基于可见光谱的古代壁画颜料无损鉴别方法

矿物颜料是古代壁画显色的物质基础,其可见光谱反映自身物质和物理属性。不同颜料对可见光吸收特性的差异导致光谱曲线形状不同,同一种颜料因粒径等级差异引起光谱曲线幅值的规律性变化。依据矿物颜料上述特性,提出一种基于可见光谱的古代壁画颜料无损鉴别方法,通过光谱归一化方法实现不同粒径等级的同一颜料光谱曲线叠合,去除颜料粒径等级对光谱曲线幅值变化的影响,然后提取表征光谱曲线在各波段增减性和凹凸性的一阶与二阶导数特征,与光谱曲线组合得到颜料物质属性鉴别的光谱组合特征空间,以光谱角和欧式距离为基础构建评价指标,计算待鉴别颜料与数据库参考样本在光谱特征空间中的匹配误差(ME),实现颜料物质属性的鉴别。通过构建矿物颜料平均粒径大小和光谱反射率均值之间关系函数,实现颜料平均粒径大小的鉴别。基于构建的古代壁画常用颜料光谱数据库,以莫高窟壁画为对象,通过非接触式原位无损测量方法测量获得壁画颜料的可见光谱数据,对本文方法进行了验证,并以石绿和青金石颜料的鉴别结果为例,对古代壁画颜料使用技法、不同朝代颜料使用的差异性及原因进行了探讨。该方法将为更加全面深入研究和保护古代壁画提供有效的理论与方法支撑。     

多晶硅表面陷阱坑形貌对表面光反射率的影响

利用光学傅里叶变换研究多晶硅绒面微结构形貌与反射率之间的关系。理论分析表明:多晶硅绒面反射率与表面微结构形貌、单位面积上陷阱坑数量有关。如绒面由V字型槽或坑构成,则绒面反射率比较高;如多晶硅表面上密集布满U字形坑或槽、内表面绒面化,这种结构构成的绒面反射率低。实验上用不同比例的酸液刻蚀多晶体表面,用扫描电镜(SEM)观察多晶硅表面SEM图,测量了其表面反射率,分析表面结构形貌与反射率的关系。实验结果与理论分析相吻合。     

熔融光纤器件熔锥区的形貌和微观结构研究

熔锥型光纤器件的光学性能由熔锥区的微观结构和形貌决定,而微观结构和形貌又由工艺条件决定。为了分析工艺条件对微观结构与形貌的影响机理及规律,以不同拉锥速度制作的耦合器为测试样,用显微红外光谱仪测试了其熔区和锥区的波数,用扫描电子显微镜观察了其相应点的表面形貌。经多次实验发现:在1100 cm-1和810 cm-1左右有两个明显的特征峰;1100 cm-1特征峰在锥区的波数最高,熔区次之,裸光纤最小;且随着拉锥速度的增大,1100 cm-1特征峰移向高波数。在光纤耦合器的锥区,存在微裂纹,随着拉锥速度增大,微裂纹越明显;在光纤耦合器的熔区,光纤表面析出了微小晶粒,且拉锥速度越小,晶粒越粗大。只有在适当的拉锥速度下(这里为150μm/s),熔区和锥区的结构与裸光纤的微观结构接近,且缺陷最少,才能获得较高质量的光纤耦合器。     

表面钝化对多晶硅绒面形貌的影响

多晶硅表面制绒技术是太阳能光伏产业亟待突破的一个关键技术.本文根据多晶硅强酸制绒的基本原理,提出了表面活性剂钝化多晶硅表面以降低硅原子与酸反应速度从而改善多晶硅绒面形貌的方法.实验研究了不同含量的添加剂对酸液刻蚀多晶硅绒面形貌的影响,用扫描电镜观察对应的绒面结构,用积分反射仪测量其绒面的表面反射率.实验结果表明:加入活性剂后酸液能使多晶硅表面陷阱坑分布更加均匀,并且能有效消除产生漏电流的缺陷性深沟槽,样品表面反射率比较低,其表面反射率降低到21.5%.与传统酸液腐蚀的多晶硅绒面结构相比,陷阱坑密度明显增加,这种方法在多晶硅太阳电池的生产中是有价值的.     

动态光散射和透射电镜法研究pH和NaCl对 丝胶蛋白微观结构的影响

应用近红外光谱法、动态光散射法及透射电镜扫描法,研究了pH和NaCl浓度对丝胶蛋白聚集微观结构的影响。近红外光谱显示丝胶蛋白在酰氨Ⅰ带1 700～1 600 cm-1附近有较强吸收峰。通过zeta电势法测定丝胶蛋白的表观等电点为pH 3.7。应用动态光散射法测定了在不同pH和NaCl浓度下丝胶蛋白颗粒的分散粒径,pH 4及高NaCl浓度时,丝胶蛋白聚集颗粒粒径大且分散系数大;pH 3或pH 8及低NaCl浓度时丝胶蛋白聚集颗粒粒径和分散系数相对较小。采用透射扫描电镜观察丝胶蛋白在pH 3或pH 8条件下聚集形成松散的松针状微观结构,在pH 4或者高NaCl浓度下会聚集形成相对紧密的微观结构。pH 4时可以观察到丝胶蛋白的椭圆形单聚体大小约为(60±6)nm(n=10)。并探讨了静电斥力、氢键和范德华吸引力对丝胶蛋白微观结构形成的影响,为丝胶蛋白作为生物材料的应用提供了理论依据。     

纳米银的形貌对VB_2和YDDS表面增强拉曼散射的影响

研究了 VB2 和 YDDS吸附在四种不同形状和线度的纳米银上的拉曼光谱 ,纳米银的形状和线度对同一和不同吸附分子的表面增强拉曼散射均有不同的影响。     

固体表面不同微观形貌对冷凝过程的影响

固壁表面发生的冷凝过程广泛存在于工程领域中,具有重要的研究意义.本文采用分子动力学模拟方法,对氩气在光滑/粗糙铂金属壁面的冷凝过程进行了研究,观察了近壁面区内液体的层状和网状密度分布特征及固液界面处的温度跳跃现象,前者是由固体表面作用势所致,后者则是分子热运动在微尺度固液界面区域所呈现的特殊现象.通过对不同工况模拟结果及系统内传热传质特性的分析发现,随着壁面凸起高度的增加,流固接触面积增大,接触热阻减小,换热效果得到了强化;凝结过程换热量随凸起高度的增加呈增长趋势;热量传递过程中,相变潜热量始终占总传热量的60%左右.     

高光谱激光雷达植被叶片方向反射特性及对叶绿素反演的影响

不同于传统被动光学传感器,高光谱激光雷达发射主动式全波段高斯脉冲激光,和植被叶片表面相互作用后,不同波段后向散射强度返回至接收器并被记录下来。以往的高光谱激光雷达植被叶片反射特性研究只聚焦于零度角入射的情况,对多入射角方向反射光谱特性以及方向反射特性对叶片叶绿素含量估算带来的误差尚未进行过深入研究。利用实验室研发的32波段高光谱激光雷达获取了不同入射角下的植被叶片反射光谱,对高信噪比波段下植被叶片的复杂方向反射特性进行了深入分析,随后选择光谱指数研究了高光谱激光雷达测量条件下植被方向反射特性对叶绿素含量反演的影响。结果表明,(1)高光谱激光雷达植被叶片回波强度随入射角增大逐渐降低,但二向反射率因子并不逐渐减小,在可见光和近红外波段,二向反射率因子随入射角增大分别呈现出两种不同形状特征,可见光波段反射率因子最大值出现在0°～10°,近红外波段最大值出现在60°,反射率因子最小值均出现在45°处,最大和最小反射率因子间可差0.1左右,可见光和近红外波段10°～60°内二向反射率因子均呈现先减小后增大的趋势;(2)通过对不同入射角下光谱指数与叶绿素含量的回归分析发现,方向反射特性对反演精度有...     

相态对冰水混合云微观特性反演的影响研究

当云层的温度在－40℃~0℃之间时, 云层中会存在冰和水两种相态的云滴, 其散射特性与纯水云以及纯冰云特性有较大差异, 因此遥感反演混合相云层的微观和宏观物理特性具有重要的意义。本文采用冰水双层球模型模拟了冰水混合云中的云滴, 利用Mie理论计算了纯水、纯冰和冰水颗粒的单次散射特性, 分析了单次散射相函数, 不对称因子, 单次散射反照率等随着有效半径、相态、内外半径比等的变化特性。利用离散纵标法(DISORT)计算了水云和冰云对0.75 μm、2.16 μm和3.3 μm的双向反射函数, 讨论了利用纯水滴和纯冰滴反演冰水混合云滴的误差。分析结果表明, 利用0.75 μm和2.16 μm的太阳光反演冰水混合云的光学厚度和有效半径时, 光学厚度误差较大, 有效半径误差较小; 结合0.75 μm和3.3 μm的太阳光反演冰水混合云的光学厚度和有效半径时, 光学厚度误差较小, 有效半径误差较大, 其会高估其有效半径; 另外结合0.75 μm和3.3 μm这两个波长的反射函数反演冰水云的冰水混合比更为有效。     

照明光源及纸张色彩对传统书法作品展陈喜好的影响

书法是中国传统文化独有的文字艺术表现形式。书法作品的展陈喜好,其实质为色彩组合喜好中的色彩图形喜好问题。本研究针对现阶段书法作品展陈方式在颜色科学层面缺乏合理依据的问题,以主客观实验为基础,就照明光源及纸张色彩对传统书法展陈喜好的影响进行了分析与讨论。研究首先通过相关色温2 500, 3 500, 4 500, 5 500和6 500 K共五种典型LED照明光源相对光谱功率分布以及白色、黄白、浅白、红色、橙色共五种典型书法纸张光谱反射率信息的测量,获取光源及纸张色彩原始信息,并分别将其转换至CIEXYZ以及CIECAM02颜色空间。随后,将光源及纸张色彩属性与基于40名观察者心理物理学实验的1 000组书法展陈喜好数据进行关联性分析,进而从相关性分析、多元回归分析以及正态分布分析等多个统计学角度对传统书法作品展陈喜好的影响因素进行讨论。实验结果显示,传统书法作品展陈照明喜好与普通场景色彩喜好相比具有显著的特殊性,其喜好程度与明度对比、色相对比等色彩属性相关性较低,而主要受光源因素的影响。本研究的开展,将为当前传统书法作品的展陈照明工作提供有效的理论与方法参考,对于当前博物馆及美术馆的光源设计工作具有一定的指导意义。     

醋酸乙烯酯-二乙烯苯(VAc-DVB)共聚物微球表面功能化反应的红外光谱研究

利用FTIR和漫反射－傅里叶变换红外（DR－FTIR）方法对醋酸乙烯酯（VAc)-二乙烯苯（DVB）共聚微球表面功能化反应进行了研究。结果表明,DR－FTIR光谱比透射FTIR光谱能够获得更多的微球表面信息。     

4-(4-叔丁基苯氧基)-钒氧酞菁薄膜的拉曼散射及其表面形貌网络同步性

利用溶液浇铸法,将4-(4-叔丁基苯氧基)-钒氧酞菁(44VOPc)分别沉积在石英和纳米磷化镓(nano-GaP)薄膜表面,制备44VOPc薄膜和nano-GaP/44VOPc复合薄膜。拉曼光谱分析结果表明,在完全相同的光散射测试条件下,44VOPc薄膜的光散射强度普遍高于nano-GaP/44VOPc复合薄膜。应用复杂网络动力学理论,通过构建薄膜表面形貌复杂网络,对2种薄膜拉曼散射强度之间的差异进行对比分析。表面形貌复杂网络的节点可以视为分子的集合体,而每一个节点又可以作为一个振子。由复杂网络同步性原理可知,振子之间在耦合振动过程中的同步性越好,对应系统的拉曼散射强度越大。     

正交偏振法消除生物组织表面反射光的研究

应用光谱方法测量生物组织成分时, 信号的拾取一般有两种方法：透射法和反射法。其中,根据光纤测头与生物组织接触与否,反射法分为接触和非接触两种形式。接触测量时, 只有携带了组织信息的深层反射光进入测头, 但接触测量中压力、温度等变化会导致测量条件的变化,进而影响光谱数据的稳定性;非接触测量时, 虽然克服了接触压力、测头温度等对测量的干扰,却会导致不携带光与组织相互作用信息的表面反射光进入测头,由于表面反射光强度高且集中,将会影响检测器的动态范围。因此非接触测量的最大问题是如何有效地消除生物组织表面反射光的影响。针对非接触测量中生物组织表面反射光的消除方法进行了系统研究, 对课题组之前提出的正交偏振法进行了理论和实验分析。首先,以不同被测物为对象,研究了表面反射光的偏振态,结果表明表面反射光的偏振度与表面粗糙度密切相关,表面粗糙程度越小,偏振度越高,由此推断出,经表面光滑的Intralipid溶液反射后的表面反射光具有保偏特性;然后,以Intralipid-20%溶液为被测对象,对正交偏振法消除表面反射光的效果进行了研究,实验结果显示正交偏振法可以消除97%以上的表面反射光;最后,比较分析单波长下不同源探距离处的接触和非接触式光谱测量曲线,二者高度重合,这一现象进一步说明了正交偏振法消除表面反射光的有效性。该研究通过评价正交偏振法消除组织表面反射光的能力,旨在消除接触式漫反射光谱检测中测量条件变化对测量的影响,以期推动近红外无创光谱检测技术的进一步发展。     

FTIR研究热处理对RIM PUU的形态及力学性能的影响

将PUU(聚氨酯脲)样品薄膜放入FTIR恒温池内进行原位扫描。FTIR红外谱图的结果表明,在一定温度下,随着热处理时间的延长,氢键化的脲键的吸收逐渐增加,达到一定时间后,吸收变化甚微。在热处理过程中,有序氢键化脲键基团吸收的变化率(反映微相分离动力学)随着温度的提高而增加。PUU材料在热处理之前,羰基振动区内游离的氨酯键、无序氢键化的氨酯键、有序氢键化氨酯键、无序的氢键化脲键和有序的氢键化脲键等多种羰基并存,热处理后仅存游离的氨酯键、氢键化的氨酯键及有序的脲键3种吸收谱带。在100℃下,热处理时间(超过8h)越长,力学性能越差。而在相同的热处理时间(8h)内,热处理温度在100℃,PUU弹性体具有较好的综合力学性能。     

古化石与陨石的元素对比分析

古化石是古代的动植物经过漫长地质时期和地质作用形成的化石,它是地球历史的鉴证,记载着地球生态环境演变的信息;长时间遨游于太阳系中的陨石,经过宇宙间的核反应和大气的磨蚀,形成了独特的纹理与造型,记载着外太空形成演化的原始信息。古化石成分的分析是研究地球生物起源和进化的科学依据;而陨石是大自然馈赠的来自外太空的岩石样品,极为珍贵和稀少,对陨石成分的分析可以为我国外星球探测和天体化学的发展提供更好的基础。对样品的溶解方法进行选择和优化,最终以硝酸、氢氟酸、高氯酸为混合试剂,采用微波消解法溶解古化石样品;以王水、硝酸、氢氟酸、高氯酸为混合试剂,采用微波消解与湿法消解相结合溶解陨石样品,应用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定了3种古化石样品、3种陨石样品中多种元素的含量,并将古化石与陨石中相同元素的含量进行对比。分析结果表明,古化石和陨石中都含有Pb,Hg,Ge,Fe,Ni,Cu,Co和Mn等重金属元素,以及部分稀土元素。该方法加标回收率在98.2%~106%之间,相对标准偏差均小于2.12%。方法的灵敏度高,准确度和精密度好。     

GPC-LS联用法研究魔芋葡甘聚糖分子链形态

采用凝胶渗透色谱-激光光散射联用(GPC-LS)研究了经酶解后的魔芋葡甘聚糖(KGM)重均分子量(Mw)、均方根旋转半径(Rg)、构象指数(β)与温度的相关性,并结合KGM的特性粘度拟合酶解KGM的Mark-Houwink方程。结果显示:Rg与Mw表现出近似的正相关性,且Mw、Rg及β随温度升高而逐渐增大,酶解KGM的Mark-Houwink方程为[η]=5.9×10-1Mw0.562。     

基于表面生成法的粗糙基底上半透明涂层的光散射特性

针对光在半透明涂层和粗糙基底构成的两层粗糙面的散射过程,采用表面生成法,考虑入射遮蔽以及多次散射效应,构建表面散射的蒙特卡罗模型,得到粗糙基底上半透明涂层的反射光的能量分布,研究涂层厚度、表面粗糙度、入射光波长等对双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)的影响.结果表明,BRDF受表面的粗糙程度影响较大,其峰值随表面均方根斜率的增加线性递减;半透明涂层厚度影响BRDF峰值的大小,厚度为十分之一波长时,BRDF达最小值;近红外光入射时镜反射方向附近BRDF的局部分布曲线相对于可见光入射时有展宽趋势,且方向半球反射率相对于可见光入射时更大.     

利用拉曼光谱和电化学技术研究碱性条件下苯骈三氮唑对Co的缓蚀作用

本文将传统电化学方法和现场表面增强拉曼散射 (SERS)技术相结合 ,对碱性溶液中苯骈三氮唑对纯钴电极的缓蚀行为进行了研究。发现随着浸泡时间的延长 ,苯骈三氮唑、H2 O以及溶液中的溶解氧相互作用从而逐渐在Co电极表面形成致密的防腐层而达到缓蚀的效果。     

散射光谱的目标材质及比例反演研究

研究了基于散射光谱的点目标在远距离条件下表面材质及比例反演方法,旨在为空间碎片探测及预报提供数据参考。首先根据散射光谱的远距离目标探测物理模型,建立了基于散射光谱的目标参数反演物理模型,给出了基于最小二范数理论方法的目标表面材质及比例信息的反演算法,结合光源照射特性、目标材料表面光学反射特性、入射、反射及探测角等信息,利用双向反射分布函数(BRDF)的多级融合模型,表征复杂材料表面的光学反射特性,将BRDF中对应的面积量作为待反演参数,给出了目标表面材质及比例信息的反演算法;其次进行了实验验证,搭建了室内散射光谱探测及采集系统,进行了单一材质及多种材质不同比例的目标散射光谱探测及数据采集,经过对散射光谱数据进行预处理,截取有效波长范围为400～800 nm;结合理论分析及反演算法,对于四种材质组合的样品,进行了相同和不同比例组合的材质及比例反演,等比例反演结果最小误差为0.8%。最大误差为13.6%,平均误差为4.9%;不等比例反演结果最小误差为6%,最大误为12%,平均误差为9.25%;综合以上测试结果可以得出,反演平均误差最大为9.25%,考虑到入射光源稳定性有2.89%的误差,反...