石英晶体板非线性高频振动的拓展伽辽金法分析

针对考虑几何和材料非线性的石英晶体板厚度剪切振动和弯曲振动的方程组,利用扩展伽辽金法对该方程组进行转化和求解,分别获得了强烈耦合的厚度剪切振动模态和弯曲振动模态的频率响应关系,绘制了不同振幅比和不同驱动电压影响下的频率响应曲线图。数值计算结果表明可以选取石英晶片的最佳长厚比尺寸来避免两种模态的强烈耦合。驱动电压的变化将引起石英晶体谐振器厚度剪切振动频率的明显改变,必须将振动频率的漂移值控制在常用压电声波器件的允许值之内。扩展伽辽金法对石英晶体板非线性振动方程组的求解为非线性有限元分析和偏场效应分析奠定了基础。     

QEPAS系统中石英音叉模态仿真计算与研究

对石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)系统中常用的石英音叉进行了有限元模态计算，获得石英音叉前6阶振型与模态频率，认知了第4阶对称摆动振型为有效振动，利用单因素法分析了石英音叉的音臂长度l₁、音臂宽度w₁、音臂厚度t、音臂切角θ、音臂圆孔直径d及音臂圆孔高度h对低阶有效共振频率(Fre)的影响，敏感度依次为： l₁> w₁>d>θ>t>h，考虑实际设计情形，筛选出了l₁，w₁，d与h四个石英音叉设计变量，采用Box-Behnken实验设计方案与RSM(response surface methodology)方法，以Fre为函数目标，建立l₁，w₁，d与h的二次回归响应面模型，得到了参数之间的交互作用，利用Design-Expert软件对响应面模型进行设计参数反求，结果表明，在15 000 Hz≤Fre≤25 000 Hz计算区域内误差较小，基本满足QEPAS系统的计算需求，所提出的研究与设计方法具有一定通用性，可为QEPAS系统中石英音叉结构参数设计提供参考。     

紫外熔石英元件高精度低缺陷控形控性制造技术研究进展

传统的紫外熔石英元件加工方法本身会引入各类制造缺陷,需要后期加工来消除前期加工带来的缺陷,限制了熔石英元件的加工质量和加工效率。针对这些问题,课题组提出了采用磁流变、离子束、保形光顺和流体动压抛光等可控柔体加工技术提升熔石英元件的加工效果,并开展了相关研究。主要介绍了课题组在关键技术上取得的重要进展,包括亚纳米精度表面控形制造技术、纳米精度本征表面控性生成方法、熔石英元件高精度低缺陷组合工艺与设备等一系列关键技术。通过探讨关键技术及其发展现状,为未来紫外熔石英元件高精度低缺陷制造技术的发展提供参考。     

石英的顺磁中心在电子自旋共振测年中的特性及应用

沉积物的电子自旋共振测年是利用石英矿物中的顺磁中心浓度确定总辐射能量,进而推定石英矿物的埋藏年代。石英中可用于测年的顺磁中心包括E’心、Al心、Ti心和Ge心。E’心需要经过热活化后才能测年。Al心是一种电子空穴心,在低温下可观测到较强的信号值。光照可以使Al心漂白,但有残留值存在。Ti心、Ge心都是电子中心,Ti心在低温测试中可见,信号微弱。Ge心光晒退最敏感,在常温观测中可见。不同顺磁中心的形成机理不同导致它们具有不同的特性,适用于不同沉积环境中的样品测年,在冰碛物中Ge心测年更具有可行性。电子自旋共振测试时降低温度可使信号增强,Ti心在10 K和15 K时信号强度最大;Al心在20 K时信号最强。Ge心在200 K时信号明显增强。在电子自旋共振测年中可根据不同顺磁中心信号强度的变化调整测试温度获得信号的最优值。在以后的ESR测试中可以选取信号最强时的测试温度进行测试,以增强微弱信号的信噪比,有利于对复杂的信号形态的分辨确定,提高对信号强度定量的准确性。     

谐振调幅压电石英晶体分子键裂型传感仪的研制北大核心CSCD

基于谐振调幅激励压电石英晶体开发了一种分子键裂型传感仪。该传感系统通过数字信号发生器DDS 9854产生频率可调的正弦波,激励9.98 MHz的压电石英晶体,经信号放大滤波后得到谐振频率。通过数控技术调节激励电压实现谐振调幅,以增大石英晶振表面的剪切动量。当调幅到一定程度会导致分子间键断裂,通过调幅电压值测定分子键的强度,可在数分钟内得到晶体表面的结合质量和结合强度的信息。使用了谐振调幅压电石英晶体分子键裂型传感仪检测了不同粒径的氨基纳米磁珠与金电极之间的相互作用,由频率信号得到磁珠在金电极上的结合量。通过不同谐振调幅电压激励石英晶体以甩脱电极表面的磁珠,由激励电压得到不同粒径的氨基纳米磁珠与金电极间的键裂力为2±0.5 nN。本仪器的研制为传感分子间的相互作用提供了一种新技术,可快速检测鉴别键的强度。     

基于糖和苯硼酸动态共价键的高效蛋白质表面修饰方法

糖和蛋白质的相互作用参与了很多重要的生命过程.研究糖和蛋白质的相互作用有多种手段,石英晶体微天平(QCM)是其中重要的一种.研究中常需要将蛋白质通过共价键连接在天平芯片的表面.但是,用于检测糖分子的蛋白质多为植物凝集素,它们的分子量大,表面可修饰位点少,通过共价键修饰在芯片表面的效率偏低.本文提出一种基于糖和苯硼酸之间动态共价键的新修饰方法,能够大幅度提高蛋白质在芯片表面的修饰效率.     

波长校准用低压石英汞灯驱动电源的研制

研制波长校准用低压石英汞灯电源,用于驱动汞灯起辉并维持稳态发光。电路由EMI滤波电路、桥式整流电路、LCC半桥谐振逆变电路、控制电路和保护电路5部分组成。采用系统建模与仿真验证电路的可行性并计算电路参数理论值,利用示波器和功率表验证电源输出参数,功率输出稳定性不大于0.03 W。根据紫外可见近红外分光光度计国防最高计量标准对研制的电源驱动汞灯的工作效果进行评价。结果表明,汞灯能够输出系列特征谱线,谱线相对强度稳定性不大于5.16%;汞灯工作3 h后,灯管外壳表面温度为43℃。该驱动电源的性能参数满足JJG112–2015《低压石英汞灯波长标准器检定规程》的要求。     

基于壁面反射增强模型的熔石英刻蚀形貌形成机理研究

大气等离子体刻蚀是一种非接触式、材料去除可控的加工方法,在光学元件的高精度加工中具有广泛的应用前景。但是大气等离子体刻蚀后元件存在表面形貌恶化的问题,严重影响元件的性能和使用寿命。进行氢氟酸刻蚀实验,证明了元件表面形貌的恶化是由氟碳化合物和表面凹坑微结构两个原因引起的。为了解释表面凹坑微结构的形成,提出基于micro-mask壁面反射增强理论的凹坑形成模型,并开展了样品表面旋涂金纳米颗粒充当micro-mask的刻蚀实验。实验结果验证了micro-mask壁面反射增强模型的正确性,为解决大气等离子体刻蚀后元件表面形貌恶化问题提供了新的思路和方法。     

石英晶体多路微天平等效电路和相关实验研究

从AT切的石英晶体等效电路出发，利用电路理论推导单片石英晶体上耦合电极的相互影响，相互耦合作用用复电阻描述，然后通过实验观察复电阻的频率特性，分析其具体的形式，同时通过实验初步观察了MQCM(multi-channel quartz crystal microbalance)对石英片谐振频率的影响，以及不同电极尺寸对耦合的影响。