1 表面物理与化学重点实验室，四川 绵阳 621908
2 中国工程物理研究院材料研究所，四川 绵阳 621907
光学捕获经过近几十年的发展，从光学悬浮到紧密聚焦的单光束光镊再到最近发展的多种类型的光学阱，已经可以捕获包括碳、金属氧化物、花粉、孢子、无机/有机液滴等多种不同类型的粒子，结合拉曼光谱、腔衰荡光谱或激光诱导击穿光谱可以获取悬浮微粒在原生状态下的物理和化学信息，并可以实现受控气氛环境下单粒子的化学反应研究。首先，本文根据微粒的吸光性对空气中微粒的光学捕获力的来源进行了介绍，透明微粒主要受辐射压力的作用，吸光微粒主要受光泳力的作用；然后，根据光学捕获力的不同对单光束、双光束、高斯光束和空心光束等光学捕获设计进行分类介绍；最后，综述了光学捕获与光谱技术结合起来用于单粒子研究的最新进展，并讨论了光学捕获拉曼光谱面临的挑战。
光谱学 光镊 光学捕获 单颗粒 气溶胶
1 河南科技大学材料科学与工程学院, 洛阳 471023
2 河南东风新研材科技有限公司, 洛阳 471023
采用溶胶-凝胶技术合成Al2O3刚玉前驱体, 以SiO2-MgO-CaO为助烧剂, α-Al2O3纳米粉体为晶种, 利用传统烧结技术制备微晶陶瓷刚玉(SG)磨料。借助透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及热重-量热扫描(TG-DSC)等技术分析了晶种的特性和凝胶前驱体的热学性能, 探讨了烧结温度和烧结时间对SG磨料微观结构和力学性能的影响。结果表明, 纳米α-Al2O3晶种的添加使θ-Al2O3α-Al2O3相变温度降低了250 ℃。单颗粒抗压强度和密度随烧结温度的升高和烧结时间的延长先增大后减小, 晶粒形貌由等轴晶转变为片状晶。在1 320 ℃烧结45 min制备的SG磨料的单颗粒抗压强度和密度分别为40.2 N和3.88 g/cm3, 平均晶粒粒径为0.56 μm, 优于用传统烧结技术制备的微米晶种磨料样品。
溶胶-凝胶 微晶陶瓷 Al2O3刚玉磨料 单颗粒抗压强度 助烧剂 晶种 sol-gel microcrystalline ceramic Al2O3 corundum abrasive single particle compressive strength sintering aid crystal seed
西安交通大学电子与信息学部电子科学与工程学院物理电子与器件教育部重点实验室，陕西 西安 710049
本研究利用搭建的高精度单颗粒偏振光谱表征系统，测量了六方相NaYF4：Sm3+和单斜相BiPO4：Sm3+单颗粒微米晶体的偏振发光特性，并结合偏振庞加莱球法和偏振拟合法对偏振发光峰进行了分析。结果表明，两种晶相中的Sm3+离子均发射部分偏振光，不同的是，六方相发光峰的线偏角精确沿着或垂直于结晶c轴，而单斜相发光的线偏角与结晶c轴存在非平行或正交的夹角。基于局部点群对称性和晶体宏观对称性，揭示了六方相发光峰的正交线偏角起源于光学跃迁偶极子绕结晶c轴的旋转对称分布，而单斜相中偶极子不具备旋转对称性，导致其发光峰的线偏角随机取向。该发现对于利用晶体结构获得具有理想偏振发光特性的稀土单颗粒晶体具有指导意义。
稀土单颗粒光谱 偏振发光 晶体结构 点群对称性 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106028
伴随互联网智能时代的开启, 发光材料的研发模式也从传统的“试错”、“经验指导实验”向“理论预测、实验验证”的新模式转变。高效的理论预测和快速的实验验证是实现这一转变的关键所在。现阶段, 高通量计算、机器学习等理论预测方法日渐成熟, 单颗粒诊断法等实验方法更加高效, 为新型发光材料的研制奠定了理论和实验基础。简要概述了近年来在稀土发光材料领域, 基于单颗粒诊断法和高通量计算挖掘发现新型荧光粉的研究进展。
单颗粒诊断法 高通量计算 新型荧光粉 single-particle-diagnosis high-throughput calculations new phosphors
1 中国科学院新疆理化技术研究所 新疆爆炸物安全科学自治区重点实验室，乌鲁木齐 830000
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
非制式爆炸物因原料易得、破坏性大等特点，已成为暴恐分子施爆的首选方式。目前，国内外针对光学传感2，4，6-三硝基甲苯、2，4-二硝基甲苯等制式爆炸物的研究已经相对成熟，而对于非制式爆炸物，因其具有与制式爆炸物完全不同的本征特性，如多为不挥发离子晶体、分子构型差异巨大等，难以通过光学传感制式爆炸物的原理对其分析与识别，成为国际反恐的棘手难题。因此，针对非制式爆炸物的特性，设计特异性光学传感材料、提出光学信号增强策略、建立现场识别超痕量非制式爆炸物的有效方案，是实现追踪非制式爆炸物源头、截断非制式爆炸物转移路径与炸后残留定性分析的迫切需求。本文从光学传感的本质出发，系统总结了传感材料的设计方法和比色/荧光传感非制式爆炸物模式的发展趋势，旨在为光学传感非制式爆炸物领域提供思路和借鉴。
爆炸物 单颗粒 比色 荧光 光学传感 Explosive Single microparticle Colorimetric Fluorescence Optical sensing
1 深圳大学物理与光电工程学院生物医学光子学研究中心光电子器件与系统 教育部/广东省重点实验室，广东 深圳 518060
2 深圳大学电子与信息工程学院，广东 深圳 518060
3 深圳大学化学与环境工程学院，广东 深圳 518060
双螺旋点扩散函数（DH-PSF）技术通过对成像系统光瞳面波前相位的调控，将系统的PSF改造为DH-PSF，可实现大深度、高精度的三维纳米尺度成像，被广泛应用于生命科学、材料科学、工业检测等领域。详细阐述了DH-PSF技术的基本原理、DH相位片的设计方法及其运用方法，并在此基础上介绍了该方法在深度估计技术、纳米尺度三维单颗粒示踪、超分辨荧光显微技术、新型激光扫描荧光显微技术等领域的应用研究进展，着重讨论了DH-PSF技术在这些应用实例中的优势，为相关领域的研究提供有益的参考。最后，对DH-PSF技术及其应用的发展方向进行展望。
荧光显微成像 超分辨成像 双螺旋点扩散函数 单颗粒示踪 深度估计 激光与光电子学进展
2022, 59(18): 1800001
1 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室, 北京 100029
2 中国科学院大学地球与行星科学学院, 北京 100049
3 中国科学院城市环境研究所区域大气环境研究卓越创新中心, 福建 厦门 361021
大气中的沙尘气溶胶颗粒物会通过与太阳辐射相互作用、参与云的形成过程等, 对气候系统产生强烈影响。对流层中的沙尘气溶胶通常是含有各种粒子成分的不均匀混合物, 只有通过详细了解单个沙尘粒子的理化特性才能充分认识其对气候的影响效应。基于此, 对过去 20 年基于光学方法对大气沙尘气溶胶观测分析的研究进行了全面的综述。回顾了利用电子显微镜、激光雷达以及单颗粒质谱等光学技术的研究成果, 简要介绍了基于扫描电镜和能谱、偏光特性、非对称因子等的观测分析技术, 并讨论其优缺点; 总结了沙尘气溶胶形貌、混合态特征研究, 讨论其参与大气物理化学过程的主要方式; 讨论了污染沙尘的光学性质、吸湿特性及成核能力, 这些特性都对气候变化和预测有重要影响。大气中的沙尘气溶胶是复杂多样的, 如何将精确的单粒子分析技术和快速响应的在线检测技术结合将是未来大气探测的研究重点, 这些研究成果也将进一步扩展到气溶胶的环境和气候影响研究, 以及人类健康风险评估中。
沙尘气溶胶 形貌特征 混合态 单颗粒检测 大气化学过程 气候效应 dust aerosols morphological properties mixing state single particle detection atmospheric chemical process climatic effects
北京理工大学, 化学与化工学院, 北京 100081
近年来随着工业迅速的发展, 大气中气溶胶含量逐渐增加, 导致雾霾天气频发, 大气环境污染日益严峻。气溶胶污染问题主要与其物理化学性质有关, 包括气溶胶的吸湿性、挥发性、酸性、相态和非平衡动力学等。文中综合论述了大气气溶胶单颗粒的拉曼测量, 包括研究气溶胶的吸湿性、相变、pH和反应摄取系数, 运用光镊-受激拉曼光谱技术测量气溶胶的挥发性、非平衡动力学和相变, 以及运用表面增强拉曼光谱技术测量气溶胶的化学组成等。
气溶胶 单颗粒 拉曼 Aerosol Signal particle Raman
