电解液对水系可充电池MnO2正极电化学性能的影响

研究了水系电解液中Li⁺、Zn²⁺和Mn²⁺阳离子对具有不同晶型结构和形貌的MnO₂正极电化学性能的影响,探讨其储能机理。结果表明,在不含Mn(II)离子的水溶液中,MnO₂电极所表现的电化学性能趋同,容量低,衰减快。含有Zn²⁺离子的水溶液中,MnO₂电极因二价锌离子的嵌入-脱出,容量明显提升,但衰减严重。当溶液中同时含有Zn²⁺、Mn²⁺离子时,基于Mn²⁺和Zn²⁺离子之间的协同作用和Mn²⁺离子氧化/还原反应过程的作用,有效抑制MnO₂颗粒的聚集和结构塌陷,削弱碱式硫酸锌杂质不利的影响,保持了锌离子在MnO₂电极中嵌入-脱出的高容量特性(200 mAh·g^-1,电流密度：100 mA·g^-1),及良好的循环稳定性。     

基于咔唑的双光子荧光次氯酸根探针光学性质及响应机理

采用含时密度泛函理论与响应函数理论相结合的方法,研究了两种实验室新合成的水溶性双光子荧光次氯酸根（ClO^-）探针分子HCH和HCM的单光子吸收、双光子吸收和荧光发射性质。计算结果表明,HCH和HCM分子与ClO^-反应后,生成物的光吸收和光发射性质均发生明显变化,相应的吸收和发射峰位都发生了明显蓝移,荧光强度展现出明显的增强。另外,两探针分子都具有较大的双光子吸收截面,且与ClO^-反应后,生成物的双光子吸收截面值显著增加,因此两分子均可作为性能优良的双光子荧光探针分子。此外,通过分析HCH和HCM分子与ClO^-反应前后的Mulliken电荷布居情况,从理论上证实了该系列荧光探针分子的识别机理是C＝N异构化。     

图像和视频的快速去雾算法研究

雾、霾等恶劣天气会导致室外图像能见度和对比度降低。虽然可以通过增强有雾图像的对比度得到清晰的图像,但对比度的过度增强可能会截断像素值,造成信息丢失。因此,本文基于信息丢失问题提出了一种快速、优化的去雾算法。通过最小化信息丢失,使输出图像不仅能保留较多的细节,且具有较高的对比度。此外,通过将RGB颜色空间转换为YUV颜色空间,仅对亮度分量Y进行处理,提高了算法的运算速度。算法的对比实验结果表明,本文的算法不仅去雾效果明显,而且运算速度快,完全能满足视频去雾的实时性要求。     

双波长LD模块的拉曼光谱测试系统

荧光干扰是拉曼光谱检测过程中常见的干扰因素之一,而移频激发法是一种有效的克服荧光干扰的检测手段。移频激发法利用两个波长相近的激光分别激发被测物质,并将获得的拉曼光谱进行差谱。由于两次激发的荧光背景相同,而拉曼特征峰会产生平移,因此可有效地消除荧光背景的干扰,进而利用一定的算法还原拉曼特征峰。移频激发法的关键在于两个激发光波长的稳定性,不稳定的波长差将严重影响对拉曼特征峰的还原效果。本文研制了一种拉曼光谱测试系统,该系统的双波长LD模块能够产生两个波长稳定的激发光(分别为784.7和785.8 nm),满足移频激发法的测试要求。影响激发光波长稳定性的因素主要是光功率和温度,本系统中对这两个因素均进行了实时的监控,以保证激发光波长的稳定。系统的硬件部分主要包括ARM主控板、双波长LD模块及其驱动电路、温度控制板、数字光开关、光谱检测光路和光纤探头(两个高功率的蝶形封装激光器);软件部分可自动获取被测物质的拉曼光谱图,并对其进行后续的处理。在稳定性测试实验中,对系统驱动电源电流和激光器温度的稳定性均进行了测试。测试结果显示,电流波动范围小于0.01 mA、温度变化范围小于0.004 ℃,能够有效地保证激发光波长的稳定性。最后,对某品牌花生油进行了拉曼光谱检测,并对检测结果进行了处理,获得了良好的效果。     

氧原子在X@Al12 (X=C，Si，P+ )团簇吸附性质的研究

利用密度泛函理论了对X@Al12 (X=C, Si, P+)团簇吸附氧原子特性进行了研究,分别分析了氧原子在三个吸附位置(顶位置、桥位置和空位置)的氧原子吸附能,HOMO-LOMO能隙和电荷转移等性质。结果表明氧原子更倾向于吸附在空位位置。C@Al12和Si@Al12, P+@Al12 在对氧的吸附性质上比较接近。氧在X@Al12(X= C, Si, P+)的吸附性质与Al13−有显著不同。在Al13−O中O是倾向于以桥位形式吸附在Al13−上的。X@Al12(X=C, Si, P+)和Al13−的电子结构有着明显的差异,这导致了O在这些团簇表面不同的吸附形式,表明掺杂可以有效的改变团簇的性质。     

基于表面增强拉曼光谱的合成色素专利蓝V的快速检测

食品安全问题一直是社会和广大群众关注的焦点问题,食品安全现状较为严峻,因此实现食品中有害物质的快速检测具有重要的实际意义。合成色素是一种常见的食品添加剂,然而合成色素的超标添加和非法添加依旧是食品安全中的重要问题之一,极大地危害人民群众的身体健康和食品工业的健康发展。常见的合成色素检测方法,均存在耗时长、费用高等缺点,不适应于合成色素的实时监测和快速筛查。为克服传统方法的缺点,提出利用表面增强拉曼光谱检测技术对合成色素进行检测,该方法具有检测速度快、检测灵敏度高等优点,能够达到现场实时检测的目的。此外,由于拉曼检测方法往往依赖于复杂的样品前处理操作,而常见的固相萃取技术一般依赖于人工操作,过程复杂且耗时较长,严重影响食品快速检测效率。因此,开发了一种全自动固相萃取装置,通过设计嵌入式硬件电路系统及其软件,精确控制蠕动泵流速和多路阀门开关实现了活化、上样、淋洗、洗脱四个步骤的全自动操作和参数控制,从而达到食品样品的全自动快速固相萃取。在实验部分,配制不同专利蓝V浓度的果汁饮料,然后利用该装置对果汁中的专利蓝V进行前处理,对萃取柱填料和萃取中各个步骤的时间和试剂进行了合理的选择,利用表面增强拉曼光谱检测技术成功地检测了合成色素中的专利蓝V。实验结果表明,所研制的自动固相萃取装置对比传统手工萃取,每个样品节省了近一半的萃取时间（10 min降为5 min）且能够同时处理5个样品,萃取时间稳定不易受人为因素影响,从而极大地提高了萃取效率和稳定性。此外,通过自动萃取获得的样品,对比手工萃取操作,因其受外界干扰相对较小,能够得到更强的拉曼光谱信号（约增强50%）,获得了满意的萃取效果。对不同浓度的专利蓝V样品的结果显示,该方法能够实现检出质量浓度在0.5 mg·L-1水平,可有效满足现场监测需求。具有快速、方便、灵敏度高等特点。     

复合装药空气中爆炸冲击波传播特性

为了研究复合装药超压爆轰时的径向能量输出特性,选择典型的TNT、JO-8、海萨尔等理想、非理想高能炸药,进行了单一装药、内外层复合装药冲击波超压测试实验。采用自由场压电传感器测量了距爆心2、3、4 m处的冲击波压力,通过Origin软件对实验数据进行去除“零漂”和积分处理,获得了冲击波超压、冲量随距离的变化规律,分析了装药结构、装药类型对实验结果的影响。研究结果表明:与同体积单一装药相比,内外层复合装药对提高径向冲击波超压无优势,但对径向冲击波冲量增益显著,且冲量随传播距离的增加而增大;装药类型对内外层复合装药径向冲击波冲量增益影响较大,非理想/理想复合装药在4 m处的冲量增益大于20%,比理想/理想复合装药更有利于提高战斗部的径向输出威力。     

基于石墨烯表面等离激元的双支节结构光电调制器

构建了一种含双支节结构的石墨烯/介质/石墨烯亚波长波导结构。该结构将支节结构的选频特性和石墨烯的电可调特性相结合,能够实现在可见光到中红外范围内对入射光光强的动态调制。表面等离激元将光能量局限在纳米尺度的介质狭缝中,使调制器突破衍射极限,并且增强了石墨烯与光的相互作用。利用有限元法分析了石墨烯的化学势、支节长度以及介质材料对波导结构输出光强的影响。仿真结果表明:当入射波长为1550nm、支节长度为315nm、化学势由0.80eV下降到0.78eV时,消光比可达到6.77dB。与传统调制器相比,所提光电调制器能够在保证高消光比的同时具有较高的调制效率,并且体积小、结构简单紧凑,可满足大规模集成应用的要求。     

基于复杂度的自适应门限弱小目标检测方法

针对红外弱小目标检测问题,提出了一种基于图像复杂度的自适应门限目标检测方法.讨论了天空中四类不同区域的图像信息熵.图像信息熵虽然较好地表达了图像的平均信息量,但对图像的突变点不敏感.将它改进得到图像方差加权信息熵,其较好地反映了图像的复杂度特征.将图像方差加权信息熵作为图像复杂度的定量描述,用两种特定的分析模板对图像复杂度进行分析.在目标区域中,两种分析模板得到的复杂度差异较大,而非目标区域的两种复杂度则基本没有差异.算法获取两种分析模板下的复杂度图像,再对两种复杂度图像做差,得到复杂度差值图像.对差值图像建立指数模型得到自适应分割门限完成目标检测.实验结果表明,该方法对低信杂比的红外云层背景弱小目标图像具有良好的检测效果.     

大高宽比纳米硅立柱的感应耦合等离子体刻蚀工艺优化

针对氢基硅倍半氧烷(hydrogen silsesquioxane,HSQ)作为深反应离子刻蚀(DRIE)掩膜形成大高宽比纳米硅立柱的工艺进行了系统研究。优化了刻蚀工艺中线圈功率、极板功率和气体流量参数,减小了横向刻蚀,使形貌垂直性得到了更好的控制,并实现了13.3 m高度和低侧壁粗糙度的垂直硅纳米柱阵列,其高宽比（高度/半高宽）达到了36。利用不同的刻蚀工艺条件得到了不同侧壁形貌以及不同尺寸、高度的硅纳米柱结构。