球形纳米粒子与半无限大介质间的近场辐射换热研究

本文从涨落电动力学和偶极子近似出发,推导了纳米粒子与半无限大介质在微纳米距离间的辐射换热公式,研行究了间距、频率对辐射换热的影响.通过计算,我们发现近场辐射能够在与材料相关的频率上极大地强化换热.这些结果对于近场显微镜、微结构设计和局部加热技术都将会有很重要的指导作用.     

金属纳米粒子薄膜对辐射散热的影响的研究

通过分析不同螺旋线慢波组件的散热性能,研究了金属纳米粒子薄膜的采用对辐射散热性能的改善作用.利用实验测试和模拟仿真的方法,分析比较了采用普通金属管壳,沉积普通金属铱膜管壳和沉积纳米铱膜管壳的慢波组件的导热能力.结合实验数据,准确地推算出几种研究材料的热辐射发射率,并利用模拟仿真给予了验证.实验结果和模拟结果具有很好的一致性.研究表明,与普通金属材料相比,金属纳米粒子薄膜具有较强的热辐射能力,能够改善器件的散热性能.     

球形粒子的近场辐射换热研究

近场辐射引起的能量交换可以比远场辐射高若干个数量级.本文计算了SiC和Cu两种球形颗粒的近场辐射换热,发现当颗粒间距非常小时,辐射换热会大大强化.颗粒直径、颗粒间距以及颗粒的介电常数是决定近场辐射换热大小的重要因素,而颗粒温度对近场辐射换热的影响较小.     

气体放电中Ar^＋的辐射寿命测量

文章介绍了在一定温度、一定气体密度和一定放电流条件下，Ａｒ气放电时，Ａｒ＋某些能级辐射谱线宽度的测量。讨论了气体放电中各种因素对谱线宽度的影响。从测量的谱线宽度得出了相应Ａｒ＋激发态在特定条件下的辐射寿命。     

金纳米粒子对黑色素瘤细胞的重离子辐射增敏效应研究

采用配体交换法合成了粒径15 nm左右的11-巯基十一烷酸包被的金纳米粒子（mAuNPs）,使用透射电镜和纳米粒度电位仪对合成后的金纳米粒子进行了表征,然后用MTT法检测了mAuNPs对体外培养小鼠黑色素瘤B16-F10细胞的毒性。在传能线密度（LET）为50 keV/μm的碳离子束照射下,利用香豆素-3-羧酸（3CCA）作为荧光探针检测mAuNPs对水溶液中羟自由基的增强效应、二氯荧光素双醋酸盐（DCFHDA）检测mAuNPs对细胞内活性氧（ROS）的增强效应、克隆形成法检测mAuNPs对B16-F10细胞的辐射增敏效应。实验结果表明:mAuNPs对小鼠黑色素瘤B16-F10细胞基本无毒;mAuNPs对水溶液中的羟自由基产额增强为1.08~2.95倍;在共培养浓度为5 μg/mL情况下mAuNPs增加了胞内活性氧水平,mAuNPs在10%细胞存活水平下的辐射增敏比（SER）为1.15。因此,mAuNPs在黑色素瘤细胞中展现出对重离子的辐射增敏效应。     

蜜蜂中磁铁矿纳米粒子的合成

磁铁矿在自然界中包括在生物体中分布广泛且极其重要,磁铁矿纳米粒子的制备是研究者关注的热点。生物合成磁铁矿纳米粒子具有人工合成磁铁矿纳米粒子所没有的特性和优势,本文就以蜜蜂为例,简要描述了蜜蜂体内超顺磁磁铁矿纳米颗粒的磁学特性及合成过程,以对磁铁矿纳米粒子在自然界中的合成提供参考和借鉴。     

氧化钆纳米粒子对A549肺癌细胞的辐射增敏效应研究

采用氧化钆纳米粒子（GON）,研究钆基纳米粒子对X射线和碳离子束的辐射增敏效应。首先,通过透射电镜观察材料粒径,使用DLS检测材料的水合半径及Zeta电位,并用紫外吸收谱证实GON在培养基中稳定性较好;研究发现钆（Gd）浓度为10.0 μg/mL的GON对30 keV/μm碳离子束辐照水溶液产生的羟自由基的增强系数为1.13;GON对A549肺癌细胞和正常MRC-5肺细胞没有明显的毒性,且在人肺癌A549细胞中的摄取量随共培养浓度的增加而增加,在10.0 μg/mL共培养浓度下,细胞摄入Gd的量为0.73 pg/cell;进一步采用克隆存活实验证明,GON的加入对X射线和碳离子辐照A549细胞所产生的损伤具有明显的增强,在10%的细胞存活水平下,GON对A549细胞在X射线及碳离子辐照下的辐射增敏分别达15.5%和10.1%。鉴于钆材料常被用于磁共振成像（MRI）,所获得的GON有望作为X射线和碳离子的诊疗一体化材料。     

均匀分布纳米粒子系近场辐射热扩散特性

当粒子系中粒子平均间距接近甚至小于热辐射特征波长时,由于倏逝波贡献,其辐射换热热流可远超黑体辐射极限热流。由于存在复杂近场作用,密集粒子系内近场辐射热扩散特性尚不清晰。本文基于涨落电磁理论研究了均匀分布纳米粒子系的近场辐射热扩散特性。研究发现：通过与离散尺度多体辐射换热理论及动理学理论关于金属及电介质粒子链近场辐射换热结果对比,常规热扩散理论可更准确地用于研究粒子系近场辐射热扩散特性,SiC纳米粒子链辐射等效导热系数随温度增大而增大,且温度只影响辐射等效导热系数的大小,而对其光谱峰值频率则无影响。当粒子间距一定时,粒子系辐射等效导热系数随粒子尺寸的增大而增大,更多能量可以在大颗粒构成的粒子链上传递。紧密堆积的粒子系内近场光子隧穿作用较强,其辐射等效导热系数也大于较稀疏粒子系的辐射等效导热系数。     

不同密度银纳米粒子对氧化锌基发光二极管发光的增强

采用分子束外延法制备不同密度的银纳米粒子(AgNPs)修饰的局域表面等离子体共振增强n-ZnO/iZnO/MgO/p-GaN异质结发光二极管(LEDs),并对其电学及光学性质进行表征。结果显示:LEDs中引入适当浓度的AgNPs有利于AgNPs局域表面等离子体激元与ZnO激子相耦合,可以显著提高器件的电致发光性能;随着AgNPs浓度的增加,LEDs发光增强倍数先增大后减小,分析认为这是AgNPs局域表面等离子体共振耦合增强过程和AgNPs的消光过程两者之间相互博弈而导致的结果。     

二维变折射率介质辐射传递的近似模型

发展了二维梯度折射率介质热辐射传递求解的两种近似模型,线性折射率bar模型和混合bar模型.对于辐射能传递路径的求解,涉及到四个坐标系的转换:系统坐标系、网格坐标系、网格旋转坐标系和散射的当地坐标系.同时假设辐射能在每个网格内是在平面内传递.通过这两个模型的建立和新的假设条件,对于二维梯度折射率介质的热辐射传递求解的一系列问题均可较为容易地求解.     

Macroscopic Models for the Radiative Relaxation Lifetime of Luminescent Centers Embedded in Surrounding Media

Two macroscopic models for the dependence of the spontaneous emission rate of luminescent ions or nanoparticles embedded in dielectric media of various optical refractive indexes are presented. The available experimental results on the spontaneous emission rate (lifetime) are examined using the two models. A simple criterion for how to choose the proper model for a given system is summarized.     

Yb3+离子掺杂浓度对Yb∶YAG晶体发光及荧光寿命的影响

研究了不同掺杂浓度Yb∶YAG晶体的发光特性和荧光寿命.Yb3+在YAG晶体中的掺杂浓度分别为5at%、10at%、20at%、30at%.Yb3+离子掺杂浓度越高，Yb∶YAG晶体的吸收系数越大.采用940 nm波长的LD泵浦源和TRIA X550荧光谱仪，对这一系列掺有不同浓度Yb3+的Yb∶YAG晶体进行了荧光光谱的测定.结果表明:在1030 nm主发光波段的荧光强度以10at%Yb∶YAG的为最强.同时发现它在450 nm-680 nm波段有明显的可见发光，其强度随Yb3+掺杂浓度的增加而迅速地增强.Yb∶YAG晶体的荧光寿命存在浓度猝灭现象，对猝灭机制进行了分析研究，指出浓度猝灭的主要原因是合作发光和痕量稀土离子的上转换发光.     

大气气溶胶粒子数密度谱和折射率虚部的测量

介绍一种综合利用光学粒子计数器和能见度仪测量大气气溶胶折射率虚部的新方法。首先，使用光学粒子计数器测量出大气气溶胶粒子的数密度谱(待订正)，用能见度仪同步测量出水平能见度。然后，根据球形粒子的米氏(Mie)散射理论，通过分析气溶胶粒子的折射率虚部、分档半径、粒子数密度谱、消光系数和能见度之间的关系，对分档半径进行订正，得到折射率虚部和能见度之间的对应关系。结合同步测量的能见度，反演出大气气溶胶粒子的折射率虚部。最后，利用折射率虚部对光学粒子计数器数据进行订正，得到大气气溶胶粒子的数密度谱。     

法拉弟磁光效应实验中介质色散特性测量方法的改进

提出利用入射角、偏向角及折射率的函数关系,以多个非近零变化率点测量及其最小二乘法的非线性拟合得到较小不确定度的系列谱线的折射率,进而获得较高精度的色散特性关系。克服以最小偏向角方法测定时临界位置主观随机影响大的局限性。从而实现基于法拉弟磁光效应的电子荷质比的高精度测量。     

椭圆高斯光束在自散焦介质中的诱导聚焦

研究了在自散焦介质中诱导光束聚焦过程中椭圆高斯光束对光束聚焦的影响。通过数值计算讨论了在不同初始抽运光束振幅、初始光束间距和波长比情况下椭圆高斯光束对信号光束聚焦的影响。影响光束聚焦过程的方程参量和初始条件共有6个,即两光束波长比(方程参量)、抽运光束和信号光束的初始振幅、两光束初始中心间距和两光束X、Y初始束宽比。采用此理论模型验证了Hickmann在1992年得出的实验结果,数值计算结果表明理论结果能够和实验结果定量地吻合。     

基于蒙特卡罗法研究海水中矿物质的光传输特性

为了研究多次散射效应下偏振光在含矿物质粒子海水中的传输特性,建立了一种基于蒙特卡罗法的矢量辐射传输模型.验证了模型准确性,并利用该模型研究了矿物质粒子复折射率、粒子群平均半径和入射光偏振状态对传输特性的影响.模拟仿真结果表明,不同类型矿物质粒子中,较小复折射率实部的粒子,传输特性对复折射率实部变化的敏感性较大;较大复折射率实部的粒子,传输特性对复折射率实部变化敏感性较小.粒子复折射率的虚部是影响光波传输特性的另一重要因素,粒子的吸收性越大,其传输效果越差.随着海水矿物质粒子群平均半径变大,光波透射率降低,反射率增大.圆偏振光与自然光在含矿物质粒子海水中的传输特性相对接近,在海水中,透射率最高的是垂直偏振光,最差的是圆偏振光;反射率最大的是自然光,最小的是水平偏振光.其中水平偏振光传输特性受入射光入射角影响较大.     

光束束宽对自散焦介质中诱导光束聚焦的影响

影响自散焦介质中诱导光束聚焦过程的方程参量和初始条件共有5个，即两光束波长比(方程参量)、抽运光和信号光的初始振幅、两光束初始束宽比和两光束中心初始间距。通过数值计算讨论了初始束宽比在不同初始光束间距和波长比情况下对信号光聚焦过程的影响，得到了信号光聚焦效果的最佳初始参量条件。从而实现了对影响自散焦介质中诱导光束聚焦过程5个参量的完整详细研究。     

三维自散焦介质中光束聚焦的最佳参量选择

对三维自散焦介质中由交叉相位调制效应诱导的光束聚焦过程进行了系统研究,讨论了抽运光振幅、抽运光-信号光初始偏移和抽运光-信号光波长比三个参量对信号光聚焦过程的影响。根据自散焦介质中强抽运光诱导弱信号光聚焦满足抽运光与探测光模型,对传输方程进行了优化,大大减少了数值模拟运算时间。数值方法采用分布傅里叶方法。数值模拟结果表明：抽运光越强、抽运光-信号光波长比越大,信号光聚焦程度越大;抽运光-信号光初始偏移存在一个最佳值,使得光束聚焦达到最佳效果。通过参量最佳值的选择,可提高光束聚焦的效率。     

Near-field effect in a superthin film of resonance atoms

A boundary-value problem of nonlinear resonance optics in the interaction of intense light with a superthin film of two-level atoms is solved. In solving this boundary-value problem, the authors draw on the idea of a discrete-continuous system in which the atoms are distributed in a discrete manner in the vicinity of the point of observation. It is shown that detailed account of the dipole field leads to a near-field effect both inside the film and outside it in the near zone with respect to outer film surfaces. Various properties of the near-field effect in stationary irradiation of the film with quasi-resonance radiation with allowance for a resonance shift are investigated. It is shown, in particular, that, in the near zone, there is a nonexponential dependence of the fields of reflected and transmitted waves on the coordinate of the point of observation. Ul'yanovsk State University, 42, L. Tolstoi St., Ul'yanovsk, 432700, Russia. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 65, No. 2, pp. 236–246, March–April, 1998.