重要依据.

随着可再生能源及能源转换技术的快速发展, 热电材料在发电及制冷领域的应用前景受到越来越广泛的关注。发展具有高热电优值材料的重要性日益突出, 如何获得低晶格热导率是热电材料的研究重点之一。本文阐述了热容、声速及弛豫时间对晶格热导率的影响, 介绍了本征低热导率热电材料所具有的典型特征, 如强非谐性、弱化学键、本征共振散射及复杂晶胞结构等, 并分析了通过多尺度声子散射降低已有热电材料晶格热导率的方法, 其中包括点缺陷散射、位错散射、晶界散射、共振散射、电声散射等多种散射机制。此外, 总结了几种预测材料最小晶格热导率的理论模型, 对快速筛选具有低晶格热导率的热电材料具有一定的理论指导意义。最后, 展望了如何获得低热导率热电材料的有效途径。

核磁共振陀螺仪是基于量子调控技术的前沿研究，具有高精度、小体积、低功耗等显著优点，是未来高精度微小型陀螺的主要发展方向之一。原子气室内Xe核自旋的横向弛豫时间是衡量原子气室性能的一个重要参数，直接影响陀螺的角随机游走, 准确快速地测量横向弛豫时间有利于研制性能更优的原子气室。根据推导的核自旋横向弛豫时间测量原理，基于LabVIEW软件平台设计了一种气室核自旋横向弛豫时间的自动化测试系统，实现了温度控制、氙共振频率找寻、磁场控制及数据处理存储功能。实际应用表明，采用自动化测试系统工作稳定可靠、测量效率高、测试精度高、人机交互性好，为检验核磁共振陀螺仪原子气室的性能提供了有效测试手段。

为了得到铷原子磁力仪的最佳抽运光强, 进而优化原子磁力仪的灵敏度, 理论分析了抽运光强与磁力仪的极化率、信噪比以及灵敏度之间的关系, 设计了实验装置。采用自由感应衰减法对直径20mm的铷原子球形气室在不同抽运光强下对应的横向弛豫时间进行测量, 并对相应的纵向弛豫时间进行测量, 计算出了不同光强下的极化率, 通过拟合得到了光强与极化率、信噪比以及灵敏度之间的关系曲线。结果表明, 可在10mW/cm2附近得到系统最佳抽运光强。此研究结果为提高光强利用率并进一步优化铷原子磁力仪的灵敏度提供了指导。

氮气分子的振动自由度在大气放电低温等离子体中会被高度激发。从振动能级的简谐振子模型和Boltzmann分布近似出发，研究重复频率脉冲放电中振动温度的变化行为。结果表明，决定重频条件下振动温度的主要过程是电子碰撞振动激发和振动-平动弛豫，而在振动能级高度激发的情形下其与氧原子的化学反应也会产生影响。对于振动激发过程，通过跃迁反比相似率推导出的特征弛豫时间与动理学模型符合较好。在振动-平动弛豫中占主导贡献的为干燥大气中的氧原子或潮湿大气中的水分子。当氧原子数密度为1014 cm-3时，若初始振动温度在5000 K，在化学反应过程中振动能量的特征弛豫时间在0.1~1 s量级。

基于量子点和超顺磁纳米颗粒分别构建了沙门氏菌的荧光免疫和磁驰豫时间（magnetic resonance switch, MRS）免疫传感的分析方法, 并应用于水样中沙门氏菌的检测。 在荧光免疫分析方法中, 利用偶联有沙门氏菌捕获抗体的磁探针对样品中沙门氏菌进行富集, 然后加入偶联有沙门氏菌检测抗体的量子点荧光探针, 基于双抗夹心的模式对水样中沙门氏菌的含量进行了测定。 量子点的荧光强度和样品中沙门氏菌的浓度呈正相关, 检出限是102 cfu·mL-1, 检测时间为2 h。 在MRS免疫反应过程中, 偶联有沙门氏菌捕获抗体的超顺纳米磁珠会特异性地结合沙门氏菌, 导致超顺纳米磁珠由原来的分散状态转变为聚集状态, 从而引起其相邻水分子的质子横向弛豫时间（spin-spin relaxation time, T2）的改变, 通过测定T2的改变量ΔT2实现水样中沙门氏菌的检测。 结果表明MRS传感器检测沙门氏菌的检测限是103 cfu·mL-1, 检测时间是0.5 h。 比较了这两种方法在检测沙门氏菌方面的优劣及应用潜力。

为测量短暂的碱金属原子横向弛豫时间，分析了改进了的自由感应衰减法、磁共振展宽拟合法以及旋转坐标系下的横向磁矩分量比值拟合法三种测量方法。并设计了实验装置，用这三种方法对10 μs 量级的铷原子横向弛豫时间进行了测量。测量结果表明，这三种方法的精度皆可达1 μs 量级。通过对这三种方法的测量环境分析，改进了的自由感应衰减法和比值拟合法的测量值可以直接作为一般的原子磁力仪的参数使用，展宽拟合法可以用于研究无光条件下的碱金属原子弛豫机制。

核磁共振(nuclear magnetic resonance)技术具有快速、精确、分辨率高等优点, 并已不断成熟成为土壤分析、物质结构鉴定、食品分析和医学成像等领域重要的研究分析手段。本文通过介绍利用NMR技术研究液相环境中高分子聚合物在颗粒表面(主要为SiO2颗粒)的吸附、解吸及扩散等行为和利用NMR技术研究受污染土壤中水的摄取过程及土壤润湿性两大方面, 综述了NMR技术在物质表面性质表征领域的重要应用, 展现了NMR技术在高分子材料和环境领域中独特的重要作用。重点介绍基于NMR技术的Acorn比表面分析仪能够直接测定液相环境中物质的弛豫时间, 反映物质的表面性质和结构特征, 为解释污染物环境行为提供数据支持从而在环境领域发挥重要作用, 展现出Acorn比表面分析仪相比于传统BET法在测量环境和测量时间等方面的优越性, 尤其是Acorn比表面分析仪可以反映液相环境中物质的表面性质和结构特征的重要特性, 解决了传统BET法无法直接获得液相环境中物质的比表面积信息的难题, 是液相环境中NMR技术在物质表面性质表征领域的新突破。对Acorn比表面分析仪在制药、化妆品材料和电子产品等方面的应用进行了分析, 并在土壤有机质、药物和天然产物检测等方面对NMR技术的应用进行了展望。

蛋白质在生命活动中起着重要作用, 一直是人们研究的热点, 动态光散射技术由于其快速、准确、对样品无损坏等优点, 而成为研究蛋白质的重要手段之一。本文采用美国布鲁克海文公司提供的BI-200SM激光散射仪对浓度分别为0.1 mg/mL、0.5 mg/mL、1 mg/mL、5 mg/mL、10 mg/mL的牛血清白蛋白溶液进行动态光散射测量, 讨论了光强自相关曲线和粒径测量的相对误差随浓度的变化关系, 研究了蛋白浓度对测量结果的影响。实验结果表明, 在一定浓度范围内, 光强自相关函数曲线的稳定性随浓度增加而增加, 而自相关曲线的迟豫时间随着溶液浓度的增加而减小, 粒径测量的相对误差也随着浓度的增加而逐渐减小。