基于Er3+：YAlO3/TiO2的可见光催化降解室内甲醛

为使TiO2能够在可见光下发挥其于紫外激发的高光催化活性降解室内甲醛,采用水热处理法将TiO2与掺杂稀土离子Er3+的上转换发光剂Er3+∶YAlO3结合,制备具有可见光响应的Er3+∶YAlO3/TiO2光催化剂,并对其进行了表征分析。结果表明,TiO2以锐钛矿为主,且Er3+∶YAlO3可有效地将可见光上转换至可激发TiO2的紫外光。在箱式反应器中进行光催化降解气态甲醛,研究了甲醛初始浓度与催化剂用量对甲醛降解效率的影响。结果表明,该光催化反应的假一级反应速率常数( kapp )与甲醛初始浓度成正相关,而随催化剂用量的增加先升高后降低。当甲醛初始浓度为0.058 mg/m3、催化剂用量为0.1224 g/L时,kapp最大为3.65×10-3 min-1。该反应符合Langmuir-Hinshelwood模型,反应速率常数为5×10-8 mg/( L·min)。     

光催化反应器性能参数及其简便测试方法

本文分析了光催化反应器降解有机挥发化合物(VOCs)的特性,提出了反应器总降解常数的概念,提出了一种测量光催化反应器性能参数-传质单元数、反应有效度和总降解常数的方法。管状光催化反应器降解空气中微量甲醛的实验验证了该方法的可行性。实验表明:在空气温度22-24℃,空气湿度40％附近,甲醛的光催化反应在不同浓度区间近似为一次反应,在1.6-12.4 mg/m3浓度区间内其总降解常数最大。     

中红外甲烷检测仪稳定性实验及温度补偿研究

利用甲烷分子在中红外3.31μm波段的吸收特性,设计并研制了一种便携式甲烷检测仪。为了研究仪器的稳定性,对其在体积分数为0×10-6气体下的输出电压信号做了长时间测试,结果显示,由于环境温度发生变化,半导体电子元件和光学元件参数以及甲烷分子吸收系数均发生漂移,使检测仪输出电压信号的相对漂移达1%。为了抑制温度变化对仪器检测性能的影响,进一步实验研究了仪器输出电压随温度的变化关系,并根据这一关系,对温度漂移造成的信号偏差进行了补偿。引入温度补偿后的实验结果显示,针对体积分数为0×10-6的样品气体,仪器输出电压每周相对波动从1%降至0.46%,体积分数波动范围从86×10-6降至37×10-6。针对体积分数为3250×10-6的样品气体,计算了仪器的阿伦方差曲线,当采样时间大于500s时,阿伦方差几乎趋于定值,其标准差小于10×10-6。因此,通过温度补偿,在一定程度上消除了环境温度的影响,从而改善了仪器的稳定性。     

基于空气争化的介孔纳米TiO2的应用研究

本研究创建连续流动气相光催化实验系统,采用动态配气法生成一定低浓度的甲醛气体,开发利用介孔纳米TiO2为光催化材料,以促进利用光催化技术应用于消除室内有害污染气体更具实际意义和商业价值.研究表明,以非表面活性剂有机小分子三乙醇胺为模板剂制得了介孔TiO2材料,其粒径在20～30 nm之间;通过控制气流速度为7.5 cm/s以消除传质对反应的影响,在相对湿度为28%和反应温度为25℃的条件下,相对具有相近吸光性能和粒度的DegussaP25,介孔纳米TiO2具有更高的光催化降解甲醛的反应效率.     

一种高精度激光吸收率测量装置

针对现有激光吸收率测量的不足，在总结现有激光吸收率测量方法基础上，设计了一种积分球法激光吸收率测量装置。增加了导光管结构，并对光源进行了监测，对光束进行了调制。采用相关检测和同步采集等方法，有效地去除了背景噪声、探测器及检测电路噪声对测量的影响。并实验比较了安装导光管前后装置对样品吸收率的测量影响，并对多个样品进行实验。结果表明，对于样品反射率在10×10-6~10 000×10-6范围内，装置的测量误差可以达到±2%以内，实现了激光吸收率的高精度测量。     

顺序注射化学发光分析法测定空气中的甲醛

基于碱性条件下甲醛对没食子酸-过氧化氢发光反应的增敏作用,建立了顺序注射与化学发光检测联用测定空气中甲醛的新方法。在选定的实验条件下,甲醛浓度与发光强度在1.0×10^-7~2.0×10^-3 mol/L范围内呈线性关系,相关系数0.999 3,方法的检出限(3σ)为5.0×10^-8 mol/L。对1.0×10^-6 mol/L的甲醛进行11次连续测定的相对标准偏差为2.1%,每小时可实现连续测定140次以上。方法的回收率为92.0%~108.0%,对环境标准样品中甲醛的测定结果与推荐值一致。     

R-C系统外遮光罩挡光环的程序化设计及锥状内遮光罩的改进

基于几何作图法推导出R-C系统外遮光罩内挡光环顶点的坐标公式,利用C语言编程实现程序化设计挡光环.在中心遮光比确定的情况下,推导出内遮光罩的顶点坐标公式,并将通常使用的主镜一级锥状遮光罩改进为二级锥状遮光罩,以高速摄影系统的R-C型折反式主物镜为例,对其主镜和次镜内遮光罩进行设计,并给出设计结果.当轴角为70°,遮光罩为二级和一级时,到达像面的杂散光照度分别为1.082 3×10-12 W/m2和1.661 4×10-10 W/m2,相差二个数量级,证明改进的二级遮光罩优于一级遮光罩,能有效抑制杂散光.最后,设计了主、次镜间镜筒内壁上等高挡光环,进一步抑制了R-C系统的杂散光.     

流动注射化学发光测定间苯三酚

基于在甲醛存在条件下,高锰酸钾在酸性介质中氧化间苯三酚而直接产生化学发光,结合流动注射技术建立了测定间苯三酚的化学发光分析方法,该法测定间苯三酚的线性范围为5.0×10-9～5.0×10-5 mol·L-1,检出限为3.0×10-9 mol·L-1,相对标准偏差为2.5%(1.0×10-6 mol·L-1间苯三酚,n=11)。该法应用于测定在几种实际水样中加入的间苯三酚,回收率令人满意。     

激光准直系统中的杂散光分析与抑制

针对不同光学系统中存在的杂散光所造成的假信号或信号饱和影响,本文结合像面照度分析和消光环抑制的方法,对准直系统进行分析,找到产生杂散光的主要原因,设计了3种不同结构的消光环以消除杂散光。仿真实验结果确定了最优形式的消光环结构,边缘杂散光抑制最大下限值为0.38%,平均抑制值5.68×10~(-4)%;以此模型为基础,进行了杂散光抑制实验。实验结果表明,带有消光环结构的准直系统可以有效抑制杂散光,保证了后续光学系统的功能实现,对其他杂散光抑制系统具有借鉴作用。     

流动注射化学发光法测定氨基硫脲

基于氨基硫脲对高锰酸钾-乙二醛化学发光体系的增敏作用,建立了氨基硫脲的流动注射化学发光测定方法;在最佳测试条件下,氨基硫脲的检出限为5.0×10-8mol·L-1,线性范围为1.0×10-7-1.0× 10-3mol·L-1;对1.o×10-6mol·L-1的氨基硫脲溶液平行测定11次,其RSD为2.1%.该方法可应用...     

冬季晴天侧采光光导管实验研究

通过实验研究了侧采光光导管的采光性能,测得白天的室内外照度。实验选择在冬季晴朗的天气进行,测得室外照度最大值为52900 lx,出现在12:05,最小值为396 lx,出现在16:50。室内70 cm高度处的平均照度最大值为129 lx,出现在13:35,最小值为0.47 lx,出现在16:50。采光系数为0.23％。实验表明光导管可以作为白天建筑物内的自然采光或辅助照明,并能取得良好的照明效果,是太阳能光利用的有效方式。     

光导管系统自然通风效果的CFD研究

本文利用CFD方法对光导管系统的自然通风进行模拟,综合分析了在不同大小和方向的室外风速下,风帽结构、通风管长、管道间距及光导管直径对自然通风效果的影响,结果表明,H型通风末端结构具有较好的通风效果,管长、管道间距与通风量之间存在最小风量极值点,通风量随着管道直径的增加而增大,这些结果为具有自然通风功能光导管系统实用化提供了理论指导.     

铜/水振荡热管传热特性的实验研究

本文所研究的振荡热管为垂直放置的蛇形弯曲封闭循环铜/水热管,由10个直段组成,铜管内径为2 mm,外径4.2 mm,总长1.6 m。蒸发段由电加热块加热,冷凝段为风冷。本文测定了该振荡热管在不同充注率,不同加热功率下的热阻。根据实验现象及对热阻的比较,分析了不同情况下振荡热管不同的传热机理,给出了振荡热管的工作特性,为开发、设计和使用振荡热管提供了参考。     

Side-pumped continuous-wave Cr:Nd:YAG ceramic solar laser

To clarify the advantages of Cr:Nd:YAG ceramics rods in solar-pumped lasers, a fused silica light guide with rectangular cross-section is coupled to a compound V-shaped cavity within which a 7 mm diameter 0.1 at.% Cr:1.0 at.% Nd:YAG ceramic rod is uniformly pumped. The highly concentrated solar radiation at the focal spot of a 2 m diameter stationary parabolic mirror is transformed into a uniform pump radiation by the light guide. Efficient pump light absorption is achieved by pumping uniformly the ceramic rod within the V-shaped cavity. Optimum pumping parameters and solar laser output powers are found through ZEMAX^© non-sequential ray-tracing and LASCAD^© laser cavity analysis codes. 33.6 W continuous-wave laser power is measured, corresponding to 1.32 times enhancement over our previous results with a 4 mm diameter Nd:YAG single-crystal rod. High slope efficiency of 2.6 % is also registered. The solar laser output performances of both the ceramic and the single-crystal rods are finally compared, revealing the relative advantage of the Cr:Nd:YAG rod in conversion efficiency. Low scattering coefficient of 0.0018 cm^?1 is deduced for the ceramic rod. Heat load is considered as a key factor affecting the ceramic laser output performance.     

硅薄膜太阳电池表面纳米线阵列光学设计

陷光结构的优化是增加硅薄膜太阳电池光吸收进而提高其效率的关键技术之一. 以硅纳米线阵列为代表的光子晶体微纳陷光结构具有突破传统陷光结构Yablonovith极限的巨大潜力. 通常硅纳米线阵列可以用作太阳电池的增透减反层、轴向p-n结、径向p-n结. 针对以上三种应用, 本文运用有限时域差分(FDTD)法系统研究了硅纳米线阵列在 300-1100 nm 波段的光学特性. 结果表明, 当硅纳米线作为太阳电池的减反层时, 周期P=300 nm, 高度H=1.5 μm, 填充率(FR)为0.282条件下时, 反射率最低为7.9%. 当硅纳米线作为轴向p-n结电池时, P=500 nm, H=1.5 μm, FR=0.55条件下纳米线阵列的吸收效率高达22.3%. 硅纳米线作为径向p-n结电池时, 其光吸收主要依靠纳米线, 硅纳米线P=300 nm, H=6 μm, FR= 0.349 条件下其吸收效率高达32.4%, 进一步提高其高度吸收效率变化不再明显. 此外, 本文还分析了非周期性硅纳米线阵列的光学性质, 与周期性硅纳米线阵列相比, 直径随机分布和位置随机分布的硅纳米线阵列都可以使吸收效率进一步提高, 相比于周期性硅纳米线阵列, 优化后直径随机分布的硅纳米线阵列吸收效率提高了39%, 吸收效率为27.8%. 本文运用FDTD法对硅纳米线阵列的光学特性进行设计与优化, 为硅纳米线阵列在太阳电池中的应用提供了理论支持.     

Numerical simulations of laser light guiding and focusing using an open hollow cone

An open hollow cone that can optically guide and focus a laser light into a small beam spot is proposed. The shaping and focusing effects are numerically demonstrated by finite-difference time-domain simulations. The results reveal that the cone-focused laser originates from the multi-beam interference and squeeze of two cone side walls acting like oblique targets. Moreover, the influences of oblique incident angle of laser light, cone angle and cone tip size on the focusing properties are discussed and the optimum cone geometry with cone angle of 16° and tip size of 4.5 wavelengths to achieve high energy concentration at the cone tip is also presented. It is shown that with an open hollow cone a laser light can be focused into a tiny highly localized beam spot of 1 µm diameter and keeps propagating forward for a distance of about 8 wavelengths with a tiny spot diameter remaining almost unchanged. The intensity almost increases up to twentyfold in a 1 µm focal spot.     

透明管径及管厚的CCD成像在线测量方法

应用光线透过透明管径的折射规律,提出线阵CCD成像在线测量透明管状外径及壁厚的新方法。该方法用计算机进行模拟导出了数理模型。实验证明了这一方法的可行性,为透明管状产品的批量生产、高速、动态、非接触实时在线测量提供了一条新的技术途径。     

降噪阵列参数对次声降噪系统性能的影响分析

次声降噪系统对提高次声监测能力具有重要作用,为分析次声降噪系统阵列结构参数变化对其降噪性能的影响规律,构建玫瑰型(rosette)管道滤波器降噪系统声电等效模型,进而利用风噪声模型和仿真数据对该模型的单进气口传递函数和系统降噪性能进行了定量分析,总结了不同阵列结构参数对该系统降噪性能的影响规律,最后对国际监测系统(International Monitoring System,IMS)玫瑰型管道滤波器的降噪性能进行了评估。仿真实验及分析结果表明:(1)进气口数量约取96,阵列尺寸约18 m,一、二级管内径取10~20 mm,一、二级合成腔体积不得超过1 L,系统能获得较好的降噪性能;(2)IMS玫瑰型管道滤波器符合最佳阵列参数设置要求;(3)满足最佳阵列参数设置的玫瑰型管道滤波器可大幅度地提高信噪比。该分析结果可为已有次声降噪系统提供性能评估,可对新的次声降噪系统设计提供参考。      

非共轴椭球面聚光阵列式高焦比太阳模拟器

为使太阳模拟器的接收靶得到高能流高均匀度光斑,需要对聚光系统进行优化设计。提出利用非共轴椭球面聚光镜优化光斑质量的方法,使光斑的能流分布均匀度有明显改善。利用蒙特-卡罗光线追迹方法,设计了聚集型高焦比太阳模拟器。在第二焦面处,80mm直径的接收靶面上可接收10kW的辐射光能,光斑对称性和均匀性好,系统的传递效率为23.81%,80mm直径靶面内的平均能流密度为2MW/m2,50mm直径靶面内平均能流密度达到3.64MW/m2,对应的理论色温超过2800K。采用非共轴椭球面聚光镜,成功研制了由电源控制系统、冷却系统、氙灯光源和聚光系统构成的太阳能模拟器。经实验测试,太阳模拟器的聚光光斑与光学仿真软件TracePro模拟光斑符合得很好。     

Light absorption by ordered planar structure of crystalline silicon particles: Simulation as applied to enhancement of the solar cell performance

Light absorption by a single spherical crystalline silicon (c-Si) particle and by monolayers of submicron c-Si particles arranged in triangular lattice is examined within the wavelength range from 0.28 to 1.12 μm. Data for spectral and integrated (over the terrestrial solar spectral irradiance “Global tilt” ASTM G173-03) absorption coefficients of monolayer demonstrating the possibility to enhance light absorption by a particulate active layer of crystalline silicon are presented. They are calculated in the quasicrystalline approximation of the theory of multiple scattering of waves. It is shown that in the narrow wavelength intervals (up to 10 nm) the spectral absorption coefficient of monolayer can be more than 100 times larger than the one of the plane-parallel plate of equal volume of material. Some results on the transmittance and reflectance of partially ordered monolayer are presented as well. The potentialities of light absorption enhancement in a single monolayer and three-monolayer system are considered.