基于微流控芯片的钾盐溶液太赫兹光谱特性研究

许多生物分子的振动及转动能级都在太赫兹波段,因此太赫兹时域光谱技术可以用来探测生物分子。并且由于太赫兹波的光子能量较低,仅为毫电子伏量级,在探测过程中不会破坏生物样品,所以太赫兹时域光谱技术在未来生化检测等研究领域具有非常广泛的应用前景。研究表明,大多数生物分子需要在液体环境中才能充分发挥其生物活性,然而水溶液中的氢键在太赫兹波段会产生强烈的吸收。另外,水分子是极性分子,太赫兹波对极性分子也有很强的共振吸收,这使得利用太赫兹时域光谱技术检测液体环境中的活性生物分子非常困难。因此,许多研究团队将太赫兹时域光谱技术与微流控技术相结合,以减少各种因素对生物分子检测的影响。微流控技术是通过减小微流控芯片中液体池的深度来减少液体样品与太赫兹波的作用距离,从而减少水溶液对太赫兹波的吸收。使用对太赫兹波的透过率高达95%的环烯烃共聚物(COC:Zeonor 1420R)为材料制作了双层微流控芯片,该微流控芯片内部液体池的长度和宽度均为4 cm,深度为50μm。此外,由于在电解质溶液中存在大量自由移动的阴阳离子,所以为了探究电解质溶液中自由移动的阴阳离子对太赫兹透射特性的影响,使用外加电场装置对注入液...     

连续激光辐照对三结砷化镓电池散射光谱的特性影响

太阳能电池作为一种高效的光电转化器,被广泛地应用于光伏发电系统中。激光作为一种高亮度光源辐照电池时,会导致其出现损伤,可利用电池的表面散射光谱特性,对其损伤程度进行判别。通过目标表面散射光谱测量系统,对激光辐照后的三结砷化镓电池散射光谱进行测量,并计算双向反射分布函数(BRDF)。其中测量系统主要由FX 2000和NIR 17型光纤光谱仪组成,针对电池表面的强镜反射特性,在实验中采用了入射角和反射角为30°的测量几何模型。原始三结砷化镓太阳能电池的结构主要包括减反射膜DAR层、顶电池GaInP层、中电池GaAs层和底电池Ge层,其散射光谱特征包括可见光谱段(500～900 nm)的吸收特性及近红外谱段(900～1 200 nm)的类周期振荡特性,在对连续激光辐照损伤后电池的光谱特性进行实验测量后,得到了损伤电池光谱BRDF的变化,并结合基于薄膜干涉理论的电池散射光谱模型,对各膜层损伤后的特征进行了分析。结果表明：DAR层的主要作用是降低光谱反射能量,对光谱曲线的特性影响较小;Ge层对光谱曲线形状基本无影响;电池散射光谱吸收和干涉等特征主要由GaInP层和GaAs层所引起,其中,GaIn...     

固-固界面退化特性的超声反射评价方法

提出了一种基于有限宽超声束反射的固-固界面退化特性评价方法,从理论和数值仿真角度进行了分析和计算。将两固体界面间的薄层简化为界面弹簧模型,以界面法向和切向劲度系数表征界面的退化程度。通过数值计算求得有限宽超声纵波束在不同入射角和界面不同退化程度下的反射横波、反射纵波的镜面反射系数。进一步地,通过建立二维有限元模型,仿真研究了有限宽超声纵波束在给定入射角及界面不同退化程度下镜面反射系数的变化规律。结果表明,反射纵波和反射横波的镜面反射系数随有限宽超声纵波束的入射角及界面劲度系数的改变而变化,且存在镜面反射系数随界面劲度系数单调且敏感变化的入射角,据此可准确评价界面的退化程度。     

海洋湍流外尺度对高斯光束传输特性的影响

针对功率谱反演法模拟的海洋湍流相位屏中缺乏外尺度对光学特性影响的模型,基于Nikishov海洋湍流功率谱模型,提出一种指数型外尺度的Nikishov谱的修正模型,并通过功率谱的收敛性质及标准化光谱对该模型进行验证。相比于已有的包含外尺度参量的功率谱模型,该修正谱形式较为简单,便于分离变量,可在后续的研究中基于波动光学理论借助超几何函数对光学参量理论公式进行推导。基于该功率谱修正模型建立复合海水信道湍流相位屏仿真模型,针对功率谱反演法生成的相位屏存在低频信息不足的缺陷采用低频次谐波进行补偿,通过光线追踪的蒙特卡洛统计方法分析了湍流外尺度对高斯光束光学特性以及信号时域扩展特性的影响。波动理论数值计算与基于相位屏的仿真结果一致表明：在弱湍流条件下,海洋湍流外尺度对准直高斯光束光束扩展、质心漂移特性的影响较大,对光强闪烁的影响较小;海洋湍流外尺度对时域展宽影响较小,湍流影响下的信号时域扩展与传输距离近似呈现二次函数关系。     

层间共价增强石墨烯材料的构筑、性能与应用

大批量石墨烯可控制备技术的逐渐成熟为实现其宏观组装和应用提供了基础。在众多的组装策略中,调节石墨烯层间的界面相互作用可以直接影响组装体的力学、电学、热学以及渗透等性质,具有重要的意义。石墨烯片层间以共价键连接的层间共价石墨烯材料以其可调的层间距、较强的层间作用力、丰富的功能化、以及可能的原子构型重排等特性,受到了广泛的关注和深入的研究。相比于其他非共价的键合手段,共价连接是一种更为牢固的枢纽。本文中我们将总结讨论层间共价石墨烯材料的构筑方法、性能以及应用。在构筑方法中,依据石墨烯本身的制备方法分为氧化还原法以及化学气相沉积法,而在氧化还原法中,以其宏观材料的形貌分为纸状和纤维状来讨论。接着,我们重点介绍了层间共价对其力学和电学性能的影响,并概述了此类宏观组装体材料的应用。层间共价石墨烯材料继承了石墨烯自身优异的特性,同时也具有宏观组装所赋予的性能,有望在多个领域得到广泛的应用。     

石墨烯玻璃透明薄膜加热特性

Graphene has become a research focus in recent years owing to its excellent characteristics, and glass is a commonly used material with high transparency and low cost. Graphene glass combines the excellent properties of both graphene and glass; graphene glass has not only high thermal conductivity, high electrical conductivity, and good surface hydrophobicity but also exhibits superior electrothermal conversion and wide-spectrum high-light-transmittance characteristics. Therefore, the study of graphene glass films is of theoretical value and practical significance. In this study, a high-purity glass-based (JGS1 quartz glass) multilayer graphene film was developed based on an atmospheric-pressure chemical vapor deposition (APCVD) method, and its electrical characteristics, light transmittance, and electrical heating characteristics were experimentally investigated in detail. The results show that graphene glass with different surface resistance values obtained through direct growth on a high-purity quartz glass substrate using the APCVD method, not only has excellent uniformity and quality, but also has considerably flat and high transmittance across the entire visible light region and exhibits excellent heating performance and fast response time. For graphene glass with a surface resistance of 1500 Ω·sq^-1, the light transmittance can reach 74%, and the saturation temperature can rise to 185 ℃ by applying a bias voltage of 40 V. In addition, when the resistance value of the graphene glass is 420 Ω·sq^-1, the graphene glass reaches a high saturation temperature of 325 ℃ in 40 s, and the corresponding heating rate can exceed 18 ℃·s^-1, achieving a significantly higher heating rate than other heating films at the same voltage. Compared with the polyethylene-terephthalate- (PET-) based and silicon-based graphene films obtained by the transfer, graphene glass has a higher saturation temperature, shorter thermal response time, and faster heating rate. Furthermore, graphene glass exhibits better heating cycle stability and longer-term heating stability at a constant voltage. In addition, an experiment using the graphene glass to thermally tune the wavelength of a vertical-cavity surface-emitting laser was conducted and gave good results. The position of the laser peak controlled by the graphene glass was red-shifted by 1.78 nm by applying a voltage of 20 V, and the wavelength tuning efficiency reached 0.059 nm·℃^-1. Compared with PET-based and silicon-based graphene films, the actual electrical heating capacity of graphene glass increased by 195%. These experimental findings demonstrate that graphene glass transparent films with excellent electric heating characteristics can be used in various transparent electric heating fields and have relatively wide application prospects.     

洗衣机节水技术研究及其力学原理

利用全自动洗衣机高速脱水时产生的向心力，将衣物上的水沿脱水桶壁向下排出，由此设计了节水型洗衣机，并对这种洗衣机进行了力学原理分析，给出了关键结构参数，以及关键部件——排水阀的设计．新型洗衣机结构简单，洗涤容量进一步扩大，减少了水和洗涤剂的用量，有利于环境保护．     

激发学习兴趣,鼓励学生参赛

第五届全国周培源大学生力学竞赛已经结束，本次竞赛共有164所高校参赛，为竞赛的成功付出了不懈的努力．在此，我们特邀请获得本次竞赛团体第一名的北京航空航天大学就其组织和开展学科竞赛的情况作一介绍，希望能够提供大家以借鉴．同时希望今后的力学竞赛能够取得更好的成绩，为力学课程建设和教学改革起到良好的促进作用．     

QUALITATIVE ANALYSIS OF DYNAMICAL BEHAVIOR FOR AN IMPERFECT INCOMPRESSIBLE NEO-HOOKEAN SPHERICAL SHELL

IntroductionIn applications, it is commonly considered that the phenomena of cavity formation,growth and run-through of adjacent cavities occur in materials as precursors to failure. Thesephenomena are mainly due to instability of materials. On the other …     

从国际深空探测大赛看理论力学教学及力学竞赛

1 国际深空探测轨迹设计大赛简介 太阳系中存在很多小行星,它们有着丰富的稀有金属资源,同时,一些近地小行星对地球的安全存在潜在的威胁.