现代分析仪器在高中化学教学中的应用*——以“防晒霜的防晒效果实验探究”为例

从高中化学原子、分子等抽象性的知识教学出发,以防晒霜的防晒效果实验探究为例,探讨了现代分析仪器在高中化学教学中的应用。通过利用现代分析仪器紫外可见分光光度计,结合紫外线变色球实验探究防晒霜的防晒效果,分析并认识防晒霜中化学防晒的机理。结果表明,防晒霜的厚度越大、SPF越高,防晒霜的防晒效果越好,并且防晒霜的防晒效果可以持续一段时间,但是不同类型的防晒产品存在一定差异。在化学教学中渗透现代分析仪器的应用,为学生进一步了解化学学科在改变学习方式、拓宽学科知识领域、推动自身全面与可持续发展方面打下坚实的基础。     

钒钨酸盐-CdS纳米粒子复合膜的制备与电致变色性能

通过层-层自组装方法制备了由Dawson结构三钒取代型钨酸盐1-K₉P₂W₁₅V₃O₆₂·18H₂O(P₂W₁₅V₃)与CdS纳米粒子构筑的复合膜材料, 研究了CdS纳米粒子添加和复合膜层数对P₂W₁₅V₃多酸复合膜材料电致变色性能的影响. 采用UV, XRD, SEM和循环伏安等测试手段对复合材料的结构和性能进行了表征; 将电化学工作站和紫外-可见吸收光谱联用, 在-1.0~+1.0 V的电压范围内, 对不同层数、 有无CdS纳米粒子复合的的膜材料的电致变色性能进行研究. 研究结果表明, 20层的复合膜材料性能最佳, 光反差为38.05%, 着色时间为3.57 s, 褪色时间为6.94 s, 最大着色效率达到94.04 cm²/C, 实现了从无色、 蓝色到蓝紫色, 再到无色的可逆颜色变化, 相对于单独P₂W₁₅V₃膜, 光反差提高46.07%, 着色效率提高96.53%, 电致变色性能显著提高.     

基于自聚焦效应的新型模斑变换器

提出了一种新型的基于渐变折射率波导自聚焦效应的模斑变换器,分析了均匀折射率波导和渐变折射率波导的模式场分布及传输特性,研究了自聚焦效应的原理。利用时域有限差分法,计算得到了该变换器的插入损耗和回波损耗,所提模斑变换器与现有的最好模斑变换器的性能相当,但长度缩短至其1/6。该新型模斑变换器可用于集成光学系统中。     

EAST中快离子Dα诊断光电检测系统的设计

设计了具有高时间和空间分辨率EAST 快离子D_α 的光电检测系统，它由16 路光电倍增管(PMT)和电流放大器(采用蓝宝石材料代替传统印刷板电路)构成。为了使快离子D_α (FIDA)信号在中性束注入时能从其他光源的在同一光谱范围内的谱线中检测出来，系统参数设计为整体光子-电压增益5.0×10⁹、电流放大器增益10⁶V/A、-3dB 带宽500kHz。实验结果表明，该光电检测系统可以很好的检测到快离子D_α (FIDA)信号，并有助于从D_α 光的多普勒偏移光谱推断快离子特性。     

电致变色/电控荧光双功能聚合物的合成及性能

将电活性双胺单体4,4'-二氨基二苯醚与1,2,4,5-环己烷四甲酸二酐共聚, 得到电活性聚酰胺酸聚合物. 再通过后功能化方法, 采用酰胺化反应将2-氨基芴引入到聚合物结构中, 合成了荧光聚合物. 通过核磁、 红外和凝胶渗透色谱证实了聚合物的结构. 该聚合物在0~0.8 V的电压下展示出可逆的电化学活性. 在利用电压改变苯胺齐聚物链段的氧化状态的过程中, 聚合物薄膜发生了明显的颜色变化, 展现出良好的电致变色性质. 荧光性质随着施加电压的改变而变化, 展现出优异的电控荧光特性.     

旋涂法制备WO3薄膜电致变色性能

"智能窗"大规模推广顺应可持续发展潮流,三氧化钨(WO_3)是生产"智能窗"的一种重要电致变色材料,但调控WO_3薄膜电致变色性能机制仍待进一步研究。采用旋涂法制备WO_3薄膜,重点研究了溶液浓度和旋涂次数对调控WO_3薄膜电致变色性能的影响。通过表面轮廓仪测量薄膜厚度,X射线衍射(XRD)测量薄膜结晶情况,原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析薄膜表面形貌,光谱仪测量薄膜初始态、着色态和褪色态的透射率。实验结果表明,随着溶液浓度增加(0. 2～1. 0 mol/L),薄膜厚度从9. 7 nm增加到33. 3 nm,透射率调制能力从0%提升到37. 0%;多次旋涂薄膜厚度线性增长,线性拟合优度(R~2)达0. 98,5次旋涂后透射率调制能力达51. 3%。改变溶液浓度和旋涂次数都是调控薄膜透射率调制能力的有效手段,精准调控薄膜透射率调制能力对设计不同应用场景的电致变色器件具有重大意义。     

穿透毛玻璃的可见光成像系统

透过复杂介质获取目标物体图像精细信息的能力是光电图像采集处理的一大难点, 选用CMOS光电图像传感器, 设计了CMOS成像系统以及后端读取和处理电路, 透过毛玻璃对目标物体成像, 将采集的图像信息传送到计算机中进行处理。该系统按照相机光学成像系统原理制作, 采用通用CMOS图像传感器芯片完成电路设计, 加之红外激光辅助照明拍摄采集图像, 由远及近不同距离分别对同一目标物成像, 对成像图像进行迭代图像增强算法优化, 可以解决毛玻璃非匀质问题, 使光源重建精度大大提高, 得到的可见光图像轮廓清晰, 与一般CCD成像系统相比, 识别率超过95%, 远大于一般成像系统, 且成像性能良好。     

光电探测组件电源抑制比测试方法

抑制电磁干扰是解决光纤陀螺尤其是轻小型光纤陀螺低速灵敏度的关键问题,为了从电源完整性角度研究光纤陀螺检测电路干扰传导特性,需要对光电探测组件的电源抑制比进行测试。针对光纤陀螺微弱信号检测的特点,提出一种基于锁相放大器的光电探测组件电源抑制比测试方案,通过测量普通运算放大器的电源抑制比并与手册给定的典型值进行对比,校验了测试系统的准确性。以中低精度光纤陀螺调制-解调频率范围为例,利用该测试系统测量了光电探测组件100 k Hz~3 MHz内电源抑制比频率特性曲线。实验结果表明,光电探测组件的电源抑制比呈明显的高通特性,在100 k Hz频率点处+PSRR约为29.5 d B,到达3 MHz处衰减为17.8 d B,为后续计算电源传导干扰抑制要求和优化电源退耦网络提供了依据。     

铟镓共掺杂对n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结生长行为和光电性能的影响

利用低温水热法在p-GaN薄膜上生长了铟(In)和镓(Ga)共掺杂的ZnO纳米棒。X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线能量色谱仪(EDS)结果表明,In和Ga已固溶到ZnO晶格中。扫描电子显微镜(SEM)结果表明, ZnO纳米棒具有良好的c轴取向性,随着In和Ga共掺杂浓度的增加,纳米棒的直径减小,密度增加。XRD结果表明,In和Ga共掺杂引起ZnO晶格常数增大,导致(002)衍射峰向低角度方向偏移。同时,ZnO的光学性质受到In和Ga共掺杂的影响。与纯ZnO相比, 共掺杂ZnO纳米棒的紫外发射峰都出现轻微红移,这是表面共振和带隙重整效应综合作用的结果。I-V特性曲线表明,随着In和Ga共掺杂浓度的增加,n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结具有更好的导电性。