基于COMSOL的纳米傅里叶红外光谱系统数值模型

傅里叶红外光谱（FTIR）是材料表征的一种重要手段,然而受限于光的衍射极限,传统傅里叶红外光谱仪的极限空间分辨率在微米量级,无法应用于纳米材料的表征。纳米傅里叶红外光谱（Nano-FTIR）是一种新兴的超分辨光谱表面分析技术,其以纳米级空间分辨率、宽光谱范围和高化学灵敏性的特点在纳米材料表征研究中展现了巨大的潜力。定性及定量的研究Nano-FTIR信号高空间分辨的来源和系统中光谱信号的提取过程,可以为Nano-FTIR仪器的设计研发和样品光谱表征结果的解释提供重要依据。该研究从典型的仪器结构和基本的工作原理出发,在多物理场有限元分析软件COMSOL中建立了等效研究模型,并对模型的重要细节和数值计算过程分别进行了说明。在仿真研究中,首先基于麦克斯韦电磁波理论计算了模型空间的电磁场增强情况,再模拟了探针在介电常数差异巨大的两种材料交界处的“线扫”过程,探讨了针尖近场增强信号的空间分辨率。随后,以探针与样品的散射功率为数值模型的研究对象,仿真了探针“轻拍”对信号的调制和解调提取的过程,并讨论了不同入射倾角和解调频率对光谱信号提取的影响。最后,为了验证模型的合理性,仿真了20,100和300 nm三种厚度SiO₂薄膜样品在900～1 250 cm-1波数范围的光谱响应,并将仿真得到的光谱与实测结果进行了对比。结果表明随着样品厚度的增厚,光谱信号得到相应的增强,模型预测的谱图与实测谱图波形与波峰位置较为一致,且与以往一些文献中采用针尖-样品间电场强度表示针尖处散射信号强弱的方法相比,获得的谱图在峰形上更为接近。提出的数值模型可用于Nano-FTIR光谱的预测,此外,模型也具有一定的通用性,可以为其他基于散射型近场光学显微（s-SNOM）技术的太赫兹光谱技术和针尖增强拉曼光谱研究提供一定的借鉴。     

No Spin-Localization Phase Transition in the Spin-Boson Model without Local Field

We explore the spin-boson model in a special case, i.e., with zero local field. In contrast to previous studies, we find no possibility for quantum phase transition （QPT） happening between the localized and delocalized phases, and the behavior of the model can be fully characterized by the even or odd parity as well as the parity breaking, instead of the QPT, owned by the ground state of the system. The parity breaking mentioned in our case is completely different from the spontaneously broken symmetry relevant to the conventionally defined QPT in previous studies. Our analytical treatment about the eigensolution of the ground state of the model presents for the first time a rigorous proof of no- degeneracy for the ground state of the model, which is independent of the bath type, the degrees of freedom of the bath and the calculation precision. We argue that the QPT mentioned previously appears due to incorrect employment of the ground state of the model and/or unreasonable treatment of the infrared divergence existing in the spectral functions for Ohmic and sub-Ohmic dissipations.     

A molecular dynamics study of the swelling patterns of Na/Cs-montmorillonites and the hydration of interlayer cations

We report on a molecular dynamics study of the swelling patterns of an Na-rich/Cs-poor montomorillonite and a Csmontomorillonite.The recently developed CLAYFF force field is used to predict the basal spacing as a function of the water content in the interlayer.The simulations reproduce the swelling patterns of the Na and Cs-montomorillonite,suggesting a mechanism of its hydration different from that of the montomorillonite.In addition,we find that the differences in size and hydration energy of Na and Cs ions have strong implications for the structure and the internal energy of interlayer water.In particular,our results indicate that the hydrate difference in the presence of coexistent Na and Cs has a larger influence on the behavior of a clay-water system.For Na-rich/Cs-poor montomorillonite,the hydration energy values of Na ions and water molecules each have a dramatic increase compared with those in Na-montomorillonite on the interlayer spacing,and the hydration energy values of Cs ions and water molecules decrease somewhat compared with those in Cs-montomorillonite.     

圆管流动水击压力波测量及水力计算

为探索水击现象的物理过程和机理,研制了自循环定常流动管路瞬态特性计算机控制试验装置,并利用该装置进行圆管流动水击压力波实验测量。用12只扩散硅压力传感器测定圆管流动水击压力波瞬态分布及最大、最小压力值,由试验数据拟合出水击波波形,揭示了水击压力波传播方式、特性及衰减规律。通过分析随机捕捉测量技术方法,理论上推断出测量数据达到可信精度。在归纳分析试验数据基础上,得出最大压力随关阀时间的关系曲线,对圆管流动直接水击等概念进行了探讨,用数值分析方法拟合出水击最大压力水力计算修正方程式。     

激光空泡在近自由液面运动特性的实验研究

采用激光技术聚焦击穿液体产生空泡,利用高速摄像系统开展激光空泡与自由液面的相互作用的实验研究。实验研究发现,空泡与自由液面之间的无量纲距离对水下空泡的脉动特性和自由液面的水冢现象存在影响。通过大量实验总结了无量纲距离与空泡半径、空泡脉动周期、自由液面水柱的最大高度和产生水冢时间的相互关系。实验表明无量纲距离越小,空泡脉动周期越短,自由面的水冢现象越明显。同时统计出了在不同无量纲距离范围内所出现的5种不同水冢现象的规律。研究内容为空泡与自由液面相互作用的理论提供了实验依据。     

含气量对激光空泡在刚性壁面空蚀的影响

采用强脉冲激光器设计液体环境下刚性壁面空蚀实验平台,改变液体中含气量,利用高速相机观察不同含气量条件下激光空泡在壁面附近的脉动过程,并对刚性壁面造成的空蚀结果进行了观测。实验研究发现,随着液体中相对空气含量的提高,激光空泡脉动的最大尺寸增大,空泡的膨胀运动变剧烈,溃灭运动速度降低,空泡的溃灭强度降低,从而影响到溃灭冲击波和壁面微射流对刚性壁面的冲击速度,减弱了壁面空蚀,而液体中含气量的提高能够降低激光空泡对刚性壁面的空蚀程度。     

RRLC测定葡萄籽超临界CO2萃取液中的原花青素

用高分离度快速分离液相色谱法测定超临界葡萄籽萃取液中原花青素含量。色谱柱:ZorbaxXDB C18(4.6mm×50mm,1.8μm),柱温:40℃;流动相:1.5%乙酸甲醇-1.5%乙酸水(90:10,V/V);检测波长:280nm;进样量:5μL,流速:0.9mL/min。原花青素在0.60—3.6mg/mL(R2=0.9997)范围内峰面积与浓度呈良好线性关系,平均加标回收率为100.6%,RSD=1.07%(n=6)。方法简单、快速、准确、可靠,为原花青素含量测定提供一种新选择。     

镨叶绿素a分子结构的确定

通过合成镨叶绿素a(Pr-Chla)研究了稀土在叶绿素中的结合方式.Pr-Chla的紫外可见光谱(UV-Vis)、红外光谱(FTIR)证实镨离子已配位到叶绿素a的卟啉环上.其磁圆二色谱(MCD)在Soret带具有双层夹心卟啉的特征结构;通过扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS),采用双层夹心结构模型拟合,确定了Pr周围的近邻结构.表明合成镨叶绿素a具有双层夹心结构.Pr(Ⅲ)夹于两个卟啉环之间,与上下卟啉环上共8个N原子配位,Pr-N键平均键长0.242nm.     

丝光沸石骨架中Fe的XAFS表征

通过水热法合成了骨架含铁的杂原子丝光沸石,采用XRD,FT-IR及TPR等表征技术确认铁进入了分子筛骨架。利用XAFS地分子筛中铁的精细结构和配位环境进行了表征和计算,近边吸收的Fe-K边前跃迁证实铁在分子筛骨架中位于四面体配位环境中,与邻近原子存在共价键作用;铁-氧配位键长为0.188～0.189nm.