纳米粒子大小及其分布检测方法的研究现状与发展

介绍了几种具有代表性的纳米粒子检测方法,就其应用领域和测量范围比较各自的优缺点。重点讨论了激光衍射和光散射这两种测量纳米粒子大小及其分布的方法,总结其最新发展动态,指出这两种方法对纳米粒子测量和纳米粒子产业的重要作用。     

一种新型银溶胶的制备、表征及其SERS活性的研究

报道了用一种化学还原方法制备银溶胶的新方法。用紫外-可见光谱和透射电镜研究银纳米粒子的形成过程,粒子形状及粒径分布。结果表明,在反应初期形成球形和棒状两种形状的银纳米粒子,随着反应的进行,大部分的棒状粒子逐渐变为球形粒子,最终棒状粒子少于银纳米粒子总数的3%。因此,最终得到了一种形状均一的,平均粒径为17nm银纳米粒子。同时也用紫外-可见光谱研究了Cl-的加入对这种银纳米粒子光谱性质的影响,结果表明Cl-加速了银纳米粒子的聚集。这种银溶胶有着较高的SERS活性。     

光滑粒子动力学方法中粒子分布与数值稳定性分析

光滑粒子动力学(SPH)作为一种拉格朗日型无网格粒子方法,已经成功地应用于包括含多相流动界面以及移动边界的可压缩和不可压缩流体运动的研究中.通过对Poiseuille流动的深入研究,探索了SPH方法中粒子分布对计算精度的影响,揭示了一种因为粒子不规则分布而导致的数值不稳定现象.研究显示,这种数值不稳定性起源于SPH方法粒子近似过程中的不连续性.使用了一种新的粒子近似格式以确保SPH方法中粒子近似的连续性.计算结果表明,这种新的粒子近似格式对于规则和不规则的粒子分布都能得到稳定精度的结果.     

两种类粒子间的聚集与完全湮没竞争过程的标度行为

考虑一个由两种类粒子组成的系统,同种类粒子相遇时发生不可逆的聚集反应;不同种类的粒子相遇时,则发生不可逆的完全湮没反应.利用Mont-Carlo模拟各种参数条件下的粒子聚集-完全湮没竞争过程,分析了聚集速率、湮没速率以及初始浓度分布对系统动力学行为的影响.模拟结果表明:1)粒子大小分布总是满足一定的标度律;2)当两种粒子的聚集速率都等于湮没速率的2倍时,粒子大小分布的标度指数与粒子初始浓度分布有关;3)其余情况下,标度指数则取决于反应速率的相对大小.此外,当两种粒子的聚集速率都大于或等于湮没速率的两倍,系统的所有粒子将完全湮没;当且仅当至少一种粒子的聚集速率小于湮没速率的两倍,聚集速率较小的那一种粒子才可能最终保存下来.模拟结果与已报道的理论分析结果符合得较好.     

油中悬浮粒子激光多普勒测速瞬时速度的分析

二维频移激光多普勒测量油中悬浮粒子速度时,根据悬浮粒子通过针孔光阑时存在的四种不同情况,对原有激光多普勒测量悬浮粒子瞬时速度的方法进行了改进,提出一种悬浮粒子瞬时速度分析处理方法,利用该方法,对水平方管内的油中悬浮粒子的瞬时速度进行了测量分析。结果表明:改进方法获取的悬浮粒子瞬时速度的稳定性较好,能够表征在一组粒子通过激光多普勒的针孔光阑的时间段内粒子组随着时间的变化趋势,提高了频移激光多普勒采样数据的利用效率,有利于进一步准确表征悬浮粒子在油液中二维瞬时速度的分布特征和运动轨迹,为激光多普勒实验测量中悬浮粒子瞬时速度的表征提供理论支撑。     

非球形椭球粒子参数变化对光偏振特性的影响

针对自然界中多数沙尘、烟煤粒子的非球形问题, 在球形粒子偏振特性的基础上, 进一步研究非球形椭球粒子的折射率、有效半径、粒子形状等参数变化对光偏振特性的影响, 采用基于T矩阵的非球形粒子仿真方法, 模拟非偏振光经椭球粒子传输后光的偏振特性及其与球形粒子间的差异, 并以实际沙尘、海洋、烟煤三种气溶胶粒子为例说明结果的正确性. 结果表明: 当折射率实部越小, 虚部越大时, 球形粒子与非球形粒子的偏振差异越不明显; 当粒子有效半径增加时, 球形粒子偏振度的变化比非球形粒子更为明显, 且最大值分别出现在散射角为150°和120°的位置; 当粒子形状不同时, 不同形状椭球及球形粒子的差异在散射角小于60° 时并不明显, 且当椭球粒子纵横比互为倒数时, 两种粒子的偏振特性近似相同. 通过以上分析可知, 在光传输过程中, 椭球粒子多数情况下无法被近似为球形粒子进行计算.     

量子势阱粒子群优化算法的改进研究

为提高量子势阱粒子群优化算法的优化能力, 通过分析目前量子势阱粒子群优化算法的设计过程, 提出了改进的量子势阱粒子群优化算法. 首先, 分别基于Delta势阱、谐振子和方势阱 提出了改进的量子势阱粒子群优化算法, 并提出了基于统计量均值的控制参数设计方法. 然后, 在势阱中心的设计方面, 为强调全局最优粒子的指导作用, 提出了基于自身最优粒子加权平均和动态随机变量的两种设计策略. 实验结果表明, 三种势阱粒子群优化算法性能比较接近, 都优于原算法, 且Delta势阱模型略优于其他两种.     

非对称弯曲微流道中粒子惯性聚焦动态过程及流速调控机理研究

设计制作了一种具有非对称弯曲微流道结构的微流控芯片, 搭建实验平台定量表征聚苯乙烯粒子和血细胞沿流道的动态惯性聚焦过程, 并系统研究了流体流速和粒子尺寸对粒子聚焦特性的调控机理. 通过分析粒子荧光图谱和对应量化强度曲线, 将粒子沿流道长度的横向迁移过程分为形成聚焦和平衡位置调整两个阶段, 指出在整个聚焦过程中具有小曲率半径的流道结构起主导作用. 根据全流速段内粒子聚焦特性的演变, 重点分析潜在惯性升力和Dean 曳力的竞争机制, 提出了阐述粒子聚焦流速调控过程的三阶段模型. 进一步比较两种尺寸粒子聚焦位置和聚焦率随流速与流道长度的变化规律, 发现大粒子具有更好的聚焦效果和稳定性, 且两种粒子的相对位置可通过流速进行调整. 最后, 通过分析血细胞在非对称弯流道中的横向迁移特性, 验证了粒子惯性聚焦机理在复杂生物粒子操控方面的适用性. 上述结论为深入研究微流体环境下粒子的运动特性以及开发微流式细胞术等临床即时诊断器件提供了重要参考.     

基于多粒子群算法的视频跟踪研究

粒子群算法是一种新的进化算法,算法思路适合于进行视频跟踪,但是由于在视频跟踪过程中以跟踪窗口作为粒子,因此该粒子具有中心点横坐标、中心点纵坐标和窗口半径三维特征向量,计算冗余较大,难以满足视频跟踪的实时性要求。提出了一种多粒子群视频跟踪算法,即在跟踪过程中使用多个粒子群,粒子群与粒子群之间粒子半径不同,在各粒子群以评价函数收敛到最佳中心点后,再完成各自半径的一维粒子群计算。这样就可将三维粒子群计算分为一个两维和一个一维粒子群计算,最后通过比较得出最佳粒子,作为搜索结果。分析了这一算法成立的必要条件,即当选择Bhattacharyya系数计算方法作为粒子群算法的评价函数时,大于目标的固定窗体的中心点可以收敛到目标的形心。实验证明,这种基于多粒子群的跟踪算法可以应用于实时视频跟踪,其跟踪效果优于传统算法。     

鲸群优化的粒子滤波算法研究

针对标准的粒子滤波存在粒子贫化问题,提出了一种鲸群优化的粒子滤波算法。用粒子表征鲸鱼个体, 模拟鲸鱼群体搜寻猎物的过程,引导粒子向高似然区域移动。将粒子滤波中粒子的状态值作为鲸鱼群的个体位置,将粒子的状态估计转化为对鲸鱼群的寻优;通过鲸群的螺旋运动方式优化粒子的重要性采样过程,使粒子分布更加合理,对鲸群算法中的全局最优值引入最优邻域随机扰动策略,并在鲸鱼位置更新过程中加入自适应权重因子;选用一种典型的单静态非增长模型进行仿真测试。测试结果表明:提出的方法与传统的粒子滤波以及引力场优化的粒子滤波相比,在保证相同粒子数的前提下,算法的均方误差分别降低了28%和9%,证明了鲸群优化的粒子滤波算法具有更高的估计精度,并且在粒子数较少的情况下,可实现更准确的状态估计。     

激光冷却和捕陷中性原子③

6 激光冷却和捕陷中性原子技术的应用 前面已经提到,激光冷却和捕获中性原子技术最主要的应用是在精密计量和超冷原子物理两个方面.在精密计量方面最为典型的是可用于原子频标的"原子喷泉"(atomic fountain)技术;而在超冷原子物理方面最为典型的是玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation)和原子波激射器(atom laser)的实现.     

High-performance coherent population trapping clock based on laser-cooled atoms

We present a coherent population trapping clock system based on laser-cooled $^{87}$Rb atoms. The clock consists of a frequency-stabilized CPT interrogation laser and a cooling laser as well as a compact magneto-optical trap, a high-performance microwave synthesizer, and a signal detection system. The resonance signal in the continuous wave regime exhibits an absorption contrast of $\sim 50$%. In the Ramsey interrogation method, the linewidth of the central fringe is 31.25 Hz. The system achieves fractional frequency stability of ${2.4\times }{{10}}^{{-11}}/\sqrt \tau $, which goes down to ${1.8\times }{{10}}^{{-13}}$ at 20000 s. The results validate that cold atom interrogation can improve the long-term frequency stability of coherent population trapping clocks and holds the potential for developing compact/miniature cold atoms clocks.     

激光冷却与捕陷原子的方法——1997年诺贝尔物理奖介绍

介绍了１９９７年诺贝尔物理奖的获奖工作———激光冷却与捕陷原子的方法，其中主要有光学粘团、亚多普勒冷却、亚反冲冷却、激光原子阱等．叙述了它们的物理原理、重要意义及其应用．     

心肌缺血再灌过程中自由基生成动力学的ESR研究

采用自旋捕捉ESR方法研究了大白鼠和豚鼠在心肌缺血再灌注中自由基产生的动力学过程,首次测出复氧过程中羟基自由基变化的动力学曲线.同时结果还表明,在缺血后的复氧过程中除羟基·OH之外,还有碳中心自由基R·和可能的烷氧基RO·的生成,但其中·OH基生成的量经常是最大的.由于·OH基具有很高的反应活性,因而不可避免地就会通过它的夺氢作用导致碳中心自由基R的生成.特别有趣的是,羟基产生过程中其ESR信号的强度总是随着时间不断地增强而达到一最大值,然后又逐步地缓慢衰减到趋于几乎消失,此现象迄今尚未见有文献报道.我们建立了可近似表征羟基自由基生成速度的上升和下降过程的动力学方程.自由基生成与变化过程亦可近似地用退化分支链反应图式来予以描述.在所提出的链反应过程图式中,可对于通常所谓脂质体过氧化的过程,给予以合理的解释.     

Relationship between capture coefficient and capture cross-section: Average velocity of a maxwellian distribution of carriers in a medium with an anisotropic effective mass tensor

The capture cross section of a trapping or recombination center for a charge carrier has been defined as the quotient of the capture coefficient and the average thermal velocity of the carrier distribution. For a Maxwellian distribution in a semiconductor band with an ellipsoidal effective mass tensor, this average velocity can be expressed as

Numerical exploration of coherent excitation in three-level ladder systems

The technique of stimulated Raman adiabatic passage (STIRAP) is used to transfer potassium atoms from the 22p state to the 21p Rydberg state through the intermediate state 22s. The results show that complete population transfer is related to pulse duration and overlap, and occurs when the pulse duration and overlap have adequate values. At the same time, population trapping is also formed. Complete population transfer can also occurs when the two-photon resonance condition ({\it\Delta}_s= {\it\Delta}_p) is met.     

Reactivation of damaged rare earth luminescence centers in ion-implanted metal–oxide–silicon light emitting devices

Charge trapping and quenching of electroluminescence (EL) in SiO₂ layers implanted by Ge and rare earth (RE) ions during hot electron injection were investigated. In case of the SiO₂:Ge layer the EL quenching is caused by the transformation of the luminescent defects (Ge–Si or Ge–Ge) to optically inactive centers during hot electron excitation, whereas the EL from rare earth centers is quenched due to the electron trapping by RE-centers or their surroundings, but not due to their optical deactivation. Therefore, the flash lamp post-injection annealing releasing trapped electrons reactivates RE centers and increases the operating time of metal–oxide–silicon light emitting devices (MOSLEDs). PACS 72.20.Jv; 73.40.Qv; 73.50.Gr     

Muonium desorption to vacuum from hot iridium surface

Slow muonium (Mu) emission from the surface of iridium (Ir) foil has been observed in vacuum above \sim1200\ K with a yield of 5(1)% Mu per incident muon stopped in the foil. The relative Mu signal was found to be thermally activated with E_a=1.86(1)\ eV. Analysis of the time‐differential evolution of Mu in vacuum at T_Ir=1580\ K showed that the trapping rate of positive muons during diffusion in the bulk Ir was nearly zero. In situ measurements of the surface of Ir with X‐ray photoelectron spectroscopy verified that the main source of impurities in the 99.9%‐Ir was molybdenum (Mo). This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

Dirac and Majorana neutrinos in matter

We consider the matter effects on neutrinos moving in background on the basis of the corresponding quantum wave equations. Both Dirac and Majorana neutrino cases are discussed. The effects for Dirac neutrino reflection and trapping as well as neutrino—antineutrino annihilation and ν pair creation in matter at the interface between two media with different densities are considered. The spin light of neutrinos in matter is also discussed. The text was submitted by the authors in English.     

Trap loss rate for heteronuclear cold collisions in two species magneto-optical trap

In this paper we review the present status on heteronuclear trap loss rate ( ) for alkali mixtures held in a magneto-optical trap (Na-K, Na-Rb, Na-Cs, K-Rb, Rb-Cs, Li-Cs). The intensity dependence of the for the mixture Cs-K is also presented for the first time in this report. The measurement techniques and a semiclassical model, considering both excited-ground and doubly excited channels, are reviewed. The comparison between the model and the experimental results indicates that radiative escape may be the dominant loss process for heteronuclear cold collisions. The obtained values for the crossed species trap loss indicate possibilities of future experiments involving such mixtures in a two species condensate.Received: 19 January 2004, Published online: 11 May 2004PACS: 32.80.Pj Optical cooling of atoms; trapping - 33.80.Ps Optical cooling of molecules; trapping - 34.50.Rk Laser-modified scattering and reactions