碳纳米管在水处理材料领域的应用*

碳纳米管是国内外广泛关注的一类碳材料,近年来逐渐成为水处理材料领域的一个研究热点。本文就碳纳米管在水处理材料领域应用研究进展作综合论述,介绍了基于碳纳米管水处理材料改性和制备方法,总结了碳纳米管用于水处理吸附材料、光催化降解复合材料、吸附材料载体以及湿式氧化催化剂载体等方面的研究进展,分析了碳纳米管作为吸附材料、吸附材料/催化材料载体以及碳纳米管用于光催化降解复合材料的原理。     

大气湍流像差散焦和像散与高斯涡旋光束焦面光强

分别研究了构成大气湍流波像差中的散焦和像散两个低阶像差对高斯涡旋激光束传输和成像的影响.采用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分理论和大气湍流波相位结构函数的平方近似研究了聚焦高斯涡旋光束在大气湍流中散焦和像散影响下焦面光强的分布特性.导出了斜程传输条件下接收面上平均光强分布的积分表达式,并采用数值模拟方法研究湍流强度、传输距离和拓扑电荷对焦面光强的调制规律.结果表明:在弱湍流起伏区域,散焦和像散两类像差对高斯涡旋光束的光强分布影响都很小,可以忽略;在中等湍流区域,随着光束传输距离和湍流强度的增加,两类像差都导致高斯涡旋光束的光强峰值降低、束径扩展、中心暗斑扩大.当单拓扑电荷高斯涡旋光束传输时,在同等传输条件下,像散导致的光强峰值降低比散焦更严重,主亮斑区域外的次级亮环强度更大,光斑和中心暗斑扩展更明显.与单拓扑电荷光束相比较,散焦和像散导致双拓扑电荷光束的扩展更加明显,中心光斑更大,亮环区域外的次级亮环更明显;但是,由于光的相干性的降低和光束的偏折效应,像散导致光束中心的暗斑变为次级亮斑.     

基于传递函数的超稳激光器光学参考腔热仿真研究

当采用Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术将激光频率锁定在Fabry-Pérot(FP)腔时,激光的频率稳定性完全取决于FP腔的腔长稳定性,而外界环境的温度波动是参考腔腔长稳定性的重要影响因素之一。以典型的FP参考腔真空系统为研究对象,着眼于参考腔对外界温度变化的响应情况,通过理论分析推导出FP参考腔温度与外界温度的传递函数关系,并基于参考腔的温度敏感度曲线,给出参考腔温度敏感度的近似计算公式。数值计算结果证明了传递函数关系的正确性,敏感度近似计算公式的结果虽与理论值存在一定误差,但具有形式简单、参数直观、计算方便等特点,对超稳激光系统设计具有重要的指导意义。     

基于连续-非连续单元方法的露天矿三维台阶爆破全过程数值模拟

爆破开采是露天矿采选总成本控制的首要环节，数值模拟是进行露天矿爆破开采优化设计及爆破效果分析的有效手段。利用连续-非连续单元方法（continuum-discontinuum element method，CDEM）对露天矿的三维台阶爆破过程进行了模拟，通过朗道爆炸模型实现了爆炸作用力的精确计算，通过弹性-损伤-断裂本构实现了岩体损伤破裂过程的描述，通过半弹簧-目标面及半棱-目标棱的联合接触算法实现了破碎岩块碰撞、飞散及堆积过程的高效模拟。开展了小尺度单自由面爆破过程的数值模拟，计算给出的块度分布曲线、爆破漏斗体积等参数与文献中模型实验的结果基本一致，证明了CDEM及本文所述各类模型在模拟爆炸破岩方面的精确性。以鞍千矿南采区的露天铁矿爆破开采为研究对象，建立了3排21炮孔的三维台阶爆破概化模型，模拟了从炸药起爆、岩体损伤破裂到最后爆堆形成的全过程；计算结果表明，除后缘拉裂槽外，数值计算给出的爆堆形态、顶部鼓起高度等与现场的测试结果基本一致，证明了利用CDEM开展三维露天台阶爆破全过程模拟的可行性。     

偏振光学系统中相位延迟机理及其应用

为了实现偏振编码的自由空间量子密钥分发实验,研制了偏振保持的光机系统,并对该系统所采用的相位延迟传输机理及应用进行了研究,建立了偏振误码率在允许范围内的量子链路.首先,采用矩阵光学理论对偏振光的方位角、相位延迟与消光比的关系进行了介绍.接着,通过矩阵光学理论及实验验证了偏振光学系统的相位延迟线性叠加原理.然后,在相位延迟线性叠加原理的基础上,设计了一套偏振保持光学系统,并通过理论分析及实验验证了此系统具备良好的偏振保持效果.最后,将偏振保持光学系统的设计机理应用于量子通信光机系统的设计之中,并取得了良好的设计效果.实验结果表明:相位之间的相互抵消可以有效地进行偏振保持设计,最终设计的量子通信光机系统的偏振消光比优于500∶1.满足了自由空间量子通信实验中对偏振误码率的要求.     

无人机载小型多光谱成像仪的设计

多光谱成像仪足一种有效的对地观测工具,航空机载多光谱成像仪在遥感领域得到广泛的应用。介绍一种新的小型多光谱成像仪的设计,以小型化、轻量化研究为特点,使其与小型无人飞机精密结合,成为一种灵活机动的海洋监测工具,将在海洋污染、赤潮发现、原油泄漏等重大事件临测上发挥作用。     

超连续光谱细胞无损伤非侵入式检测技术的研究

中国在庞大的人口基数下拥有丰富的遗传资源,这些资源可能被国外非法掠夺以获取利益,非法掠夺的过程揭示可能存在一些安全隐患,例如传染疾病的扩散等。如何加强对中国公民遗传资源的保护,促进国际间正常合法的信息共享和科研合作已成为生物安全的新问题。为加强人体细胞及其制品等特殊生物物品出入境管理,防止遗传资源流失和有害物品传入,促进各个国家间医学科学研究及国际交流与合作,提出一种非侵入、快速安全的细胞光谱鉴别技术。简述了细胞超连续光谱的物理化学机制,讨论了细胞浓度对超连续光谱的影响,实现了无损伤、非侵入式探测提取生物细胞超连续特征光谱。实验发现细胞超连续特征光谱主要集中在500~700 nm的可见区域。实验中的细胞样本均为单独培养,因此各个样本间互不影响,不存在平行样本的问题;实验对象为293T细胞、HCC827细胞以及HT29细胞,3类细胞的培养基均为PBS溶液,每类细胞拥有3种浓度（5×105,5×106和5×107 cells·mL-1）且每种浓度下独立培养3个样本,一共获取27个独立细胞样本。实验测试了24个细胞样本的超连续光谱并以此建立预测模型,另有3个样本作为未知样本进行模型预判。使用主成分分析法对测试样本的原始数据进行降维和聚类,并对降维后的数据通过支持向量机回归法进行分类;训练集的均方根误差RMSE=0.097 2,R2=0.995 1,验证集的均方根误差为RMSE=0.097 2,R2=0.931 4。研究发现细胞浓度影响超连续特征光谱的提取,在建立模型时,考虑到该技术应用的普适性以及实验样本浓度参数有限,未考虑细胞浓度对预判模型识别率的影响。后期若以某一浓度阈值作为细胞检测的浓度起点,该模型的识别率将会更准确、科学。在可控的实验条件下,超连续光谱可以应用于生物细胞无损伤、非侵入式的鉴别。     

高浓度高Alb含量聚合氯化铝的制备及其水解行为研究

高浓度高Alb含量聚合氯化铝的制备及其相关性质研究一直是国内外学者研究的热点和前沿问题.本文首先采用化学法合成出AlT=0.2 mol·L-1,Alb高于85%的低浓度高Alb含量的聚合氯化铝,并在热侧温度55℃,冷侧温度20℃条件下进行膜蒸馏浓缩,首次成功地制备出总铝浓度AlT=2.52mol·L-1,Alb含量高达88%的高浓度高Alb含量的聚合氯化铝溶液.其次,对两种高Alb含量的低浓度和高浓度的聚合氯化铝新产品进行了水解特性研究,分别考察了稀释倍数、pH和稀释时间等因素对溶液中聚铝形态分布的影响.结果表明,稀释刚一开始时,Alb下降比较明显,但随着稀释倍数的增大,Alb含量降低较为缓慢,但在整个稀释过程中Alb含量仍能保持在70%以上;溶液的pH在碱性范围内对聚铝形态有一定影响,在碱性范围内,随着pH的增加,Alb含量逐渐增加,Alb、Alc含量逐渐减少,在酸性和中性较宽的范围内能够保持较高的Alb含量和较低的Alb含量;稀释时间对铝形态的影响较小,Alb聚合形态能够保持较长时间的稳定性.实验结果表明我们所制备的高浓度高Alb含量聚合氯化铝具有相当的化学稳定性.