基于Ge-Sb-Se薄膜的硫系光波导制备工艺研究

通过传统熔融淬冷技术制备Ge28Sb12Se60硫系玻璃,并由热蒸发技术制备出Ge28Sb12Se60非晶态薄膜,利用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀机在不同刻蚀气体氛围下制备出Ge-Sb-Se硫系光波导.研究了不同刻蚀功率和不同刻蚀气体流量比等条件参数对制备所得Ge-Sb-Se波导表面形貌的影响,利用台阶仪测量其刻蚀速率,扫描电子显微镜(SEM)和扫描探针显微镜(SPM)测量波导形貌以及表面粗糙度.结果显示,对于相同组分材料的Ge-Sb-Se硫系薄膜,相比于CF4/O2刻蚀气体,CF4/CHF3混合刻蚀气体制备出的波导具有较低的表面粗糙度、较光滑的侧壁和较大的刻蚀选择比,1 550 nm处2μm宽波导传输损耗为(1.73±0.24)d B·cm-1.     

基于六面体网格的向量式有限元分析及应用

基于向量式有限元基本原理，给出了八节点六面体等参实体单元的基本公式，通过投影方式将空间曲面六面体转换为投影六面体，采用参考面的逆向运动求解节点纯变形，通过单元形函的虚功方程计算节点内力；针对坐标模式和内力积分模式等关键问题提出了有效的处理方案。编制了六面体实体单元的数值计算程序，并进行工程结构算例分析。结果表明，所编制程序可有效模拟实体结构的静力、动力及大变形大位移行为分析，验证了本文理论和程序的正确性和实用性。     

基于六面体网格的向量式有限元分析及应用

基于向量式有限元基本原理,给出了八节点六面体等参实体单元的基本公式,通过投影方式将空间曲面六面体转换为投影六面体,采用参考面的逆向运动求解节点纯变形,通过单元形函的虚功方程计算节点内力;针对坐标模式和内力积分模式等关键问题提出了有效的处理方案。编制了六面体实体单元的数值计算程序,并进行工程结构算例分析。结果表明,所编制程序可有效模拟实体结构的静力、动力及大变形大位移行为分析,验证了本文理论和程序的正确性和实用性。     

人工砂岩物理力学性质的实验研究

在40MPa的成型压力下,选用环氧树脂作为粘结剂,采用不同配比的石英砂、粘土为材料制作了37个直径25mm、高度50mm的泥质人工砂岩。通过声波测量实验与单轴压缩实验得到其力学性质:人工砂岩的动静弹性模量测量结果均随粘土质量分数的增加而降低,其中动态弹性模量的测量结果相对较高。通过CT扫描实验得到其结构性质:人工砂岩中石英砂与粘土分布均匀,石英砂颗粒作为岩体的骨架结构,粒间存在丰富的孔隙空间,粘土则以填充的形式分布在粒间孔隙中。当粘土质量分数大于10%时,部分粘土将代替石英砂成为岩样骨架的一部分。通过覆压渗透实验得到其孔隙及渗透性质:人工砂岩渗透性质近似满足Poiseuille等效管道渗流模型。孔隙度及渗透率均与粘土质量分数呈负相关,其中孔隙度与粘土质量分数符合线性关系,渗透率与粘土质量分数满足负指数关系。     

河南麦区收割对大气颗粒物及其组分特征排放的影响

农业收割期间排放的颗粒物是农忙期影响大气气溶胶组成的主要来源,因此明确农业收割期间排放的大气颗粒物排放特征具有重要意义。本实验立足河南省新乡市集约化农田实验基地,开展冬小麦区农业收割期间的大气颗粒物及其组分排放特征实验。结果表明收割期间的PMcoarse比其它时期高8.20%,农业站点收割时期的PMcoarse比其它时期高了72.22%,明确了其颗粒物污染特征为仅PM₁₀升高,而非PM₁₀和PM_2.5同时升高,同时PM₁₀的升高非PM_2.5升高引起的;含量最高的前5种元素是Al、Ca、Fe、K、Mg;收割期间,Fe的特征比值最高为0.79;Ca₂₊^和K₊^{离子百分含量在}PMcoarse中占比最高;特征值为0.81和0.78。综合水溶性离子和元素结果,Ca₂₊^、K₊^、Fe浓度协同变化可作为小麦收割过程颗粒物对大气污染影响的指纹识别,以区别于其他污染类型;便于大气污染防治行政主管部门有针对性的查污、防污、治污,提高人民群众生活环境的空气质量。     

有机场效应晶体管应用于化学及生物传感的研究进展

有机场效应晶体管(OFETs)是以有机半导体材料作为有源层的晶体管器件。和传统的无机半导体器件相比,由于其具有成本低、易加工、柔性好和生物相容性而被人们广泛研究,在多种化学和生物传感器领域具有潜在而广泛的应用前景。本文简单介绍了OFETs的结构和工作原理,总结了近几年来OFETs在化学及生物传感方面的研究进展,最后对OFETs的发展方向做了归纳和展望。     

基于扩散强化的Pickering界面生物催化系统构建及CO2矿化过程研究

CO₂的有效利用有助于解决环境和生态问题.碳酸酐酶(CA)等酶分子可精准活化CO₂分子以降低反应能垒,为CO₂的高效和高选择性转化提供了一种有前景的途径.然而,酶离开生物体后易失活,且难以重复利用.目前,包埋型固定化酶是常用且有效的提高酶稳定性与回用率的方法之一,但载体的存在会造成反应物CO₂内扩散阻力增加,降低反应活性.此外,CO₂酶促转化是一个气-液-固三相反应过程,反应体系中CO₂的外扩散性能也需要加强.金属有机骨架(MOFs),特别是咪唑酯骨架(ZIFs),常被用作酶固定化的载体.ZIFs的拓扑结构可被设计成不同形貌,进而通过ZIFs的结构工程来加强分子向其中的内扩散.Pickering乳液是指以固体颗粒代替常规表面活性剂而稳定的乳液.当固体颗粒具有催化活性时,催化剂颗粒会扩大液-液-固或气-液-固三相接触面积,从而有效协调反应物在不同相中的扩散时间.如果酶被用作这些颗粒的活性中心,所制备的Pickering乳液也可能具备类似的特性,可加强底物分子向酶的外扩散.本文选择两种具有不同结构的ZIFs(ZIF-L和ZIF-8),原位包埋CA后形成CA@ZIFs颗粒以稳定Pickeirng乳液.ZIF-L和CA@ZIF-L颗粒显示出独特的二维层状堆叠结构.ZIF-8和CA@ZIF-8颗粒呈棱角清晰的十二面体结构.与CA@ZIF-8颗粒相比,CA@ZIF-L颗粒显示出更大的孔径和更宽的孔径分布,这有助于CO₂从CA@ZIF-L颗粒表面扩散至酶活性中心.利用酶活测试来研究内扩散是否通过结构工程得到了加强,发现CA@ZIF-L颗粒的活性比CA@ZIF-8颗粒高22.3%,推测这是由于CA@ZIF-L颗粒特殊的十字花状结构会缩短CO₂从颗粒表面扩散至酶活性中心的距离.同时,十字花状结构可暴露更多的酶活性位点(CA@ZIF-L颗粒的暴露面积是CA@ZIF-8颗粒的~8倍),从而提升了反应物浓度并显示出更高的催化活性.本文还设计了吸附实验来进一步验证上述假设,发现BSA@ZIF-L颗粒对香豆素的吸附率远高于BSA@ZIF-8颗粒,说明与ZIF-8相比,酶包埋于ZIF-L具有更强的捕获小分子的能力,表明CO₂分子向CA@ZIF-L的扩散速度更快,即CA@ZIF-L的十字花状结构可强化系统的内扩散过程.进一步比较了PIBS和游离多酶体系的催化活性,将CO₂通入每个系统,在反应前20 min,PIBS的pH值下降速度比游离体系快得多,说明PIBS通过在气相和液相间构建更大的界面,缩短了CO₂向CA的扩散距离,从而提高了催化效率,促进了CO₂转化.上述假设也通过扩散动力学的计算得到了验证.为进一步研究PIBS的CO₂矿化能力,本文开展了CaCO₃矿化反应,发现PIBS的CaCO₃产量远高于游离多酶体系,表明构建的PIBS在强化内外扩散方面具有显著优势.最后,评估了PIBS在工业应用中的性能,由CA@ZIF-L和CA@ZIF-8颗粒构建的PIBS显示出较好的可回收性,在第8个循环后,PIBS仍可保持8.9 mg/5 min的CaCO₃产量.综上,PIBS可为CO₂的酶促转化和框架提供一个新方法和新平台.     

光纤传感器测量FRP加固结构的损伤

A distributed fiber optic sensor is developed for condition monitoring of civil infrastructure sys-tems. The fiber optic sensor is especially useful in applications involving structures strengthened by fiberreinforced polymer (FRP) composites. The sensor principles are simple and therefore, practical for detec-tion of cracks, debonding and deformation measurements. Structural monitoring capability of the sensor     

高光谱的草本植物水分含量检测模型构建

基于高光谱开展植物水分盈缺检测是当前植物生理学研究的热点。羊茅草是我国北方草坪使用量最大的草本植物之一，其生长对水分需求量大，水分亏缺会使其叶片颜色、纹理、形态等物理特征和组织生理特性发生系列变化。开展基于高光谱的草本植物水分含量检测模型构建，可实现对羊茅草等草本植物水分盈缺状况的快速无损监测，利于全面、可靠的诊断草本植物水分状况并及时采取应对措施，为预测未来气候变化下北方常见草本植物生理响应及变化过程提供重要依据。以北方使用量最大的草本植物--羊茅草为例，采用盆栽控制实验法开展基于高光谱的植物水分含量观测模拟实验研究。实验在恒温恒湿培养箱中进行。经查阅有关文献，该实验共设置空气CO₂浓度(CX)(包括400和700 μmol·mol-1两个梯度)和土壤持水量(WX)(包括：100%田间持水量，40%田间持水量，20%田间持水量三个梯度)两个变量，共六种不同情景；在不同情景条件下，借助ASD Field Spec HandHeld光谱仪于每天10:00-14:00测定羊茅草叶片光谱反射参数，主要包括：光谱反射率(R_i)、一阶导数光谱(Dλ_i)、红边幅值(Dλr)、红边位置(λr)、红谷吸收深度(D)、红边面积(Sr)、光化学反射指数(PRI)、叶绿素指数(Rch)、归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、归一化光谱指数(NDSI)、比值光谱指数(RSI)、分形维数(Fd)等。通过采集不同情景下植物光谱反射参数，采用多元线性逐步回归分析、方差分析、数学统计模型构建等多种方法，探讨不同生境条件下羊茅草叶片水分含量与光谱反射率(R_i)、红边幅值(Dλr)、红边面积(Sr)等光谱参数之间的量化关系，筛选出可以用于检测羊茅草水分含量状况的最优光谱特征参数，并构建了基于高光谱的羊茅草水分含量检测模型公式。研究结果表明：归一化植被指数(NDVI)、叶绿素指数(Rch)、分形维数(Fd)与羊茅草叶片含水量之间相关性在99%置信水平上达到极显著水平(p<0.01)，且对于不同土壤水分胁迫条件下的羊茅草长势分辨效果较好，是监测羊茅草水分含量的有效参数和最优参数。同时发现，羊茅草叶片水分含量(Y)与诸多光谱特征参数(X)之间具有良好的多元线性关系，拟合得到羊茅草水分含量检测模型公式为：Y=-0.125X_Rch+1.714X_NDVI-0.023X_Fd+0.018，相关系数平方(R2)达到0.89，通过F检验，模型检验达到极显著水平(F=15.588>7.21，p<0.01)，说明建立的回归模型具备统计学意义，可以用于羊茅草水分含量检测。为快速便捷且准确无损的监测羊茅草受旱程度，指导大面积草坪灌溉和管理等提供；重要的技术支撑，对于丰富植被水分光谱探测研究具有重要理论与实践意义。