红外成像系统NETD参数测试算法及应用研究

噪声等效温差(NETD)是表征红外成像系统灵敏度的关键参数,也是评估红外成像系统性能的重要参数之一,应用广泛。通过对红外成像系统3D噪声、信号传递函数(SiTF)、NETD等参数测试方法、算法和流程研究,给出一种基于视频文件的3D噪声离线对比测试方法和一种SiTF线性区自动判断计算斜率算法,在此基础上针对某型技术保障装备国产化光电检测平台开发了配套应用软件功能模块。实现了通过计算单位均方根噪声所对应的SiTF斜率值,分析得出系统NETD参数值的功能。以某型热像仪为被测对象,开展了测试结果重复性和一致性试验,并与美国Optikos公司I-SITE红外整机测试系统进行了对比测试。实验结果表明开发的NETD参数测试功能模块测试精度和重复性满足设计要求,具有较高实用价值,已进行了工程应用。     

介孔硅复合氧化石墨烯多孔材料的制备及其CO2吸附性能研究

以P123为模板剂,以TEOS为硅源,以氧化石墨烯为复合组分,采用溶胶-凝胶法和自组装法制备了具有较大比表面积的介孔硅复合氧化石墨烯三维多孔材料（MSM/GOs）,进一步通过物理浸渍聚乙烯亚胺（PEI）制备了固态胺吸附材料。利用扫描电子显微镜（SEM）、氮气吸附-脱附曲线、元素分析等方法表征复合材料的结构和形貌,研究了氧化石墨烯添加量对材料的比表面积和胺化效果的影响以及吸附温度对其吸附CO₂性能的影响。研究结果表明,氧化石墨烯的引入能显著提高介孔硅复合氧化石墨烯多孔材料的比表面积,当GO添加量为4.5wt%时,其比表面积可高达841m²/g。高的比表面积有利于提高材料的氨基含量。在30wt%PEI的物理浸渍胺化后,MSM/GO-4.5@30%PEI拥有最大含氮量（9.59wt%）和CO₂吸附量（1.70mmol/g）。得益于良好的多孔基体和有机胺的均匀分布,MSM/GO-4.5@30%PEI在不同温度下的吸附量较稳定,循环再生吸附后仍能保持初始吸附量的80%。动力学研究表明,准一级模型和Avrami模型均能较好地拟合其吸...     

利用三维虚拟技术突破物质结构教学*——从演示型工具到探索型工具的转变

针对物质结构教学的抽象性,开发了一套基于三维虚拟技术的物质结构教学软件,可对结构模型进行旋转、平移、缩放、切割、镜像、插入或删除原子(团)及启停预先设置的动画等操作,强大的交互功能不仅能对分子或晶体结构如构造异构、立体异构、晶体的堆积方式、晶胞的划分、配位数、晶体结构中的空隙及空间利用率等问题进行效果极佳的可视化教学,另一方面,通过对B₁₂与C₆₀分子空间构型转变的探究揭示数学构型的重要性,通过对六方晶胞占有原子个数的探究修正晶胞模型,通过对金属晶体的4种基本堆积方式成因的探究提出“半密置层”概念来完善紧密堆积规律等案例,展示出三维虚拟技术在微观结构探索发现方面的巨大潜力。     

石墨烯玻璃透明薄膜加热特性

Graphene has become a research focus in recent years owing to its excellent characteristics, and glass is a commonly used material with high transparency and low cost. Graphene glass combines the excellent properties of both graphene and glass; graphene glass has not only high thermal conductivity, high electrical conductivity, and good surface hydrophobicity but also exhibits superior electrothermal conversion and wide-spectrum high-light-transmittance characteristics. Therefore, the study of graphene glass films is of theoretical value and practical significance. In this study, a high-purity glass-based (JGS1 quartz glass) multilayer graphene film was developed based on an atmospheric-pressure chemical vapor deposition (APCVD) method, and its electrical characteristics, light transmittance, and electrical heating characteristics were experimentally investigated in detail. The results show that graphene glass with different surface resistance values obtained through direct growth on a high-purity quartz glass substrate using the APCVD method, not only has excellent uniformity and quality, but also has considerably flat and high transmittance across the entire visible light region and exhibits excellent heating performance and fast response time. For graphene glass with a surface resistance of 1500 Ω·sq^-1, the light transmittance can reach 74%, and the saturation temperature can rise to 185 ℃ by applying a bias voltage of 40 V. In addition, when the resistance value of the graphene glass is 420 Ω·sq^-1, the graphene glass reaches a high saturation temperature of 325 ℃ in 40 s, and the corresponding heating rate can exceed 18 ℃·s^-1, achieving a significantly higher heating rate than other heating films at the same voltage. Compared with the polyethylene-terephthalate- (PET-) based and silicon-based graphene films obtained by the transfer, graphene glass has a higher saturation temperature, shorter thermal response time, and faster heating rate. Furthermore, graphene glass exhibits better heating cycle stability and longer-term heating stability at a constant voltage. In addition, an experiment using the graphene glass to thermally tune the wavelength of a vertical-cavity surface-emitting laser was conducted and gave good results. The position of the laser peak controlled by the graphene glass was red-shifted by 1.78 nm by applying a voltage of 20 V, and the wavelength tuning efficiency reached 0.059 nm·℃^-1. Compared with PET-based and silicon-based graphene films, the actual electrical heating capacity of graphene glass increased by 195%. These experimental findings demonstrate that graphene glass transparent films with excellent electric heating characteristics can be used in various transparent electric heating fields and have relatively wide application prospects.     

石墨烯的功能与应用——规模制备和能源相关应用

<正>2004年曼彻斯特大学报道了首个具有明确结构的石墨烯材料1,其优异的物理化学性质引起了科学界和工业界的持续关注。经过十几年的探索,石墨烯的规模化制备和应用已取得了长足的进步,尤其是在能源存储和转化等领域展现出了广阔的应用前景。本专刊收集了国内部分科学家在相关领域的研究成果,分成两期在2022年第1期和第2期印刷出版。     

层间共价增强石墨烯材料的构筑、性能与应用

大批量石墨烯可控制备技术的逐渐成熟为实现其宏观组装和应用提供了基础。在众多的组装策略中,调节石墨烯层间的界面相互作用可以直接影响组装体的力学、电学、热学以及渗透等性质,具有重要的意义。石墨烯片层间以共价键连接的层间共价石墨烯材料以其可调的层间距、较强的层间作用力、丰富的功能化、以及可能的原子构型重排等特性,受到了广泛的关注和深入的研究。相比于其他非共价的键合手段,共价连接是一种更为牢固的枢纽。本文中我们将总结讨论层间共价石墨烯材料的构筑方法、性能以及应用。在构筑方法中,依据石墨烯本身的制备方法分为氧化还原法以及化学气相沉积法,而在氧化还原法中,以其宏观材料的形貌分为纸状和纤维状来讨论。接着,我们重点介绍了层间共价对其力学和电学性能的影响,并概述了此类宏观组装体材料的应用。层间共价石墨烯材料继承了石墨烯自身优异的特性,同时也具有宏观组装所赋予的性能,有望在多个领域得到广泛的应用。     

热熔灌输法制备三维骨架支撑金属锂复合负极

金属锂因具有极高的理论比容量(3860 mAh/g)和最低的电化学势(相对于标准氢电极为-3.04 V),被认为是下一代高比能锂离子电池的首选负极材料。然而,金属锂负极在电池循环过程中发生的刺状枝晶生长和体积变化等问题严重阻碍了其产业化应用进程。近年来研究表明,通过在金属锂中引入具有三维(3D)结构的宿主骨架,不但能有效抑制锂枝晶的生长,而且可以缓解金属锂负极的体积变化,从而提高金属锂电池的循环性能与安全性。因此,设计3D骨架/金属锂复合负极被认为是一种能有效解决金属锂问题的新兴策略。本文综述了热熔灌输法制备3D骨架/金属锂复合负极的研究进展。首先讨论了当前基于3D骨架的预存金属锂技术,然后着重分析了热熔灌输策略中3D骨架锂润湿性的影响因素,以及不同3D骨架修饰特征和改性方法。最后对3D骨架/金属锂复合负极和热熔灌输策略现存问题进行了总结并提出未来的发展方向。     

金纳米粒子/石墨烯量子点复合修饰电极检测NO_(2)^(-)北大核心CSCD

采用微波加热石墨烯量子点还原HAuCl_(4)的方法,制备金纳米粒子/石墨烯量子点(AuNPs/GQDs)复合物,并将其应用于构建具有高灵敏度的NO_(2)^(-)电化学传感器。由于GQDs大的比表面积和AuNPs良好的导电能力,合成的AuNPs/GQDs复合材料显著提高了NO_(2)^(-)的电化学响应。利用循环伏安法研究NO_(2)^(-)在AuNPs/GQDs修饰电极上的电化学性质,发现在电位1.22 V处出现一个明显的氧化特征峰,其氧化峰电流与NO_(2)^(-)浓度成线性关系,线性范围为1.0×10^(-7)~1.0×10^(-5) mol/L,检测限(S/N=3)为5.0×10^(-8) mol/L。将该方法应用于土壤中NO_(2)^(-)的检测,具有较好的准确度。     

纳米表面相互作用及振动测头模型

如何实现高精度的测量是现代制造业及微电子技术领域的热点问题之一. 基于微纳米测头的三坐标测量机是当前实现高精度测量的重要手段. 随着测量尺寸的减小, 常用的纳米/微纳尺度的测头与待测表面之间形成静态接触, 其表面相互作用成为了影响其测量精度和可靠性的关键因素之一. 本文基于一种触发式振动测头, 研究了其动力学模型, 并通过对测头纳米尺度表面相互作用的理论分析及数值模拟, 确立了测头振动参数与表面相互作用之间的关联. 实验研究表明, 参数优化后的谐振微纳测头能有效抑制表面作用带来的干扰, 提高测量精度.     

聚焦形貌恢复方法模型设计

采用基于拉普拉斯算符聚焦形貌恢复方法,提出了模拟目标深度测量的数值模型。数值模拟的核心是基于通过几何光学预测的理想图像的卷积与透镜广义孔径函数的多色点扩散函数,即用聚焦误差替代抛物线圆柱形貌或高斯函数。该模型可以使用基于聚焦形貌恢复方法的传感器真实组件参数、光源光谱、光学系统离差、相机的光谱灵敏度。提出了光学系统离差（消球差、消色差、色差）对确定目标表面形貌的精确度和可靠性的影响。结果表明,该模型可以有效提高实验效率,缩短时滞,降低成本。