基于电磁超材料的微波无线能量传输与收集关键技术(特邀)

无线能量传输与收集技术有望为5G通信、万物互联等重要领域提供革命性技术变革。近距离耦合式传能已逐渐商业化,但面向远距离应用的微波无线传能的实用化进程还存在诸多技术瓶颈,例如有限的收发天线口径与传输效率的矛盾等。电磁超材料的发展为解决上述问题带来了新的突破口。本文将围绕两者的结合,系统地阐述电磁超材料在微波无线能量传输与无线能量收集中的关键技术。结果表明,基于电磁超材料的近场聚焦技术能显著提升无线能量传输效率。此外,还介绍了光透明超表面以及可重构超表面用于提升无线传能性能与实用性的研究进展;基于亚波长超材料单元的周期性紧密排布,可以设计具备宽角入射特性、极化不敏感特性的无线能量收集器,从而以更高的收集效率取代传统天线结构进行能量接收。与整流二极管共面集成提出整流超表面的新概念,可以简化无线能量收集器系统的整体结构,减小尺寸并提高效率。最后,对无线传能的未来发展进行讨论,指出现场可编程、智能超材料技术将在未来携能通信系统中起到非常重要的作用。     

单带双谷超晶格理论

本文提出了一种便于计算的GaAs,AlAs和AlGaAs的解析能带。运用LCAO传输矩阵模型,得到了传输特征值和能量有效质量。由二能谷传输特征函数的研究,导出了异质界面的谷间转换,在此基础上提出了对称性变换器和对称性滤波器的新概念。使用能量有效质量及界面谷间转换系数,导出了单带双谷包络函数方程及其边界条件。把这一理论应用于GaAs/AlGaAs/AlAs系统算出了超晶格量子阱的束缚能级与波函数,并对这一广义有效质量理论的意义进行了讨论。 关键词：     

轴对称超形变和三轴超形变核态性质的研究

利用轴对称超形变和三轴超形变模型研究了¹⁶⁵Lu π[660 1/2]带.两种模型计算的γ跃迁能量都和实验值较好地符合.然而,能量的signature颤动指数,三轴因子,两类动力学电四极矩之比存在明显的差别,这些差别可以用来识别三轴超形变核态.     

氮气在100 eV以下的绝对振子强度密度

在入射电子能量为2500 eV、能量分辨为100 meV的条件下，得到了氮气在100 eV以下的绝对光学振子强度密度和广义振子强度密度；得到了23 eV和31.4 eV两个超激发态的绝对广义振子强度、并讨论了它们的动量转移依赖特性。     

提高能量密度的超衍射极限激光光束相位补偿技术

定义了激光光束衍射远场光斑压缩前后的能量比以及能量密度比来衡量超衍射极限激光光束的质量。通过利用反向传递算法设计了合适的补偿相位板,不但对准直放大的单一横模激光光束进行小于光学衍射极限的发散度的压缩,同时又保证光束能量集中于压缩后的远场衍射主瓣中,使压缩后的远场衍射光斑的能量密度增加。给出了相应的实例。这一结论不但解决了光学超分辨中光束压缩与能量损失不可避免这一矛盾,而且为发散度小且能量密度高的超衍射极限激光光束的实验工作以及该类光束的实际应用提供了理论基础。     

类铍C^2＋离子的能级，精细结构和超精细结构

采用多组态相互作用方法及Rayleigh-Ritz变分法，并考虑相对论修正、质量极化效应等，从而获得了类铍C^2 离子内壳高位激发态^5P(m)(m=2～5)系列高精度的波函数和相对论能量以及精细结构，同时还计算了类铍^11C^2 离子双激发态系列1s^2pnp^3P(n=2～5)的相对论能量和超精细结构，我们的结果与其他理论和实验结果符合得很好。     

钙钛矿中热载流子的超快光谱探测

热载流子能量耗散是太阳能电池效率损耗的主要来源之一。近年来,钙钛矿中的热载流子效应获得了研究人员的广泛关注。相比于传统半导体材料,钙钛矿具有较慢的热载流子冷却过程,有望利用这些热载流子,提高太阳能电池的能量转换效率,克服单结太阳能电池的Shockley-Queisser极限。本文主要阐述了近几年人们利用超快光谱技术在钙钛矿中观测到的热载流子弛豫现象,总结了其热载流子的动力学特性;对钙钛矿中各种体系中热载流子冷却的机理进行了梳理,并讨论了钙钛矿中热载流子的传输特性和抽取方法;最后对钙钛矿中的热载流子弛豫过程的调控和其热载流子太阳能电池中的应用发展进行了展望。     

超热电子的阻止功率及其在慢化过程中引起的轫致谱

在高功率、长波长激光与等离子体耦合时将产生大量的超热电子，这些超热电子将通过轫致辐时，与热电子碰撞，以及晕区电场加速快离子损失其能量。在某些典型条件下，分析和估计了每种能耗机制损失能量的分额。给出了快电子在通过激光等离子体的慢化过程中发射轫致谱的解析表达式。用调整参数拟合实验结果的方法，能够得到超热电子的各种信息，诸如它们的温度、能量、数同以及能谱。计算谱与实验谱作了比较。     

利用超短脉冲激光和光电子能量微分谱直接测量窄带飞秒超紫外线XUV脉冲的时间结构

介绍用亚皮秒超短激光脉冲直接测量窄带飞秒真空超紫外线(XUV)脉冲时间结构的方法. 可以由XUV激发惰性气体产生、并在与超短脉冲激光的线性极化方向成0°或90°的方向上测量 得到的光电子能量微分谱重建这种时间结构. 谱仪的能量分辨率和所选取的能量间隔大小是 测量及计算的两个重要参数. 上述方法有很宽的时间测量范围和很高的分辨率，可以用于飞 秒计量学和与原子运动有关的超快速动力学过程的研究. 关键词： 超快速测量 超短脉冲激光 超紫外线(XUV)时间结构 光电子能量微分谱     

半导体超晶格的介电函数倒数与快速电子能量损失谱

我们计入相邻量子阱间的电子隧穿效应,得到了半导体超晶格的介电函数倒数的表式,计算了它的快速电子能量损失谱,表明电子遂穿效应使快速电子能量损失增大。 关键词：     

双环形Coulomb势Schr?dinger方程束缚态的精确解

双环形Coulomb势是指在氢原子势外面再加上一个双环形平方反比势,该模型势是在讨论类似于苯环分子结构的基础上提出的,该模型势在分子和原子物理中有着广泛的应用.本文研究了双环形Coulomb势Schr(o)dinger方程的束缚态精确解, 所采用的方法是首先对双环形Coulomb势的Schr(o)dinger方程在球坐标系中进行分离变量,得到相应的角向方程和径向方程;证明双环形 Coulomb势在角向和径向具有超对称性和形不变性;根据超对称性和形不变性的性质,获得了角动量量子化条件和束缚态的能谱方程,并将归一化角向波函数用Jacobi多项式表示,将归一化径向波函数用Laguerre多项式函数表示.体系的波函数和束缚态能谱性质由三个量子数n、m和s及势参数α,a和 b 描述.本文说明量子物理中一些具有对称性的非中心势有精确解,用超对称性和形不变性方法还可以讨论其他形式的非中心势.     

高光谱成像技术在果蔬品质与安全无损检测中的原理及应用

水果和蔬菜的品质与安全是消费者最为关心的问题。传统的化学检测方法是一种费时费力的破坏性检测技术。随着成像和光谱技术的快速发展,高光谱成像技术已经广泛应用于农产品品质与安全的快速无损检测中。高光谱成像技术融合了传统的成像和光谱技术的优点,可以同时获取被检测物体的空间信息和光谱信息,因此该技术既可以像检测物体的外部品质,又可以像光谱技术一样检测物体的内部品质和品质安全。目前,已经有大量的基于高光谱成像技术检测水果和蔬菜品质与安全的研究性论文发表,为了深入了解高光谱成像技术的检测原理并跟踪国内外最新的研究进展,综述了高光谱成像技术在水果和蔬菜外部品质、内部品质和品质安全检测中的原理、发展和应用。另外,还简要介绍和讨论了高光谱成像系统的构成、常用的数据分析方法、发展趋势及面临的挑战。     

基于光谱和成像技术的果蔬质量检测研究进展

为保证食品安全和消费者健康,无损检测技术广泛应用于果蔬质量检测中。光谱和图像技术可分别获取果蔬的内部和外部信息,成为质量检测的有效工具。为跟踪国内外研究进展并分析研究现况,从果蔬外部品质(尺寸、形状、表面缺陷、颜色、纹理等)、内部品质(内部缺陷、可溶性固形物、可滴定酸、水分、类胡萝卜素等单一品质及综合品质)、成熟度、货架期/贮藏期、产品溯源、生长监测、安全(农药残留、病虫和细菌侵染、转基因产品等)检测及光学系统设计等方面综述了光谱和成像技术的应用,分析了存在的图谱库不完善、解混处理算法复杂、高精度和便携式的光学系统开发力度不够、校正模型的影响因素复杂等问题。然后,归纳了发展趋势,指出了各组分可视化分析及交互作用机理解析、光与果蔬组织的交互作用机理分析和光学特性参数反演等光学特性分析、科学合理的综合评价体系的建立、新算法的应用和多种算法的联合使用、不同算法的可靠性和稳定性的提高、稳定和普适模型的建立、低成本和便携式等光学分析仪器的商品化开发和商业化应用等成为进一步探索的方向,为基于光谱和成像技术的果蔬质量检测发展提供了参考。     

光谱及成像技术在果蔬损伤检测研究中的应用现状与展望

果蔬在收获、运输、贮藏、分拣、包装和销售过程中均会遭受不同程度的挤压、碰撞或摩擦,从而造成果蔬损伤,如挤伤、开裂、擦伤等外部损伤,同时,在生长过程中会产生黑心、水心、褐腐、霉心等内部损伤。果蔬损伤初期特征不明显,外观与正常果实基本无异,然而随着时间的推移,损伤组织恶化扩散,最终导致整个果实腐烂变质,又进而接触感染其他果实,造成周边甚至整箱果蔬病变,对果蔬产业造成巨大的经济损失。果蔬采后损伤检测方法多种多样,其中人工检测最为简单常用,但是该方法不仅耗时耗力,容易造成错判和漏判现象,而且无法实现肉眼不可见的皮下或内部损伤检测。近年来,随着计算机技术的快速发展,越来越多的无损检测技术被广泛应用于果蔬损伤检测,其中最为常用的当属光谱和成像技术。光谱成像技术通常结合图像处理、光谱分析、化学计量学方法、统计分析等手段,利用损伤果蔬和正常果蔬的图谱信号差异实现损伤检测,具有无损、快速等优点,能解决人工检测耗时耗力且准确率低的问题。在此主要概述了8种光谱及成像技术（近红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、高光谱成像、空间频域成像、核磁成像、X射线成像和热成像）在果蔬损伤检测的最新研究进展,包括检测原理及其技术特点,总结分析了各技术在果蔬损伤检测方面的应用情况,并展望未来发展趋势,以期为果蔬损伤无损检测提供借鉴与参考。     

Power ultrasound in the meat industry (freezing,cooking and fermentation): Mechanisms,advances and challenges

High intensity ultrasound (HIUS) has a wide range of applications in different sectors of food processing. It is a promising and emerging technology demonstrating the potential to promote food processes without or at least damage to the quality of products. Among the processes of the meat industry, freezing, thawing, cooking and fermentation are very sensitive and important, because they have significant effects on product quality and are also very energy and time consuming. This review paper provides an interpretation of high intensity ultrasound (HIUS) applications, a summary of recent outstanding published research and an overview of the freezing/thawing, cooking/frying and fermentation processes in meat and its products assisted by HIUS. The effects, benefits and drawbacks as well as the challenges ahead in the commercialization of this technology in the meat industry are studied. The research results confirmed that the use of HIUS in the meat freezing/thawing, cooking/frying and fermentation in combination with the corresponding processing methods demonstrates a great potential to promote the process, improve the general quality of the final product and reduce the time and energy required. However, many issues remain that require further research to address these challenges. These challenges and subsequent research that is useful for developing and increasing the efficiency of this technology have been reviewed. After the literature review, it is concluded that HIUS may be a useful technology for meat processing because of its significant effects on the quality factors and related process variables that leads to the preservation of the initial nutritional and sensory properties of meat and its products. Of course, research must be continued to eliminate the disadvantages or minimize the undesirable effects of this technology on the final product and to remove barriers to commercialization and optimization of this method.     

Nanomaterials and Water Purification: Opportunities and Challenges

Advances in nanoscale science and engineering suggest that many of the current problems involving water quality could be resolved or greatly ameliorated using nanosorbents, nanocatalysts, bioactive nanoparticles, nanostructured catalytic membranes and nanoparticle enhanced filtration among other products and processes resulting from the development of nanotechnology. Innovations in the development of novel technologies to desalinate water are among the most exciting and promising. Additionally, nanotechnology-derived products that reduce the concentrations of toxic compounds to sub-ppb levels can assist in the attainment of water quality standards and health advisories. This article gives an overview of the use of nanomaterials in water purification. We highlight recent advances on the development of novel nanoscale materials and processes for treatment of surface water, groundwater and industrial wastewater contaminated by toxic metal ions, radionuclides, organic and inorganic solutes, bacteria and viruses. In addition, we discuss some challenges associated with the development of cost effective and environmentally acceptable functional nanomaterials for water purification.     

Time domain finite volume method for the transient response and natural characteristics of structural-acoustic coupling in an enclosed cavity

A time domain finite volume method（TDFVM）based on wave theory is developed to analyze the transient response and natural characteristics of structural-acoustic coupling problems in an enclosed cavity.In the present method,the elastic dynamic equations and acoustic equation in heterogeneous medium are solved in solid domains and fluid domains respectively.The structural-acoustic coupling is implemented according to the continuity condition of the particle velocity along the normal direction and the normal traction equilibrium condition on the interface.Several numerical examples are presented to validate the effectiveness and accuracy of the present TDFVM.Then the effects of water depth on the acoustic and vibration characteristics and the natural characteristics of a structural-acoustic coupling system are analyzed.The numerical results show that the increase of water depth leads to a stronger coupling between the water and structure and the decrease of natural frequencies of coupling system,The computational cost and memory of this method are small and it can be applicable to structural-acoustic coupling problems in the heterogeneous fluid.     

某机载惯导设备原位测试仪设计

针对某机载惯导设备在外场的测试需求,设计了以PC-104为显示、控制和数据处理核心,并扩展程控数字表、多通道矩阵板,构建了原位测试仪的硬件电路。根据系统的功能要求和硬件电路特性,利用LabWindows/CVI虚拟仪器平台编制了人机接口界面和测试程序,控制硬件电路对某惯导设备的静态电阻和在线电压进行测试,并接收、分析、处理惯导原位工作时输出的实时串行数据,完成对惯导设备的静态测试和动态性能监测,实现对某机载惯导设备原位测试过程的自动化和测试结果管理的智能化,提高了测试效率和测试精度。该仪器通过改变或控制测试仪器的类别,可实现对多路信号多种性能指标的测试。应用结果表明,该测试仪具有性能稳定、操作简便、应用领域广、通用性强等特点。     

风力机叶片FRP铺层结构强度与失效预测

本文通过对一40 m商业风力机叶片进行三维建模和详细的结构铺层,在叶根挥舞极限载荷条件下研究了叶片铺层结构强度。模型重量及模态频率与试验值吻合很好;主梁帽承受较大的载荷;在主梁帽内段及叶根过渡区域纤维失效因子较大,吸力面与压力面纤维失效因子大小与受力规律不一致;主梁帽在叶根过渡处纤维(层)间失效因子较大,主梁帽靠近叶根段表现为C型失效模式,中段表现为B型失效模式,其余大部分位置表现为A型失效模式。