B,P掺杂β-Si3N4的电子结构和光学性质研究

运用第一性原理方法, 计算了B, P两种元素单掺杂和共掺杂的β -Si₃N₄材料的电子结构和光学性质. 结果表明: B掺杂体系的稳定性更高, 而P掺杂体系的离子性更强; 单掺和共掺杂均窄化带隙, 且共掺在禁带中引入深能级, 使局域态增强; 单掺杂体系介电函数虚部、吸收谱和能量损失谱各峰均发生红移、幅值减小, 而共掺后介电函数虚部主峰出现蓝移、能量损失峰展宽、高能区电子跃迁大大增强, 且控制共掺杂的B, P比例可获得较低的带电缺陷浓度.     

980 nm半导体激光器温度控制方案设计

980 nm半导体激光器作为掺铒光纤放大器的最佳泵浦源,其温度会影响激光器功率稳定性和放大器输出光谱漂移。提出将现场可编程门阵列（FPGA）作为核心控制元件,以半导体制冷器为执行元件、热敏电阻为温度传感器,利用FPGA自动切换内部状态机、控制流入半导体制冷器电流的方向和大小,实现980 nm半导体激光器内部的温度控制,并通过搭建基于FPGA的掺铒光纤放大器系统实验装置,验证所提方法的可行性。实验结果表明：所提出的温度控制方法能有效地实现980 nm半导体激光器的温度控制,使其功率-电流曲线的线性拟合度提高了23.07%,掺铒光纤放大器的输出光谱波长偏移减小了62.5%,保证了激光器输出功率及放大器输出波长的稳定性。该方法的结构简单且实时性高,对推进半导体激光器温度控制的发展及应用具有非常重要的意义。     

基于多峰高斯拟合的分布式拉曼测温系统设计与应用

针对温感区域长度小于空间分辨率导致温度测量不准确的问题,提出一种多点温度校正方案,并介绍了一种可应用于中小尺度剖面温度分布测量的装置和方法。采用基于多峰高斯拟合的方案,实现了多个测量不准确温度点的同时校正,提高了系统的温度准确度,设计了分布式拉曼测温系统样机,通过将光纤部分缠绕在PPR管上实现了中小尺度剖面温度分布测量。实验装置使2 m和1.5 m温感区域的测量准确度提高到1℃;测得冬季黄河万家寨水库冰盖厚度约为42.33 cm,与人工测量结果相差约为1.67 cm;测得36 m深河水剖面的温度约在0.32℃～0.90℃范围内波动。实验结果表明,采用该分布式拉曼测温系统能够在野外大范围监测河道流水剖面的温度分布。     

Pd掺杂ZnO(0001)表面的气敏机理

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理研究了O原子与Pd掺杂前后ZnO(0001)表面的相互作用机理。通过对模型表面六个高对称位吸附能的计算,发现O原子最有可能吸附于Pd掺杂表面的间隙位。从表面的态密度(density of states,DOS)及分波态密度(partial density of states,PDOS)分析结果可以看出,掺杂体系中费米能级附近出现的杂化峰是由O原子的p轨道电子和Pd原子的d轨道电子杂化引起的。掺杂表面的差分电荷密度反映出O原子与Pd原子之间存在大量电荷转移,说明掺入催化剂Pd有助于提高ZnO材料的气敏性能。最后,通过对挥发性有机化合物(VOC)气体的气敏测试验证了理论计算的结论。     

基于温度残差补偿法的NTC热敏电阻温度检测及应用

利用负温度系数(NTC)热敏电阻和LTC2983模数转换芯片搭建了温度测量系统,基于此系统提出了一种温度残差补偿热敏电阻经验公式的标定方法。实验结果表明,多个热敏电阻的标定温度拟合残差绝对值小于0.10K,基本能够满足科研及工程领域对热敏电阻检测精度的要求。该系统在黑龙江漠河北极村段进行了安装和采集实验,通过温度数据获知了河流冰层变化的基本情况,证实了所提热敏电阻标定方法具有实际应用价值。     

基于介质温度数值分布规律的冰盖厚度检测分析方法

针对水文预报领域冰层厚度检测过程中对空气与冰层、冰层与冰下水层的分界点难以判断的难题,提出了一种基于介质温度数值分布规律的冰层厚度检测分析方法.新方法在对空气与冰层、冰层与冰下水层的分界点进行分析判断时采用了聚类分析思想,通过采用改进属性归类规则的K-means算法,对采集到的空气、冰与水不同介质的温度数值分布数据进行分类,并对各自属性的温度梯度分布数据集合进行线性拟合,从各拟合曲线交点可以获得空气与冰层、冰层与冰下水层的分界点,进而计算出冰层厚度数值.采用这一方法对2014.12-2015.3内蒙包头黄河河道冰情采集数据进行分析,证明了新方法的可行性.     

ZnO纳米线/棒阵列的水热法制备及应用研究进展

氧化锌(ZnO)纳米线/棒阵列的质量决定了所构建光电器件的性能. 为了制备出比表面积更大、垂直性更好以及无根部融合的高质量ZnO纳米线/棒阵列, 本文概述了近几年两步水热法可控制备ZnO纳米线/棒阵列的研究进展, 分别探讨了种子层、生长液和生长方法对纳米线/棒阵列形貌的影响, 详细分析了氨水、六次甲基四胺和聚乙烯亚胺对于促进纳米线/棒阵列生长的作用机理, 提出了通过微流控技术可控制备ZnO纳米线阵列提高纳米线生长效率的方法. 最后介绍了ZnO纳米线/棒阵列的形貌对于提高染料敏化太阳能电池、纳米发电机、气体传感器和场发射器件性能的重要作用, 并对未来两步水热法制备ZnO纳米线/棒阵列的发展趋势进行了展望.     

微流控技术制备ZnO纳米线阵列及其气敏特性

利用微流控技术在微通道中制备了Zn O纳米线阵列,通过X射线衍射和扫描电子显微镜分别对纳米线的物相和表面形貌进行了表征.结果发现,合成的Zn O纳米线具有良好的c轴择优取向性和结晶度.同时,对Zn O纳米线阵列在丙酮、甲醇和乙醇气体中的气敏特性进行了研究,测试结果表明:在最佳工作温度(475?C)下,纳米线阵列对200 ppm(1 ppm=10-6)丙酮气体的最大灵敏度可达8.26,响应恢复时间分别为9和5 s;通过与传统水热法制备的Zn O纳米线的气敏性能相比较发现,基于微流控技术制备的纳米线阵列具有更高的灵敏度和更快的响应恢复速度.最后,从材料表面氧气分子得失电子的角度对Zn O纳米线气敏机理进行了讨论.     

面向冰盖剖面的高空间分辨率分布式光纤测温系统设计

针对现有冬季冰盖垂直剖面温度检测技术的不足,设计了一种具有高空间分辨率的分布式光纤测温系统,介绍了系统的测量原理和总体结构,提出使用反卷积校正算法,避免了因受系统有限带宽影响而导致的测温不准,从而提升空间分辨率。同时进行了相关测温实验。该算法可以在保证温度测量精度的前提下,将系统的空间分辨率从1.3 m提升至0.5 m。设计了一种具有垂直高分辨率的温度测量装置,可以精确检测冰盖内部垂直方向上的温度变化,实现对冰盖厚度的识别。     

基于3G网络的河道冰凌图像遥测系统设计与冰凌密度分析

设计了一种适用于野外无供电条件下的河道冰凌图像远程遥测系统,介绍了系统的整体结构、运行模式和关键电路的构成以及图像处理模块的选型.设计系统可以通过3G无线网络将上位微机图像监测控制命令传送到河道现场,可以实时控制现场控制摄像头的旋转角度、方向及焦距,实现对被监测河道区域冰凌图像的多视角实时在线监测;系统上位微机管理软件对接收到的冰凌图像信号经过动态阈值分割算法处理,可获得观测区域河道水面冰凌密度数值.