为解析长株潭地区 PM2.5 演化的多尺度特征, 阐释其演化的主要动力机制, 提出了一种集合经验模态分解 (EEMD) 和多重分形消除趋势波动分析 (MFDFA) 的新模型, 研究了该区域 2015 年 1 月 1 日至 2019 年 12 月 31 日 PM2.5 浓度的动力演化。利用 EEMD 方法获得了各城市 PM2.5 的高频模态以及趋势项, 趋势项结果表明 PM2.5 浓度呈下降趋势, 而 PM2.5 的高频模态反映了 PM2.5 浓度波动的非线性特征。进一步采用 MFDFA 方法对其高频累加模态进行分析, 研究表明 PM2.5 高频分量存在较强的多重分形特征。此外, 还利用相位随机替代法和随机重构法研究了其多重分形的主要来源, 结果表明 PM2.5 浓度波动在不同时间尺度内的长期持续作用是造成高浓度 PM2.5 污染涌现的主要动力因素。最后, 讨论了气象条件对其高频分量多重分形强度的影响, 结果发现, 相对于其他季节, 冬季 PM2.5 高频模态的多重分形强度更强。分析表明, 尽管该区域通过大气污染行动计划已取得积极的污染控制效果, 但在冬季, 污染物演化的长期持续动力机制对 PM2.5 高频模态的演化发挥着更加主导的控制作用, 不同时间尺度上 PM2.5 非线性长期持续动力机制导致冬季仍有高浓度 PM2.5 涌现的风险, 甚至出现更为严重的污染。本研究结果对于区域 PM2.5 多时间尺度演化动力特征的研究以及大气污染预测预警机制的建立具有重要意义。

温度变化会对液晶材料的电学特性产生影响。为了深入探究低温下液晶材料的电学特性, 首先, 液晶盒厚度和取向层厚度分别由紫外可见分光光度计和表面轮廓仪测量得到; 然后, 利用精密热台以及基于热电制冷工作原理自制的制冷装置控制液晶盒的温度, 使用校准后的精密LCR表分别测得低温和常温下液晶盒电容-电压（C-U）特性曲线, 由液晶盒电容模型得到液晶层C-U特性曲线, 基于该曲线与双盒模型, 得到了温度对4种液晶介电各向异性、弹性常数的影响。实验结果表明: 随着温度的升高, 正性液晶材料的介电各向异性从10.0增大至21.0, 弹性常数k11从17.0 pN减小至7.0 pN, k33从31.0p N减小至16.0 pN; 负性液晶材料的介电各向异性从-8.5增大至-3.0, k11从21.0 pN减小至11.0 pN, k33从31.0 pN减小至13.0 pN。即随着温度的升高, 正性液晶材料的介电各向异性和弹性常数k11、k33均不断减小; 负性液晶材料的介电各向异性不断增大, k11、k33呈现减小趋势。该结论对探究低温下提升液晶显示性能的方法有着重要意义。

黄精药材品质优劣与基原植物产地环境因子密切相关, 建立简单、 快速且能够准确鉴别药材产地的方法对保证其质量可控及用药安全具有重要的理论意义和应用前景。 研究中以云南、 四川和广西9个产地的133份滇黄精Polygonatum kingianum coll. et Hemsl根茎为试验材料, 采集衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）和紫外-可见光光谱（UV-Vis）数据预处理后分别建立单一光谱随机森林（Random forest, RF）模型; 将ATR-FTIR与UV-Vis数据直接串联完成低级融合, 提取两种光谱的主成分数（PCs）和潜在变量（LVs）以实现中级（中级融合PCs和中级融合LVs）和高级数据融合（高级融合PCs和高级融合LVs）, 基于不同数据融合策略分别建立RF模型; 比较不同模型的正确率（ACC）、 灵敏度（SEN）和特异性（SPE）, 筛选产地鉴别最佳模型。 结果显示, 不同产地滇黄精ATR-FTIR和UV-Vis峰型相似, 吸光度略有差异, ATR-FTIR显示14个共有峰, 与糖类、 甾体皂苷、 黄酮类和生物碱类物质有关, 其UV-Vis共有峰主要位于272及327 nm处, 与黄酮类物质有关; ATR-FTIR、 UV-Vis和低级融合的RF模型, 训练集和预测集ACC分别为（76.34%, 95.00%）, （80.65%, 95.00%）和（83.87%, 100.00%）, 但SEN和SPE值较低, 故不宜采用; 中级融合PCs和中级融合LVs的RF模型的SEN和SPE分别为大于0.91和0.98, 训练集ACC分别为91.40%和97.85%, 预测集ACC均为97.50%; 高级融合PCs和高级融合LVs的RF训练集ACC分别为77.42%和97.85%, 预测集ACC均为95.00%, 高级融合PCs的RF模型鉴别效果较差, 高级融合LVs的RF模型存在过拟合现象; 模型鉴别能力为中级融合LVs＞中级融合PCs＞低级融合＞ UV-Vis＞ATR-FTIR＞高级融合PCs; 提取LVs对产地鉴别的方法优于PCs; 中级融合LVs建立的RF模型鉴别ACC最高, SEN和SPE大于0.98, 模型性能最佳。 该方法可为黄精药用资源的科学评价提供理论依据和技术支撑。

发展适用于低光子数应用环境的荧光寿命分析方法对快速荧光寿命显微成像(FLIM)方法的发展和应用都具有重要意义。受高密度单分子定位显微成像中压缩感知算法的启发,将荧光寿命分析看成一个稀疏逆问题,提出了一种基于交替下降条件梯度(ADCG)的荧光寿命分析新方法,并通过对模拟数据和实验数据进行分析,验证了ADCG-FLIM算法即使在低光子数情形下依然能够较好地分析荧光寿命,从而有利于活细胞快速FLIM技术的发展和应用。

针对水下潜航器惯导系统的定位误差积累和容错性差等问题, 分析了水声超短基线的相位差定位方法, 推导了基于惯导提供实时位置、姿态误差角信息的惯导/超短基线（INS/USBL）导航解算过程及其坐标转换。结合惯导/ 多普勒测速（INS/DVL）滤波器, 给出INS/USBL/DVL组合导航联邦滤波在3种信息融合算法下的应用。通过MATLAB仿真对导航算法进行了验证, 结果表明该导航算法能够抑制惯导系统误差随时间发散的问题, 能充分利用了3种导航系统提供的参数信息, 且状态维数低, 滤波收敛速度快, 其中基于精度因子信息分配方法的导航系统误差最小。容错性验证结果显示, 当超短基线出现故障时, 重构后的组合导航系统在较高航速情况下依旧能提供有效的导航参数。所提出的INS/USBL/DVL组合导航联邦滤波方法能够精确地提供水下潜航器的各位导航参数信息, 且具有较高的容错性和稳定性。

基于VO2/Si3N4/Al结构设计了一种发射率可调控的智能辐射器 (SRD)。通过薄膜特征矩阵理论SRD的光学特性进行分析, 结果表明VO2的厚度决定了SRD的辐射能力, 其调控光谱范围与介质层Si3N4的厚度密切相关, 优化后的SRD发射率调控范围为0.38。采用MgF2/Si3N4双层减反膜进一步优化SRD, 使其低温(20 ℃)和高温(100 ℃)发射率分别达到0.30和0.91, 调控范围扩大至0.61。利用有限时域差分法分析了有无减反膜时SRD的辐射场分布, 结果表明减反膜可以提高SRD的温度调控效率, 增强空间复杂环境适应能力。设计思路对高性能SRD的制备和航天器热控系统的轻量化具有重要意义。

设计了一种Au/VO2周期性方形孔洞阵列结构的红外吸收器, 利用时域有限差分法研究了吸收器的结构参数对吸收光谱的影响, 优选出VO2和Au膜层厚度分别为140 nm和80 nm, 孔洞边长和阵列周期分别为1.1 μm和1.2 μm时, 吸收可调控特性最为明显, 在2.3 μm处其高低温的吸收率差值可达80.3%.理论模拟计算了光以不同偏振、入射角入射时的吸收, 结果表明, 正入射时吸收器是偏振无关的; 斜入射时吸收器具有广角吸收的特点, 与TM偏振相比TE偏振下吸收器具有更强的角度依赖性.低温时吸收器中的电磁场呈高度局域化分布, 表现为强的吸收; 而高温时吸收器中的电磁场分布在吸收器表面, 吸收被抑制.所设计的吸收器吸收效率高, 吸收强度可以调控, 可应用于新型可调控智能光电器件.

采用高温固相法合成了Er3+、Yb3+共掺杂的NaYF4荧光粉。XRD测量数据表明合成的样品为纯相。测量了样品的激发谱和发射谱, 证明377 nm的紫外光通过量子剪裁的形式将能量传递给一个Yb3+, 发射一个975 nm的红外光子, 再从4F9/2能级跃迁到基态发射一个红外光子。测量了377 nm激发下, 监测541 nm的发光寿命曲线, 计算得到最大的量子效率为126.35%。通过监测Yb3+的975 nm的近红外发射, 证明了Er3+的4F7/2和2H11/2能级通过下转换的形式将吸收的485 nm和519 nm的能量传递给Yb3+。这种将Er3+在可见光波段的多种光子能量传递给Yb3+发射975 nm的近红外光子的思想在以前的研究中从未被提出。

从荧光磷光复合结构的有机电致发光器件的研究入手，采用OXD-7作为蓝色荧光发光层，Ir(MDQ)2acac掺杂在母体材料作为红橙磷光发光层，设计制备了双波段白光有机电致发光器件。研究中发现，OXD-7，Alq3 和NPB的三组分协同作用可以导致电致激基复合物的产生，以及由此导致的光谱红移，并使得器件发光效率降低。通过插入TDAF中间层可以有效地抑制激基复合物的产生，同时，通过控制载流子传输的平衡，以及磷光材料的掺杂浓度，可以获得器件发光亮度、效率的提升。