金属玻璃的断裂机理与其断裂韧度的关系

本文选取了三种不同断裂韧度值的金属玻璃Zr41.25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5,Ce68Al10Cu20Co2和Fe41Co7Cr15Mo14Y2C15B6,通过压缩实验测量了它们的应力-应变关系;样品断裂以后观察了其断口形貌,发现这三种金属玻璃具有不同的断裂模式.经过对这三种金属玻璃做缺口三点弯曲实验,利用数字散斑技术研究了缺口前端应变集中方向弹性应变场的演化过程.根据金属玻璃的屈服准则,阐述了不同断裂韧度值的金属玻璃的断裂机理.     

烧结钕铁硼的层裂强度及断裂机理

利用一级气体炮对烧结钕铁硼(Nd-Fe-B)永磁材料进行平板撞击实验,实现一维应变下的层裂;采用激光干涉测速技术,测量样品自由面粒子速度历史,确定了冲击压缩后层裂强度与加载应力的关系。结果表明:加载应力在0.375～2.512 GPa范围内时,层裂强度随着加载应力的增加先增加后减小,存在一个阈值,当加载应力超过该阈值时,材料发生压缩损伤,层裂强度随之减小。通过扫描电子显微镜观察样品断口形貌,发现在冲击载荷下烧结钕铁硼出现明显的穿晶断裂。     

光致温度场光镊：原理及生物医学应用

面向生物粒子操控方法的研究,在生物医学和生命科学等领域具有重要意义。光镊操控具有无接触与高精度的特点,已被广泛应用于多个领域的研究中。然而,传统光镊的光热效应以及衍射极限都制约着光镊在生物医学领域的更广泛应用和发展。近十年来,研究者们将光热效应化劣势为优势,利用光与热的耦合效应实现了多种粒子的精确捕获及操控,即光致温度场光镊（OTFT）。由于此种新型光镊对光能的利用率极高,能量密度低于传统光镊近3个数量级,并可实现颗粒的大范围操控,极大地拓展了光镊可操控粒子的种类,已经成为纳米技术以及生命科学领域的重要研究工具。温度场光镊仍面临诸多问题,例如对于颗粒界面调控的依赖性以及三维捕获受限等,尤其是在生物光子学的研究中,还需要进一步发展和优化。本文对光致温度场光镊操控基本原理及其在生物医学中的应用两个方面进行了系统阐述,并对其今后的发展与挑战进行了展望。     

矩形微管内摩擦阻力特性的实验研究

以极性液体蒸馏水、无水乙醇及非极性液体R113作为实验工质,流过水力直径为231.91μm、250.88μm、297.14pm和210.89 pm,相应高宽比分别为0.90、0.70、0.90和0.42的由晶体生长方法得到的矩形紫铜微管,其相对粗糙度分别为1.47%、1.59%、1.48%和1.45%,测量其进出口压降与流量,从而获得摩擦阻力系数f与雷诺数Re的关系.实验结果表明:微管内流体的极性对微管流动阻力特性没有影响;同时实验结果显示对于粗糙度小于2%的矩形紫铜微管,其内壁面粗糙度对其流动阻力特性影响较小.当Re小于1600时,所有微管内的流动阻力特性与经典层流预测值几乎一致;而对于高宽比较小的矩形紫铜微管,当Re超过1600～1700时,微管的,值明显偏离经典层流预测值.     

考虑光镊效应的飞秒激光双光子加工线宽

采用自由基浓度起伏理论结合光镊集聚效应,理论研究了飞秒激光双光子加工的线宽问题。根据双光子光聚合过程中自由基浓度随时间变化的关系,考虑光镊效应对自由基分布范围的影响,得到了飞秒激光双光子加工线宽的表达式。研究了线宽随扫描速度与激光功率的变化关系,并讨论了不同光引发剂对线宽的影响。得到了以自由基浓度起伏为基础,并考虑光镊效应的双光子加工线宽表达式,该结果与实验结果相符。研究结果为飞秒激光双光子加工的研究提供了新的思路,为光镊集聚效应对线宽影响的实验研究提供了理论依据。     

光镊力影响因素的计算分析

运用基于T矩阵算法的开源光镊计算工具包对可能影响光镊力的微粒尺寸、相对折射率以及光束模式进行了研究,计算结果表明,这三方面因素都会对光镊力产生显著影响,微粒直径与波长相等、相对折射率尽可能大时选择恰当的光束模式能够产生最佳的光镊捕获效果.     

微管壁上量子信息的传递

微管管壁上的原丝纤维可以描述成各项异性的二维赝自旋模型,其最小重复单元是三角形状的。在这个模型中存在三种不同的“自旋-自旋”相互作用。而每一维上的自由电子可以看作是赝自旋模型。那么,微管壁上的量子信息传递就可以用Lylod提出的激光控制量子计算的模型来解释。Microtubule （MT） is described as an anisotropic two-dimensional pseudo-spin model on a triangular lattice, in which there are three different ＂spin-spin＂ interactions. The mobile electron in each lattice site is described based on the pseudo-spin model. Then, the processing of quantum information in the MT wall is presented by virtue of the scheme of driving quantum computer in sequence of laser pulse developed by Lloyd.     

基于光纤光镊的粒子捕获与操纵

光镊技术利用光的力学特性实现对微纳尺度物体的操纵,是研究自然科学中微观物质的重要技术手段.光纤光镊因其结构紧凑、便于集成、操作灵活、适用范围广等优点,成为广泛应用于光学捕获和光学操纵的工具.本文综述了近年来光纤光镊在微观粒子光学操纵方面的研究进展,以单模光纤、多芯光纤、环形芯光纤、同轴双波导光纤为例介绍了光纤光镊对目标...     

Generation of Circular Optical Vortex Array

We report on a novel optical vortex array named circular optical vortex array, which is generated by the superposition of two concentric perfect optical vortices. The circular optical vortex array has a constant topological charge of +1 or ?1, the number and sign of which are determined by the topological charges of the two perfect optical vortices. Moreover, the radius of the circular optical vortex array is easily adjusted by using the cone angle of an axicon. Furthermore, the circular optical vortex array and multiple circular optical vortex array can be rotated by changing the initial phase difference of the perfect optical vortices on demand. This work demonstrates a complex structured optical field, which is of significance for applications such as optical tweezers, micro‐particle manipulation, and optical imaging.     

Digital Assembly of Colloidal Particles for Nanoscale Manufacturing

From unravelling the most fundamental phenomena to enabling applications that impact our everyday lives, the nanoscale world holds great promise for science, technology, and medicine. However, the extent of its practical realization relies on manufacturing at the nanoscale. Among the various nanomanufacturing approaches being investigated, the bottom‐up approach involving assembly of colloidal nanoparticles as building blocks is promising. Compared to a top‐down lithographic approach, particle assembly exhibits advantages such as smaller feature size, finer control of chemical composition, less defects, lower material wastage, and higher scalability. The capability to assemble colloidal particles one by one or “digitally” has been heavily sought as it mimics the natural method of making matter and enables construction of nanomaterials with sophisticated architectures. An insight into the tools and techniques for digital assembly of particles, including their working mechanisms and demonstrated particle assemblies, is provided. Examples of nanomaterials and nanodevices are presented to demonstrate the strength of digital assembly in nanomanufacturing.     

双光子聚合多次快速扫描机制与小线宽研究

采用自由基浓度起伏理论并考虑光镊集聚效应,理论研究了飞秒激光双光子聚合多次快速扫描的线宽问题。根据双光子光聚合过程中自由基浓度随时间变化的关系,考虑光镊力及自由扩散效应对自由基分布的影响,得到了多次快速扫描加工线宽的表达式。研究了多次扫描过程中产生自由基浓度随扫描次数的变化、双光子聚合加工不同扫描次数下加工线宽随激光功率的变化、多次扫描过程中间隔时间对于加工线宽的影响。多次扫描的线宽表达式可以直接回归至单次扫描的一般公式,且理论结果与文献中实验加工线宽相吻合,两者误差在2%。控制扫描间隔时间,减少自由基的向外扩散运动以及被树脂材料内大分子猝灭,使得活性自由基的分布更为集中,可以获得更小的加工线宽。研究结果为飞秒激光双光子更小线宽加工的研究提供了新的思路,为飞秒激光多次快速扫描加工提供了理论依据。     

有限远共轭显微镜光镊设计和误差分析

光镊是研究单分子生物物理特性的独特工具, 因而光镊设备的研发是一个极为重要的课题. 本文根据矩阵光学, 对基于有限远共轭显微镜的光镊操控光路进行计算, 得出了阱位径向操控和轴向操控方程, 并分析了光束调控系统、 共焦系统后置透镜和耦合透镜安装位置误差及物镜轴向位置调整对光镊阱位径向及轴向操控精度的影响. 计算结果显示, 当物镜初级像面和耦合透镜像方焦面完全重合, 光束调控系统和耦合透镜的距离误差对阱位径向和轴向操控精度没有影响. 光镊系统元器件定位不准时, 基于无限远共轭显微镜光镊的阱位径向操控误差和轴向操控误差都小于基于有限远共轭显微镜光镊的阱位径向操控误差和轴向操控误差. 当光镊耦合透镜定位误差控制在小于10 mm时, 基于有限远共轭显微镜光镊的径向和轴向操控误差分别小于5.9%和11.4%, 有限远共轭显微镜仍然存在改造为光镊的价值.本文理论为基于有限远共轭显微镜的光镊设计、改造和操控提供理论和实验指导. 关键词： 光镊 光学设计 矩阵 误差     

Photodestruction of Zinc Complexes of Tetrabenzoporphyrins in a Polymeric Matrix and Photosensitive Materials Based on Them

At room temperature, a highefficiency photochromogenic reaction of destruction of Zntetra(4tertbutylbenzo)porphin molecules in a polyvinylbutyral matrix has been revealed. The linear dependence of the photobleaching rate of porphyrin on the irradiation power density is indicative of a singlephoton character of the reaction. The influence of pyridine and ethyl iodide additives as well as of intermolecular oxygen on the photodissociation rate of pigment molecules has been investigated. The most probable mechanism of transformation of the porphyrin compound is its photodestruction involving free radicals. We suggest using the composition as a photosensitive material, and we have determined its photosensitivity experimentally (S = 0.4·10³ cm²/J).     

弹性微管内气泡的非线性受迫振动

将弹性管壁视为膜弹性结构, 探索在外部声场作用下弹性微管内液柱-气泡-管壁构成耦合振动系统的非线性特征. 利用逐级近似法对系统非线性共振频率、基频和三倍频振动幅值响应、 分频激励共振机理等进行了理论分析. 基频和三倍频振动的幅-频响应数值结果表明: 气泡的轴向共振和管壁共振不能同时出现; 两垂直方向的振动均表现出幅值响应多值性, 进而可能引起系统的不稳定声响应; 三倍频振动在低频区的声响应强于高频区. 关键词： 弹性微管 受迫振动 非线性振动 气泡声响应     

光捕获和光操控研究进展

光捕获和光操控是一种通过光镊、倏逝波、光泳或光热等对微纳尺度颗粒、生物大分子和细胞等微小物体进行非接触、无损伤捕获和操控的方法和技术.详细归纳和总结了国际上在光捕获和光操控方面的研究进展和最新动态,分析了其今后的研究发展方向.     

双层介质球体所受光作用力的分析与计算

计算了双层介质球体的光作用力.结果表明,双层结构内外层相对折秧经和相对厚度的变化都将影响光作用力的大小.特别是当内层折射率大于外层折射率时,减小内层半径可得到一较小区域,在此区域光镊系统刚度将得到有效提高,可实现对双层介质球体的稳定束缚;而当内层折射率小于外层折射率时,随内层半径的减小,介质小球可能有两个稳定平衡点出现.