基于Ni-SnO2纳米颗粒的GS-PUF设计

气敏传感器具有气体识别、探测和监测等功能, 广泛应用于工业生产等领域, 但在泄漏预警时缺乏迅速识别和定位等功能. 本文基于传感器制备工艺偏差分析, 通过对传感器气敏机制的研究, 提出一种基于Ni-SnO2纳米颗粒的气敏传感器物理不可克隆函数(Gas Sensor-Physical Unclonable Function, GS-PUF)设计方案. 该方案利用掺杂Ni元素的方法, 结合静电喷雾沉积技术制备Ni-SnO2气敏传感器, 以获取更加稳定可靠的物理特征值, 然后采集气敏传感器对不同浓度下气体的响应数据, 最后利用随机阻值多位平衡算法比较不同组气敏传感器响应电信号值, 实现PUF数据输出. 制备每组样本可产生128位二进制数据的多组PUF样本, 进行对比实验. 结果表明, 所设计的GS-PUF具有气体泄漏源头识别定位的功能, 且随机性提升至99%, 唯一性达49.80%.     

近红外光谱结合共识模型快速检测果酒的总酚含量

果酒发酵中的多酚是引起果酒口感、颜色变化的重要因素。为保证果酒品质,有必要开发一种快速监测发酵过程中多酚含量变化的技术。收集不同批次成熟期的蓝莓、桑葚为原料,分别碾压成汁,同时按比例混合二者,于小型发酵罐进行发酵。通过离线收集不同发酵时段的发酵液于离心管,高速离心后取上清液置于棕色瓶保存,共计得到48个果酒发酵样本。将上清液置于三个平行样比色皿,以傅里叶快速变换近红外光谱仪(FT-NIR)采集其透射光谱,取平均值作为该样本的光谱信号。然后将棕色瓶内的发酵液以国标法(即以标准液的吸光度值制定标准曲线)测定各样品的总酚含量,以duplex法计算样本光谱之间的距离且按2∶1的比例划分为训练集和预测集。采用间隔偏最小二乘法(iPLS)将训练集样本的透射光谱与总酚含量之间构建定量模型,间隔数从2依次变化到60个。该研究创新之处是使用共识方法融合多个已构建好的iPLS成员模型,按一定的共识规则分配权系数。通过各成员模型交互验证的残差及其残差之间的相关性来优化各成员模型的线性组合,以拉格朗日乘数法求解各成员模型的权系数,使间隔偏最小二乘-共识模型(consensual iPLS,CiPLS)的交互验证均方根误差最小。相比于全局PLS模型、划分不同间隔数量时的iPLS模型,CiPLS均具有较小的预测误差。当划分39个间隔时由三个iPLS成员模型(即14th,16th,18th)组成的共识模型误差最小为124.2,交互验证相关系数为0.944,对预测集样本的预测均方根误差为163.4,预测相关系数为0.931,预测性能均优于PLS和iPLS模型。另外,作为对比选用连续投影算法与无信息变量剔除法来优化光谱模型,其预测性能均不及本文提出的共识模型。分析各iPLS模型预测残差之间的相关性,发现共识模型主要是融合那些具有较高预测性能且模型间较低相关性的成员模型。结果表明,光谱分析结合共识方法可提高回归模型的预测精度、减少建模所需变量数,能够用于果酒总酚含量的离线快速检测。     

基于锥形渐变耦合结构的可扩展多模弯曲波导EI北大核心CSCD

提出了一种基于锥形渐变耦合结构的可扩展多模弯曲波导。该器件利用模式等效折射率匹配原理,通过对称的锥形渐变耦合结构,实现高阶模式与基模的相互转化,完成多模弯曲传输功能。同时,结合时域有限差分方法和粒子群优化算法,优化锥形渐变耦合结构区域,提升器件性能。实验测试结果表明,在1520~1600 nm的波长范围内,当输入模式分别为TE_0、TE_1、TE_2、TE_(3)和TE_(4)时,该器件的插入损耗分别小于1.71 dB、3.04 dB、2.90 dB、3.16 dB和4.00 dB,对应的串扰分别小于-10.60 dB、-11.35 dB、-10.92 dB、-10.35 dB和-11.45 dB。     

基于交叉相位调制效应的硅基全光Fredkin门

虽然传统的Fredkin门可以很好地实现相应的逻辑功能,但是其消光比和串扰还有待进一步改善。鉴于此,本文提出并设计一种基于交叉相位调制效应的硅基全光Fredkin门,该全光可逆逻辑门由两个2×2的定向耦合器、一个2×1的定向耦合器、一个1×2的定向耦合器以及两个相移臂构成。利用泵浦光与信号光在相移臂中引发的交叉相位调制效应,可以改变上、下相移臂中信号光的相位差,从而在所设计器件的不同端口处输出不同幅度的光波,继而实现Fredkin门的逻辑功能。与此同时,利用MATLAB并融入分步傅里叶法对所设计的硅基全光Fredkin门进行仿真分析。仿真结果表明,器件的最差消光比可达48.46 dB。     

二维复合光栅减反膜的制备及其在太阳能电池中的应用

提出了利用二维复合光栅减小晶硅太阳能电池界面反射进而提高其光电转换效率的方法。该复合光栅是使用柔性聚二甲基硅氧烷材料对一维光栅进行纵向表面处理形成褶皱制备而成。扫描电子显微镜像显示二维复合光栅由纳米褶皱纵向均匀有序地分布在一维光栅表面。理论与试验证明与一维光栅相比,这种特殊形貌的二维复合光栅具有更加优越的抗反射性能,可更加有效地提高电池的转换效率。另外,二维复合光栅结构应用环氧树脂封装的太阳能电池表面可以减小灰尘颗粒粘附,提高材料表面的疏水性及表面的自清洁能力。     

功能化金属有机框架材料催化二氧化碳转化研究进展

作为主要温室气体,二氧化碳(CO_2)导致了全球变暖与海洋酸化,同时CO_2也是重要的C1资源。在温和条件下,利用催化剂将CO_2高效、高选择性地转化为具有高附加值的化学品,对缓解CO_2给气候变化带来的负面影响和减少对化石能源的依赖具有重要意义。作为一类新兴的多孔晶态材料,金属-有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)同时具备多相催化剂的可分离回收再利用以及均相催化剂的高选择性和高活性等性质,是优良的多相催化剂。本文主要聚焦功能化MOFs催化剂的结构特性及其在催化转化CO_2方面的应用,着重介绍该领域近期的研究进展,并对今后该领域的研究趋势及应用前景进行了展望。     

基于自组装纳米探针的氯化乙基汞的特异性检测

双硫腙作为可以特异性检测重金属的指示剂,利用双硫腙与脂质体磷脂双分子层不易溶于水的特性制备自组装水溶性纳米探针。氯化乙基汞作为一种剧毒重金属,也具备不易溶于水的特性,因此我们可以通过自组装水溶性纳米探针检测氯化乙基汞的存在。通过实验可以看出,水溶性纳米探针与氯化乙基汞溶液反应之后的紫外可见吸收光谱会发生明显的红移现象,而其他重金属不具备这种特性,从而证明所制备的水溶性纳米探针可以特异性检测氯化乙基汞的存在。     

纳米复合体系中环形高分子链的构型

采用分子动力学模拟方法对纳米复合体系中环形高分子链的构型及纳米粒子的集聚行为进行了研究.在不同纳米粒子/高分子链吸附能作用下,复合体系中纳米粒子表现出3种集聚行为：直接接触集聚、均匀分散以及高分子与纳米粒子间的桥接集聚.同时考虑了环形高分子链的刚性强度,得到了环形高分子链的3个构型：中间吸附、马鞍型吸附和轨道绕行型吸附.研究发现,增强环形高分子链的刚性将有助于促进纳米复合体系中纳米粒子间的分散.     

基于脂质体与双硫腙自组装的水溶性纳米探针的制备

通过冻融循环和超声法制备均一的脂质体悬液,利用扫描电子显微镜对所制备的脂质体进行微观样貌的表征,脂质体内部包载对pH变化敏感的荧光指示剂(HPTS),并监测HPTS的荧光强度变化来表征脂质体稳定性。实验结果表明：冻融循环与超声法所制备的脂质体均具有较高的稳定性,相比之下,冻融循环所制备的脂质体稳定性更好,在11 min内脂质体的稳定性高达99.15%。在恒温震荡水浴的过程中引入不易溶于水的双硫腙染料,利用双硫腙与脂质体磷脂双分子层的疏水性构建自组装水溶性纳米探针。     

脂质体稳定性影响因素的研究

利用薄膜分散法制备大单室脂质体并包载对pH变化敏感的荧光指示剂,利用荧光光谱检测法表征脂质体的稳定性。研究脂质体磷脂膜中加入磷脂酰胆碱与胆固醇的比例,温度和pH三者对脂质体稳定性的影响。实验表明,当在脂质体体系中加入胆固醇配比为2∶1,温度为30℃和pH=7.0时,脂质体稳定性最高,达到99.02%。