高分子材料以其优异的性能,近年来得到了广泛的应用。以一种新型高分子材料环烯烃共聚物为基底,设计并研制了400~700 nm波段的减反射膜。根据薄膜热应力理论分析了材料特性,选择ZrO₂作为黏结层,研究了等离子体处理时间对基底表面微观结构以及化学组成的影响。通过优化工艺参数和增加基底表面的活性,提高了基底与黏结层的结合力,再通过过渡层将黏结层与镀层结合,解决了薄膜与基底热膨胀系数不匹配的问题。采用镀后离子束轰击技术解决了恒温恒湿时的膜裂问题。测试结果表明,减反射膜在400~700 nm波段的平均反射率为0.117%,且具备良好的耐环境性能。

无溶剂法合成沸石法在多个方面优于常规水热合成法, 近年来引起广泛关注, 但是采用该方法合成的微孔SAPO-34沸石催化剂的催化寿命较短, 无法满足甲醇制烯烃工业应用的要求。本研究中开发了一种改良的无溶剂法, 使用该法合成了具有优异甲醇制烯烃反应性能的SAPO-34催化剂。该法在合成体系中引入酸活化晶种, 通过调节沸石晶化动力学来调控催化剂的物理化学性质。采用不同技术对无溶剂法合成的系列SAPO-34催化剂的结构性质进行了分析表征。结果表明：与未引入晶种合成的父代样品相比, 添加晶种得到的子代SAPO-34样品具有更高的结晶度、比表面积及低的强酸中心密度, 对甲醇制烯烃反应的催化寿命可延长到480 min, 远远优于对应的父代样品(40 min)。这一结果证实了无溶剂合成中晶种的使用可有效调节沸石的性质, 可见该方法在提高沸石催化性能方面具有巨大潜力。

大多数生物大分子和基团的振动或者转动能级处于太赫兹频段，而其生物活性在水溶液中才能表现出来，由于水对太赫兹波的强烈吸收，从而限制了太赫兹技术的推广和应用。为了研究水溶液中生物样品的反应、变化等动态特性，将太赫兹技术和微流控技术相结合，分别研究了微流控芯片上微流控沟道的尺寸，微流控芯片的材料及其制作流程，最后用去离子水对该芯片进行了初步测试，证明了该太赫兹微流控芯片的可行性。

太赫兹时域光谱(THz-TDS)已被用于研究包括液体, 半导体, 爆炸物和气体等多种材料。 然而自由空间太赫兹光谱系统存在着一些检测局限性, 如微量物质难以被检测、 系统尺寸难以实现微型化、 空气中水的强烈吸收引起的信号衰减较大等问题。 为了解决这些问题, 研究人员设计了基于金属波导传输线结构的太赫兹芯片集成器件, 通过飞秒红外激光激励传输线上的光电导材料实现太赫兹波的产生和检测。 然而, 在这些芯片上传输的太赫兹信号的频谱宽度很难达到自由空间太赫兹时域光谱系统的频带宽度, 一个重要原因是由于传输信号受到随频率增加的传输线损耗所导致的衰减。 通常这些损耗主要由三个部分组成: 导体损耗, 介电损耗和辐射损耗。 研究表明: 使用低介电常数材料作为共面传输线的衬底, 将减少这种介电常数的失配, 从而避免冲击波辐射损失; 使用具有低损耗角正切的基底材料可以减少太赫兹传输线的损耗。 环烯烃聚合物(COP)是一种具有环状烯烃结构的非晶性透明共聚物的材料, 在太赫兹波段具有很高的透射率, 为了探究这种材料是否能用于共面传输线的衬底, 需要通过太赫兹时域光谱技术和介电函数理论分析它在太赫兹频段的光谱和介电特性, 以及对这种材料作为基底时用在太赫兹传输线的传输特性进行仿真计算分析。 使用透射式太赫兹时域光谱系统, 对三种COP、 熔融石英和PMMA进行了光谱测试, 提取了它们的透射时域信号, 采用Dorney和Duvillaret等提出的物理模型计算复介电函数。 实验表明: 与其他两种材料相比, COP材料在1 THz处的透过率更高, 可以达到94.5%, 同时介电损耗和介电常数更低, 其中介电损耗在1 THz处达到4.31×10-4, 因此将COP作为传输线基底材料时能有效减少基底的介电损耗。 同时COP材料的介电常数在0.2～2.8 THz范围内维持在约2.3的水平, 也有效减弱了辐射损耗。 对实验材料基底组成的共面波导传输线进行了HFSS模拟, 获得了它们的正向传输衰减系数(S21 parameter), 并对由基底引起的介电损耗和辐射损耗进行了计算分析。 模拟和计算结果也表明在同一传输线结构下, 与其他材料相比COP作为基底时的损耗更小。 通过太赫兹时域光谱法与介电响应分析, 表明了在太赫兹波段具有较低介电常数的COP材料更适合作为太赫兹传输线结构的基底材料, 它可以有效的降低因基底引起的介电损耗和辐射损耗。 这为太赫兹传输线的设计过程中衬底材料的选择与应用提供了实验和理论依据。

烯烃工业生产过程中的多组分在线检测是对其工业过程有效控制、提高处理装置综合效益的重要手段。本文以在线检测烯烃裂解炉的清焦过程生成的一氧化碳和二氧化碳为应用案例, 采用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)作为分析平台进行多组分分析。针对清焦过程, 设计了检测0~5%量程CO和CO2的模拟实验。对气体含量随机分布的19组数据分别采用多变量最小二乘算法(CLS)、单组分偏最小二乘算法(PLS1)和多组分偏最小二乘算法(PLS2)进行建模和评估。在后续的多组分交叉干扰实验和CO2的扩展量程准确性测试实验中, PLS1模型的最大误差小于±0.05%, PLS2的小于±0.10%, CLS的小于±0.20%。因此,TDLAS技术结合PLS1算法在实现化工过程中的多组分在线检测时具有先进性。

基于相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)光谱技术机理, 针对甲醇制烯烃(MTO)产物中多种组分烃类的探测需求, 搭建了一套扫描式窄带CARS光谱实验装置。 采用该装置对甲烷, 乙烷, 乙烯, 丙烯分别进行CARS光谱扫描, 获得了各分子的特征拉曼谱; 并在相同实验条件下进行比对试验, 得到不同分子特征峰处的CARS信号强度与目标气体浓度及其他背景气体之间的关系。 通过建立简化模型对不同分子的CARS信号特征峰强度信息进行解析, 提出了一种分时窄带CARS光谱探测多种拉曼活性气体浓度的方法, 用于快速在线分析催化化工等领域中各类流体的组分。 利用这种方法探测了甲烷, 乙烯, 丙烯的浓度, 将实验误差控制在9%以内。

采用全矢量有限元法,仿真设计了一种工作在2.5 THz频段的中空芯太赫兹光子晶体光纤,用环烯烃聚合物材料(COC)制备了光纤样品,利用CO2激光泵浦气体太赫兹源搭建了测试平台并对光纤的太赫兹波传输性能进行了测试.实测光纤最低损耗0.17 dB/cm、平均损耗约0.5 dB/cm,在弯曲90°情况下光纤传输损耗波动小于5%,具有良好的可弯曲性;光纤输出端口的模场分布测试结果表明,光纤是以主模进行传输,太赫兹能量很好地被束缚在光纤芯中.