单层石墨烯带传输模式及其对气体分子振动谱的传感特性研究

自2004年石墨烯被成功制备以来, 相关研究引起了广泛关注, 其中, 传感应用是一个重要方向. 目前, 有关石墨烯传感特性的研究都集中在低频, 即根据分子附着引起的电导率变化来实现检测. 然而, 由于大部分分子吸附都会使电导率发生变化, 因此该方法难以区分不同分子的特征. 论文基于Kubo公式, 结合数值仿真方法研究了单层石墨烯带的传输模式, 分析了有效模式指数与模式传输特性的关联, 证实了波导模的局域性和宽带特性. 同时, 利用一阶波导模与气体作用引起的传输强度的变化反演分子振动谱. 以SO₂, CO和C₇H₈气体的传感为例, 基于本征分析验证了方法的有效性. 结果表明, 传输模式与分子作用能够产生耦合共振增强, 并且其变化趋势与气体分子振动谱一致; 在传输方向上, 分子与传输模式的作用范围越大, 则模式传输强度的变化越大. 该研究为实现气体分子指纹的识别和检测奠定了理论基础.     

Inverse design-based metamaterial transparent device and its multilayer realization

We propose an inverse method to determine the material parameters of a transparent device without any knowledge of the corresponding transformation function. The required parameters are independently obtained and expressed as functions of the introduced generator. Moreover, to remove the inhomogeneity and anisotropy of material parameters, a layered transparent device composed of only homogeneous and isotropic materials is presented based on the effective medium theory. The feasibility of using the layered device in antenna protection is also investigated. Full-wave simulation is carried out for verification. This work paves a new way toward designing metamaterial devices without specifying the underlying coordinate transformation, and has great guiding significance for the practical fabrication of transparent devices.     

基于“认知结构”发展的数学教学分析——以“数列通项公式”解题模块的组建与应用为例

以“数列通项公式”的解题教学为载体,以认知结构的理论作为研究依据,从组建解题模块,提升解题能力的角度展开分析与研究,提出数列相关问题存在无递推公式与有递推公式两类情况.文章从这两类情况着手,探寻数列通项公式解题模块的实际应用情况,帮助学生建构一类解题结构,以提高解题能力.     

基于变换热力学的任意形状热集中器研究与设计

如何灵活地控制和操纵热流是目前研究的热点.本文根据变换热力学方法,导出了具有任意横截面形状热集中器的材料参数表达式,并在此基础上设计了具有圆形、椭圆形、正五边形等规则横截面形状的热集中器和具有共形、非共形任意横截面形状的热集中器.全波仿真结果表明,这些热集中器使等温线和热通量向其压缩区弯曲,靠近热源的一侧热扩散加快而相反的一侧热扩散减慢,在很小的区域内表现出对热量的集中作用,这一特点在热能工程中有潜在应用.此外,研究了圆柱形热集中器的层化实现方法.结果显示,热集中器可通过将同性材料沿角向分层交替填充来实现.这项工作对热集中器的设计及制备具有指导意义.     

Spatial and spectral filtering of tapered lasers by using tapered distributed Bragg reflector grating

A 1040 nm tapered laser with tapered distributed Bragg reflector (DBR) grating is designed and fabricated. By designing the grating with tapered layout, the tapered DBR grating exhibits the scattering effect on side backward-traveling waves, thus achieving additional suppression of parasitic oscillation. Under the suppression of parasitic oscillation, the spatial and spectral characteristics of the tapered laser are improved. The experimental results show that a near-Gaussian far-field distribution and a kink-free P-I characteristics are achieved, and a single peak emission with a wavelength of 1046.84 nm and a linewidth of 56 pm is obtained.     

接枝改性POSS对PLLA结晶行为的影响*

以二氯甲烷为溶剂,利用溶液共混法将三种聚笼形多面体倍半硅氧烷(POSS)分别与聚左旋乳酸(PLLA)进行共混,制备了不同POSS含量的单氨基POSS(POSS-NH₂)/PLLA、POSS接枝聚乙二醇(POSS-PEG)/PLLA和POSS接枝聚乳酸(POSS-g-PLLA)/PLLA复合材料。利用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、偏光显微镜(POM) 分别对复合材料的本体结晶行为、热稳定性及结晶形貌和生长速率进行了观察。结果表明当加入不同质量分数(1 wt%, 5 wt%, 10 wt%)的POSS-PEG时,PLLA的结晶能力均得到改善,而POSS-NH2和POSS-g-PLLA仅在质量分数较低(1wt%)时对PLLA起成核剂的作用,具有较高质量分数时会阻碍PLLA分子链段的运动,从而限制其结晶。三种复合材料中仅POSS-PEG在一定程度上提高了PLLA的热稳定性,利用POM观察球晶生长过程发现POSS-PEG的加入提高了PLLA的球晶生长速率。     

聚酰亚胺硅氧烷/聚酰亚胺两面异性复合膜的制备及性能研究

以氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷(PDMS)、 4,4'-二氨基二苯醚(4,4'-ODA)和3,4,3',4'-联苯四酸二酐(s-BPDA)为原料, 合成了聚酰胺酸硅氧烷嵌段共聚物. 将此嵌段共聚物和聚酰胺酸(s-BPDA/4,4'-ODA)共混, 通过控制制膜条件, 利用各组分在不同溶剂中的溶解度的差别, 使聚酰亚胺硅氧烷富集在膜的上表面. 因为两相在结构和性质上的相似性, 当聚酰胺酸硅氧烷和聚酰胺酸混合时, 具有很好的相容性, 消除了两相间的界面, 从而制备了优异的聚酰亚胺硅氧烷/聚酰亚胺两面异性的复合膜材料. 利用X射线光电子能谱(XPS)和水滴接触角对此复合膜进行了表征, 证明了此复合膜的两面异性, 并对此复合膜进行了热性能和机械性能研究, 发现此薄膜保持了聚酰亚胺优异的性能.     

太阳能光伏-温差发电驱动的新型冰箱模型设计与热力学分析

结合太阳能电池温度特性和温差发电特点,设计了一套新的太阳能光伏发电-温差发电驱动的冰箱模型,该模型包括太阳能光伏电池、半导体温差发电模块、电源控制系统等.根据负载用电需求,做出了光伏发电系统的设计方案.采用热力学基本理论,对该模型进行了工作效率及 火 用 效率的分析.结果发现:能效比COP达到了2.73(一般 冰箱COP为2左右), 火 用 效率也达到42.5%.同时,该系统模型环境效益明显,可以减排CO₂ 1394.2 kg,SO₂     

Fabrication, Structural and Magnetic Properties for Aligned MnBi

MnBi compound is fabricated under a magnetic field of 1 T, and the c-axis of hexagonal MnBi crystal is aligned parallel to the magnetic field direction. The saturation magnetization Ms decreases with the increase of temperature. At temperatures below 20OK, the coercive field Hc is about 150Oe, while the coercive field Hc increases with temperature above 200K. From 200K to 300K, the remnant magnetization Mr and the Mr/Ms increase with the temperature. Below 200K, Mr and Mr/M8 reach roughly a constant value. However, there is an abnormal increase at 100 K in He, Mr and Mr/Ms, which comes from a spin-reorientation in MnBi. Magnetization results show the spin-reorientation for MnBi at about 91 K due to the variations of the anisotropy constants.     

基于超材料的椭圆形电磁波聚焦器设计

基于变换光学方法,导出了椭圆形电磁聚焦器的介电常量和磁导率的分布,并用有限元分析软件COMSOL进行了证实.仿真了椭圆形电磁聚焦器聚焦区域面积大小和电磁参量偏离理论值对其聚焦特性的影响,结果表明:聚焦区域越小,电磁聚焦越强;超材料损耗小于或等于0.01不影响聚焦特性;当椭圆形变化为圆形时,其聚焦特性与Rahm等人获得的圆形聚焦器的结果一致,证明了本文建立电磁模型的有效性.