1 中国农业大学农学院, 北京 100094
2 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所, 北京 100081
作物残茬还田对农业绿色发展和地力提升意义重大。 我国作物残茬产量大, 种类多, 研究典型作物残茬中磷的赋存形态是预测其还田后作物有效性的前提。 目前, 液相磷-31核磁共振(31P-NMR)是可在分子水平上表征磷素形态的主流分析技术。 而利用该技术表征作物残茬磷素形态的已有研究有限, 且主要采用不同磷化合物的化学位移进行图谱解析。 由于某些有机磷的峰位置相邻, 其化学位移受样品pH等化学条件影响较大, 导致单纯依靠文献报道进行图谱解析存在较大不确定性, 并且识别出的有机磷种类偏少。 该研究进行加标实验, 选取典型作物残茬(玉米、 小麦、 水稻、 大豆、 花生、 棉花), 利用液相31P-NMR技术表征了不同部位(茎叶、 谷壳和种子)磷的分子形态及其含量。 研究发现, 所有供试作物残茬中总磷含量均为种子>谷壳>茎叶。 NaOH-EDTA前处理对供试作物残茬总磷有较高的提取率(73%~139%), 平均105%。 根据加标试验的31P-NMR图谱, 供试样品中检测出的无机磷形态包括正磷酸盐、 焦磷酸盐、 三聚磷酸盐, 有机磷包括植酸、 α/β-甘油磷酸盐、 单核苷酸, 首次在作物残茬的正磷酸二酯组分中检测到脱氧核糖核酸; 供试茎叶和谷壳中磷均以正磷酸盐为主, 大约占NaOH-EDTA可提取磷的49.3%~71.6%, 种子以植酸为主, 占比达48.5%~82.9%; 将正磷酸单酯和正磷酸二酯含量针对正磷酸二酯的降解产物进行矫正, 发现作物茎叶中正磷酸二酯(17.1%~33.5%)高于正磷酸单酯(9%~13.5%), 谷壳中正磷酸单酯和正磷酸二酯的百分含量分别为8.8%~23.2%及8.8%~24.6%, 种子中则以正磷酸单酯为主(57.6%~82.9%)。 研究结果表明, 供试作物残茬尤其茎叶秸秆还田后可能释放正磷酸盐和正磷酸二酯, 作为有效磷源供给后茬作物吸收。 该研究为作物残茬还田及农田磷肥管理提供重要科学依据。
磷 分子形态 液相磷-31核磁共振 作物残茬 Phosphorus Molecular speciation Solution P-31 NMR Crop residues 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2304
北京航空航天大学电子信息工程学院，北京 100083
双光梳技术作为一种新型高分辨率、宽带光学测量技术，在气体吸收监测、绝对距离测量、泵浦探测、电磁频谱测量等领域中有重要应用。以低复杂度产生高质量的双光频梳是该技术走向现场检测、取得更广泛应用的关键瓶颈之一。以一台激光器实现高相干双光频梳生成的单腔双光梳技术的出现显著地推动了低复杂度双光梳测量技术的发展，成为了当前光频梳技术研究的重要方向。在这一新技术体系的产生与发展过程中，我国研究团队发挥了重要作用。回顾了近十年来单腔双光梳，特别是目前得到最多研究与应用的单腔双光梳光纤激光技术的发展历程，全面综述了单腔双光梳的多种技术路径及其特点，并对其未来发展趋势进行了分析和展望。
激光器 单腔双光梳 光频梳 双光梳 光纤激光器 中国激光
2022, 49(19): 1901003
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033；中国科学院大学，北京 100049
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
基于飞秒激光照射的改形控性技术是近些年发展起来的新兴微纳加工技术，其在快速、大面积、周期性亚波长结构的制备上展现出了独特优势。文中利用该技术在氧化石墨烯薄膜表面开展亚波长光栅结构的快速制备，并针对其中的加工机理、形貌变化及其液体浸润性进行了详细研究。通过改变飞秒激光功率和扫描速度等参数，实验获得了具有不同深宽比和表面“粗糙度”的还原氧化石墨烯样品，实现了液体接触角在15°~75°范围内可控的浸润性，并且其接触角在空气中放置20天后平均增加20°。文中的理论和实验结果为飞秒激光微纳加工和改性处理技术的发展奠定了基础，未来有望促进结构化石墨烯衍生材料在液滴收集、微流控等方面的应用。
飞秒激光 还原氧化石墨烯 亚波长光栅结构 表面浸润性 femtosecond laser rGO subwavelength grating structure surface wettability 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201064
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 长治学院电子信息与物理系, 山西 长治 046011
飞秒激光在材料表面诱导产生亚波长周期结构不仅可以改变材料表面的物化性质,而且具有无掩模制作和一步成型等优点,在多个领域具有广阔的应用前景。然而,目前结构形成存在排列规整性差、形状单一、制备效率低等问题。为此,综述了单束飞秒激光在金属表面高效制备规整性一维亚波长周期结构的研究进展,提出了利用时间延迟多束飞秒激光对金属和半导体表面一维亚波长周期结构产生特征(包括规整性、空间周期、排列方向等)进行灵活调控的新方法,成功实现了形貌特征分别为圆包、三角形、菱形、椭圆状、条纹-纳米颗粒复合等多种二维亚波长周期结构的制备,发现了表面结构调控产生过程中出现的超快物理新现象,阐明了时间延迟飞秒激光束与材料作用过程之间的瞬态关联作用。
激光光学 飞秒激光 表面周期结构 时间延迟 金属 半导体 超快动力学 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111404
1 青岛理工大学 山东省增材制造工程技术研究中心, 山东 青岛 266520
2 青岛理工大学 机械与汽车工程学院, 山东 青岛 266520
为了解决透明电加热玻璃制造技术难以兼顾电加热玻璃加热线的透光率、导电性以及附着力的问题, 开发了一种可低成本、批量化实现高性能电加热玻璃制造的复合工艺。该工艺采用电场驱动熔融喷射沉积(Electric-field-driven Fusion Deposition, EFD)3D打印和UV辅助微转印复合制造透明电加热玻璃。根据复合制造工艺原理, 选择及配制了EFD 3D打印、UV辅助微转印介质以及加热线材料。通过具体实验揭示了主要工艺参数对制造透明电加热玻璃加热线结构参数的影响以及规律, 并确定了复合制造工艺的最佳工艺窗口。依据最优工艺参数实现了有效图案化面积为60 mm×70 mm, 线宽为15 μm, 高宽比为0.7, 周期为1 000 μm, 透光率为88%, 方阻为0.5 Ω/sq, 附着力为4B级, 加热线为线栅结构的透明电加热玻璃制造。实验结果表明: 利用EFD 3D打印和UV辅助微转印复合工艺制造的透明电加热玻璃具有透光率高、方阻低及附着力高等优势。该复合工艺为实现低成本、高性能的电加热玻璃的批量化制造提供了全新的解决方案。
透明加热玻璃 复合制造 电场驱动熔融喷射沉积3D打印 UV辅助微转印 transparent glass heater composite manufacturing electric-field-driven-melt-jet deposition 3D print UV-assisted micro-transfer
1 南开大学 电子信息与光学工程学院 现代光学研究所, 天津 300350
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
实验研究了蓝色飞秒激光(1 kHz, 50 fs, 400 nm)在105 Pa(标准气压)和10－3 Pa两种不同气压环境下, 在单晶硅衬底的金属铬膜表面形成亚波长(~250 nm)一维周期性条纹结构的情况, 分析比较了入射激光能流、样品扫描速度、样品薄膜厚度等参数对表面条纹结构的影响.结果表明, 10－3 Pa的真空环境可以有效改善铬膜表面亚波长条纹结构的形成质量; 随着铬膜厚度的减小(100 ~25 nm),表面条纹质量逐渐提高, 但当铬膜太薄(≤ 25 nm)时材料表面易出现烧蚀不均匀现象; 另外, 随着飞秒激光能流密度的降低或扫描速度的增大, 条纹结构的空间周期将会减小, 此时条纹之间的沟槽内逐渐出现纳米线分布.
超快激光 亚波长结构 超快激光加工 薄膜 真空环境 Ultrafast laser Subwavelength structures Ultrafast lasers processing Thin films Vacuum environment
1 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 北京 100081
2 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所, 北京 100081
3 Canadian Light Source, University of Saskatchewan, Saskatoon, SK S7N 2V3 Canada
4 北京大学分析测试中心, 北京 100871
当前, 磷肥不合理施用引发的资源危机和环境问题日益凸显, 创制新型磷肥、 提高磷肥利用率是保障农业生产、 环境安全及可持续发展的关键。 鉴于有机结合态磷肥不易被土壤组分固定, 在土壤中移动性强, 作物有效性高, 研发新型有机结合态磷肥有望从根本上突破并解决无机磷肥利用率低的问题。 新近, 新型有机结合态磷肥的研发方兴未艾, 而有机结合态磷肥的赋存形态及其高效机理尚不清楚。 基于多种有机结合态磷肥研制及肥效方面的研究成果, 选取价格低廉、 肥效稳定的淀粉基磷肥, 采用液相磷-31核磁共振（P-NMR）技术、 同步辐射X射线吸收近边结构谱（XANES）技术在分子层面上对其磷形态进行表征。 将供试淀粉基磷肥酶解制成α-极限淀粉糊精, 溶解于45%的二甲亚砜, 通过液相P-NMR分析发现该磷肥中总磷含量约为5 218 mg·kg-1, 与灼烧-比色法测得的结果一致; 其中磷主要以有机形态赋存, 正磷酸单酯占总磷比例达75.8%。 正磷酸二酯含量为17.3%, 而无机磷仅占总磷含量的6.9%。 另外, 通过指纹图谱比对, 供试样品磷的K-边XANES谱与植酸磷的谱图极为相似。 以上研究结果表明该淀粉基磷肥中磷以正磷酸单酯为主, 为深入揭示有机结合态磷肥的高效机制提供了重要依据。Spectroscopy
磷 分子形态 液相磷-31核磁共振 X射线吸收近边结构谱 肥料 Phosphorus Molecular speciation Solution P-31 NMR XANES Fertilizers
1 长治学院 电子信息与物理系, 山西 长治 046000
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
利用二维时域有限差分方法研究了非对称纳米金属双缝结构在薄隔层情况下对光波的异常透射特性, 以及狭缝长度、狭缝数目和入射角度对透射特性的影响.研究发现, 该双缝结构中传导的表面等离激元波通过渗透中间隔层材料产生交叉耦合作用, 形成对称和反对称耦合模式, 导致其透射谱在特定波长位置处形成双共振峰传输和一个透射率为零的透射抑制现象; 双缝结构中表面等离激元波交叉耦合作用的本质是其横向电场分量渗入中间隔层材料产生的相互干涉作用, 而横向电场分量的初始相位差决定双缝结构中形成的表面等离激元波耦合模式的类型.由于双缝结构的透射极值与各狭缝腔内的法布里-珀罗共振效应密切相关, 因此狭缝长度决定透射极值的波长位置, 而狭缝数目和入射角度只影响透射峰的传输效率.该双缝结构具备光学滤波和空间分光功能, 在新型纳米光子器件领域具有潜在的应用价值.
亚波长金属结构 异常光学透射 时域有限差分方法 非对称纳米金属双缝 表面等离激元 Subwavelength metallic structure Extraoridnary optical transmission Finite-difference time-domain Asymmetric two integrated metallic nanoslits Surface plasmon polaritons
1 南开大学现代光学研究所光学信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300071
2 商丘师范学院电子电气工程学院, 河南 商丘 476000
通过控制飞秒激光脉冲分别在线偏振和角向偏振条件下的入射脉冲个数, 在金属钨材料表面获得了周期性亚波长条纹和金属纳米线复合而成的新型微纳米结构。实验结果表明, 线偏振激光脉冲诱导形成亚波长表面条纹结构的周期和脊面宽度随脉冲个数的增加而减小; 在两种不同偏振情况下, 飞秒激光脉冲在样品表面诱导形成的金属纳米线结构随激光脉冲个数的增加逐渐趋于消失, 而形成微纳米结构的区域面积随激光脉冲个数逐渐增加而增大, 并在飞秒激光脉冲个数为150时趋于不变。
激光制造 二维周期复合结构 线偏振光 角向偏振光 金属钨
