氩气驱动液态锂回路的总体设计及初步运行结果

为了研究等离子体与自由液态锂表面相互作用的物理过程,建立了用氩气驱动的液态锂回路装置。介绍了建立的液态锂回路装置的组成部分、技术参数及运行原理。此回路主要由主回路、等离子体与液态锂相互作用试验段和单阴极高密度等离子体发生装置三部分组成。目前,此回路已取得一些初步的模拟结果和实验结果。     

特征提取算法在福美双表面增强拉曼光谱定量分析中的应用

表面增强拉曼散射(SERS)技术具有快速、指纹效应与极低的检测限等优点,被越来越多地应用到有害污染物、有毒物质、危险物质的检测与分析中。在SERS光谱的测量过程中,易受基底、仪器、宇宙射线与测量环境等因素影响,出现波动现象,对后续的分析与检测造成较大的干扰。基于农药福美双SERS光谱数据,尝试利用多种特征提取算法,如主成分分析(PCA)、离散余弦变换(DCT)、非负因式分解(NMF) ,对光谱的主分量进行提取,以减弱光谱数据波动对其后续的定量分析结果的影响。然后将提取后的分量分别结合线性回归算法——偏最小二乘法回归(PLSR),非线性回归算法——支持向量机回归(SVR)建立定量模型。最后,利用5-折交叉验证方法对比不同特征提取算法在不同类型的回归算法下的效果。通过实验验证可知,SVR对福美双溶液的分析精度要明显高于PLSR,这主要是由于SERS光谱强度与被分析物浓度之间为非线性关系。同时针对两种类型回归算法,特征提取算法都能明显地提升了分析结果,主要是由于其提取了源数据的主体信息,去除干扰信息。其中在线性回归中使用PCA效果最佳,在非线性拟合中使用NMF结果最佳,分析误差最好时可降低近3倍。最优回归模型(NMF+SVR)的交叉验证均方误差(RMSECV)为0.0455 μmol·L-1(10-6 mol·L-1),达到国家对福美双的检测标准,为农药快速检测提供一种新的方法。     

利用矩形金属周期阵列实现局域电场的增强和共振波长的可控

基于表面等离激元共振(SPR)的原理,设计了一种具有矩形凹槽周期阵列微结构的金属增强基底。利用有限元方法对基底表面附近电场的分布进行了理论模拟分析,结果表明在SPR共振情况下,其凹槽微结构坑口处可得到强局域场,局域电场强度E_max／E₀可达20。通过改变结构的周期、凹槽长度l、宽度w以及环境介质,SPR共振峰发生规律性的移动,波长覆盖范围为500～1 000 nm。入射光沿x方向偏振的情况下,随着结构x方向周期P_x的增加,SPR共振峰明显红移。当入射光波长与P_x相当时,观察到凹槽内局域电场突然减小的现象。这是由于满足了波矢匹配条件,传播型SPP被激发导致的。改变凹槽长度l,发现共振波长随l的增加红移,近似呈线性关系。环境介质折射率的增加也会引起共振峰的红移。而凹槽宽度w的增加将导致其蓝移。这种规律性的移动为实现共振波长的调控提供了途径。受Jain研究报道的启发,矩形凹槽结构可以等效为两对偶极耦合模型的组合,从而解释SPR共振峰随结构参数变化而发生的移动。     

基于光谱解调的对称波导型表面等离子体共振传感研究

表面等离子体共振(SPR)传感系统有角度谱、光谱、强度、相位等解调方式,其中光谱型的(SPR)传感系统因可以使用光纤导光,将传感部分独立出来,可进行远距离传感和现场检测,并能有效缩小系统的体积。对称光波导型(SOW)SPR因金属膜层两边的折射率完全相同,表面等离子体波传播距离更长,穿透深度更深,比传统的SPR系统具有更高的灵敏度和分辨率。对对称波导型(SOW)SPR进行光谱解调研究,以MgF₂-Au-MgF₂结构的SOW-SPR为传感单元,同时以光纤输出的卤素灯为光源, 搭建了一套光谱解调的SOW-SPR检测系统,以不同浓度的葡萄糖溶液对系统折射率分辨率进行测量,得到2.8×10-7 RIU的分辨率。为SOW-SPR系统小型化、现场检测以及远距离探测提出一种可能实现的手段,具有很好的应用前景。     

银覆盖冠状硅柱阵列基底的制备、SERS特性分析及肿瘤标志物miRNA-106a的检测

以聚苯乙烯(PS)小球为模板,采用金属辅助刻蚀和湿法化学刻蚀技术,制备大面积冠状硅柱阵列,再原位生长银纳米粒子后得到银覆盖冠状硅柱阵列(Ag/Si CPA)基底。实验表明,制备的基底具有优良的表面增强拉曼散射(SERS)特性,电磁增强因子达到1.81×10~6。同时,将制备的罗丹明分子(R6G)标记的DNA发卡探针与基底链接,在与miRNA-106a互补杂交后进行SERS信号检测,获得相应的剂量-响应曲线。结果表明,基于(Ag/Si CPA)基底的SERS特性,开展miRNA-106a的检测,具有特异性好和灵敏度高的优势,检测范围为1 fmol·L~(-1)～100 pmol·L~(-1),检测极限为0.917 fmol·L~(-1)。此外,与实时荧光定量多聚核苷酸链式反应(RT-qPCR)方法相比,不仅检测结果一致,而且基于SERS光谱技术的检测方法具有更高的灵敏度。     

顶爆作用下裂隙对锚固洞室振动速度的影响

基于相似模型试验,利用数值分析方法研究了含裂隙锚固洞室在顶爆作用下质点峰值振速的分布规律,并探讨了裂隙倾角和长度对峰值振速的影响。结果表明:裂隙和洞室表面在迎爆侧存在振速放大效应,洞室两侧和底部振速远小于拱顶;随着裂隙长度的增加,锚固洞室拱顶、拱脚和两帮峰值振速先减小后增加再减小,除了长度较短的情况,裂隙的存在使锚固洞室拱顶的峰值振速增加;随着裂隙向右倾斜的倾角增加,拱脚和两帮的峰值振速出现不对称,洞室右边的拱脚和侧帮峰值振速大于左边;拱顶峰值振速先减小后增加,倾角为45°时拱顶峰值振速最小,相较无裂隙洞室降低了48.2%,有效减弱了结构的动力响应。     

表/界面水的扫描探针技术研究进展

表面和界面水在自然界、人们的日常生活以及现代科技中无处不在.它在物理、化学、环境学、材料学、生物学、地质学等诸多基础学科和应用领域起到至关重要的作用.因此,表面和界面水的功能与特性的研究,是水基础科学的一项核心任务.然而,由于水分子之间氢键相互作用的复杂性,及其与水-固界面相互作用的竞争,使得表(界)面水对于局域环境的影响非常敏感,往往需要深入到分子层次研究其微观结构和动力学过程.近年来,新型扫描探针技术的发展使得人们可以在单分子甚至亚分子尺度上对表(界)面水展开细致的实空间研究.本文着重介绍几种代表性的扫描探针技术及其在表(界)面水体系中的应用,包括:超高真空扫描隧道显微术、单分子振动谱技术、电化学扫描隧道显微术和非接触式原子力显微术.此外,本文还将对表(界)面水扫描探针技术研究面临的挑战和未来发展方向进行了展望.     

Al纳米颗粒表面等离激元对ZnO光致发光增强的研究

基于聚苯乙烯球自组装法,在P型氮化镓(P-GaN)衬底上制备了有序致密的掩模板;采用热蒸发法在该模板上沉积金属Al薄膜,通过甲苯溶液去除聚苯乙烯球,得到了金属Al纳米颗粒阵列;采用原子层沉积法,在Al纳米颗粒阵列表面依次沉积氧化铝(Al_2O_3)和氧化锌(ZnO).通过测试Al纳米颗粒阵列的消光谱以及ZnO薄膜的光致发光谱,研究了Al纳米颗粒表面等离激元与ZnO薄膜激子之间的耦合效应.实验结果表明:引入Al纳米颗粒后,在约380 nm位置附近的ZnO近带边发光峰积分强度增强了1.91倍.对Al纳米颗粒表面等离激元增强ZnO光致发光的机理进行探讨.     

利用1H NMR探究混合离子型/非离子型表面活性剂临界胶束浓度降低的实质

利用¹H NMR技术研究了离子/非离子表面活性剂形成的二元混合体系,结果显示表面活性剂的混合导致各组分的临界胶束浓度（CMC）均比各自纯溶液有所降低,用吸附平衡理论清楚地解释了这个现象.通过定量分析,发现不同的表面活性剂混合使得其组分CMC降低的程度各异,可以理解为它们吸附于界面单分子吸附层上的分子之间相互作用的不同（相吸或相斥）引起的.由此揭示了"协同效应"的实质,可以为选择适当的表面活性剂类型和混合比例以达到预期的性能提供有力的参考.     

金属-光折变材料复合全息结构对表面等离激元的波前调控

表面等离激元(surface plasmon polaritons, SPPs)控制具有重要意义.表面电磁波全息法是在金属表面设计能有效控制SPP传输的凹槽阵列结构.本文提出一种新的SPP传输的控制方法,利用金属-光折变材料复合全息结构控制SPP传播.在金属表面覆盖一层光折变材料,两束SPP波在光折变材料内干涉生成全息结构,利用此全息结构能够控制SPP的传播.通过时域有限差分法模拟验证,结果显示,通过金属-光折变材料复合全息结构可以有效地控制SPP波束的传输,实现SPP平面波束的单点聚焦、两点聚焦,以及生成零阶和一阶高斯SPP波束.经过优化发现,光折变材料的最佳厚度为3.3μm,最佳折射率调制度为0.06.现有SPP控制器件主要是通过离子束刻蚀,而金属-光折变材料复合全息结构不需要刻蚀,从而扩展了SPP控制的器件的制作方法,为SPPs的全光控制提供了新的思路,使SPP全光控制成为可能,进一步实现了SPP全光开关等功能.