脉冲光声方法研究液相光化学和光生物化学反应

利用脉冲光声技术,研究液相光化学和光生物化学反应过程,在基本理论和实验技术两方面都有了重要的发展,为直接测定其反应动力学和热力学参量提供有效的方法,并广泛应用于测定各种有机化合物、配合物和动植物蛋白质分子在溶液中的光解反应,对光解反应引起的焓变、结构体积变化以及瞬态中间产物的寿命和量子产率给出丰富的信息。本文对有关领域在国内外的主要进展作了简要的介绍,并提出今后需要研究的一些问题。     

皮秒和纳秒单脉冲激光加热Al/NC复合纳米含能材料的热动力学分析

对纳米金属颗粒复合含能材料这一新兴体系的单脉冲激光作用的热动力学过程进行了理论分析. 推导了分散在介质中的纳米金属颗粒吸收脉冲激光能量的瞬时功率密度. 从热分解机理出发对纳米金属铝复合硝化纤维(Al/NC)薄膜吸收脉冲激光能量过程以及伴随着放热化学反应的热点热量传播过程进行了数值模拟,计算了不同质量分数的Al/NC薄膜样品分别在100ps,10ns,25ns脉冲激光作用下的化学反应直径. 计算结果与实验数据相比较,表明了热分解基本符合10ns,25ns脉冲激光引发含能材料反应的机理,但它并不符合100ps 关键词： 热分解 化学反应 脉冲激光 含能材料     

金属中超声脉冲的激光产生和压电接收

本文报道了利用TEACO_2激光器的单一光脉冲,在铝、铜和低碳钢等金属中激励超声脉冲,并用超声压电换能器检测声脉冲的实验结果。对声信号的频谱做了初步的分析。测量和分析将有助于建立激光在固体中激励声脉冲的物理模型。     

退火氧压对YBa2 Cu3O7-x薄膜中的激光感生热电电压效应的影响

测量了在不同氧压下退火生长的YBa2 Cu3O7-x(YBCO)薄膜中的激光感生热电电压(LITV)信号,发现随退火氧压的增大可使LITV信号的峰值有2-4倍的增强,并且变化趋势与薄膜热电势的各向异性随氧含量的变化规律相同.波长在473-808 nm范围内的连续激光辐照,在5000 Pa的氧压下退火生长的YBCO薄膜中探测到的LITV信号最大;而紫外脉冲激光辐照时,IJTV信号的最大值出现在退火氧压为105 Pa的薄膜中.LITV信号的光响应时间随退火氧压的增大而减小.理论分析表明,这一结果是由于退火氧压的提高导致薄膜材料的热扩散系数增大所致.在退火氧压为5000 Pa的YBCO薄膜中探测到响应最快的LITV信号,对紫外脉冲激光的响应时间为78 ns,并且信号的上升时间只有29 ns,与激光的脉冲宽度(约为28 ns)相当.     

时间、能量分辨的光电离质谱技术研究气相自由基反应

闪光光解流动管反应器与同步辐射光电离质谱技术两者相结合组成实验平台用于探测气相自由基反应动力学。外触发的脉冲激光光解流动管反应器内的先驱物来产生待反应的自由基;自由基与反应气体发生反应后,由流动管侧壁小孔取样、取样后的混合气体被同步辐射光电离;飞行时间质谱探测光电离产生的离子。同时脉冲信号触发脉冲发生器使其产生一连串的脉冲,间隔40~50μs,此脉冲外触发质谱的采集,连续采集覆盖单次光解反应过程。质谱的时间分辨率为40μs,满足微秒时间内探测反应动力学过程。通过同步辐射光电离反射飞行质谱能直接探测自由基反应产物,并利用光电离效率曲线获得其电离能并区分不同的异构体。实验利用光解产生Cl自由基并与1-丁烯和异丁烯反应,测得反应的加成和消除产物,并获得其加成产物的电离能。     

纵向脉冲放电的Ne-CuBr紫外激光参量的数值研究

建立了一个描述纵向脉冲放电的Ne-CuBr紫外激光的动力学模型，数值计算了实验中主要参量对激光性能的影响.给出了激光输出特性随缓冲气压、工作温度和激光管口径之间的变化关系，定量解释了已有的实验结果，为进一步提高激光输出性能提供了依据. 关键词： Ne-CuBr紫外激光 脉冲放电 参量研究     

飞秒时间分辨近场光学系统实现及其应用

结合飞秒光脉冲和近场光学显微镜，成功实现了飞秒时间分辨近场光学系统.系统通过高频声光调制和差频锁相探测，极大提高了信噪比并消除了抽运、探测光本底信号，从而在收集模式下测得了飞秒时间分辨的透射光微弱信号变化.同时获得了80nm的空间分辨和小于200fs的时间分辨测量.利用该实验系统，研究了金纳米结构的热电子弛豫动力学过程，观察到不同位置间热电子弛豫动力学的差异. 关键词： 飞秒近场 扫描近场光学显微镜 飞秒光脉冲 金纳米颗粒     

液体中脉冲激光的光声偏折技术

本文导出了TEM_(00)脉冲激光引起的液体中温度场的分布和光声脉冲压力的表达式.讨论了激光脉冲持续时间,激光束宽度对压力信号的影响.采用高斯光束光斑偏折技术所得实验结果与理论很好地符合.为流体热力学参量非接触实时检测提供了一种新颖的光学方法.     

碳纳米管-聚二甲基硅氧烷的光声特性

碳纳米管-聚二甲基硅氧烷(CNT-PDMS)是一种新型的激光超声换能器(LIU-T)复合材料,具有高频率、宽带宽、高振幅的特性。该复合薄膜可作为高效、鲁棒的超声发射器用于诊断和治疗。纳米复合材料的固有结构提供了独特的热、光学和机械性能,这不仅有利于能量转换,而且对脉冲激光烧蚀具有很好的鲁棒性。PDMS聚合物具有高热弹性系数有利于材料的伸缩从而产生超声。研究了几种不同复合薄膜产生的光声信号特性,测试了不同衬底和水介质条件下的光声信号特性。利用碳纳米材料的高吸光性和PDMS聚合物的高膨胀性制作激光超声换能器,不但降低了材料的厚度,还有望产生高频高强度超声信号。实验用硬玻璃衬底厚度约为1 mm,软薄膜衬底厚度在微米级,水介质条件下的厚度为3 mm。在脉冲激光激励下,水介质下软薄膜条件、硬玻璃衬底、软薄膜衬底涂层端面超声压力分别为2.0, 3.9和5.2 MPa。通过一系列的研究得出了结论:(1)软薄膜衬底(3×3)比硬玻璃衬底(3×3)更具有良好的负脉冲,更适合用在光声空化治疗方面;(2)水介质条件下不利于产生高强度光声信号。总而言之,采用激光超声换能器比压电换能器更具有产生高振福,带宽宽的超声信号的潜力,而且提供了一种没有电子等干扰结构的超声激励新方法,有望成为替代压电换能器的新一代激光超声换能器。这种新方法应用在磁声电成像领域可以大大减少超声激励源的干扰。同时,相对于将CNT混入PDMS中的方法,该方法更具有简单方便节省材料等优点。对于硬玻璃传统型衬底,实现的软薄膜衬底能产生较高的声压5.2 MPa,并且中心频率在5MHz,-6 dB超声带宽也相对较宽接近5MHz,相比于早在2014年实现的CNT-PDMS激光超声换能器产生的4.5 MPa声压,本文方法更具有临床应用前景,应用在磁声电成像等方面具有很好的避免电磁干扰效果。     

常温下氢气声转动弛豫模型研究

氢气声弛豫过程主要由氢气分子的转动弛豫决定.然而,当前大部分声弛豫模型是基于气体分子的振动弛豫,并不适用于氢气.本文利用理想气体焓变与定压热容的关系,提出了一种基于氢气分子转动的弛豫模型,并讨论了转动弛豫和振动弛豫的相似与不同.该模型不仅适用于氢气,还能够和其他气体的振动弛豫模型相结合求解混合气体的声弛豫吸收谱和声速频谱.仿真结果表明,对于H_2,N_2/H_2,CO_2/H_2等气体,该模型生成的声速、声弛豫谱曲线与实验数据符合.本模型为包含氢气的混合气体声学探测提供了一个有效的理论模型.