FTIR监测北京地区CO2和CH4及其变化分析

近几十年来,温室效应导致地表温度明显上升,其所引起的全球气候变迁问题越来越受到人们的关注.CO2和CH4是大气中主要的两种人为温室气体,对它们进行连续的测量,获取它们长时间变化情况对大气环境科学具有重要的意义.目前国内监测这两种气体的主要手段是气相色谱方法.鉴于傅里叶变换红外光谱技术的优点,使用开放式长光程FTIR系统在北京地区对这两种气体进行了监测.该系统直接测量开放光路中的环境气体的大气吸收光谱,并使用非线性最小二乘方法进行光谱分析,获取待测组分的浓度信息.在实验部分给出了2005年9月4日到2005年9月10日6天中的北京地区CO2及CH4的测量结果,并对两者的变化趋势和相关性进行了分析.     

CH分子束的强度与CH_4/He混合配比的关系及CH(A~2Δ)振转温度的计算

为了获得CH分子束及其相关特性,以氦气为载气,利用直流脉冲放电技术产生了CH分子束。实验记录了放电时间相对于脉冲分子束不同延时CH光谱信号强度的变化,放电相对延时为460μs左右获得最大的信号强度。研究了在保持CH4/He总气压3 atm和放电电压-4 kV不变的条件下CH分子束强度与不同配比的关系,建立了理论模型,对实验数据进行了理论拟合,拟合曲线与实验结果符合较好,配比为1%(甲烷与氦的气压比为1∶99)左右能够维持较稳定的放电现象和较强的放电强度而获得较强的CH自由基束流。在这一配比下对CH(A2Δ-X2Π)(0,0)带发射光谱进行探测和分析,获得CH(A2Δ)转动温度和振动温度分别为2455 K和4575 K,并估计此时每个脉冲中大约包含1013~1014个CH自由基。     

埋点靶中CH薄膜的制备工艺研究

 CH薄膜的制备是埋点靶制备的关键技术之一,本文主要研究了钨丝辅助裂解制备CH薄膜的制备工艺。研究表明蒸发舟温度和衬底温度对沉积速率影响较大,而衬底距离对沉积速率影响较小;红外光谱和质谱分析表明薄膜的主要成分是聚对二甲苯。     

基于TDLAS技术的CH4气体检测与温度补偿方法

CH₄气体的精准检测对防止矿井瓦斯爆炸,确保安全生产至关重要。目前基于可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）存在因温度变化导致气体浓度测量误差较大。探究了基于TDLAS的CH₄气体检测系统与温度补偿方法,分析温度对CH₄气体吸收谱线的影响,通过算法补偿模型消除环境温度对CH₄气体检测的影响。依据TDLAS技术原理及相关理论,对系统发射单元、吸收池、信号接收单元、数据处理单元进行设计,搭建了基于TDLAS技术的CH₄气体浓度检测系统,实验检测了不同环境温度（10~50 ℃）时0.04%CH₄气体浓度,分析温度变化对CH₄气体在波长为1.653 μm处吸收谱线强度和半宽度的影响。为消除温度对CH₄气体检测的影响并提高补偿效果,采用粒子群优化算法（PSO）优化BP神经网络（BPNN）的最佳权值和阈值,建立CH₄气体的PSO-BP温度补偿模型,克服了BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部最优的缺点。结果表明：（1）基于TDLAS的CH₄气体检测浓度随环境温度升高而下降,整个实验温度内相对误差范围为4.25%~12.13%,不同环境温度下CH₄气体检测浓度与温度之间的关系可用一元三次多项式表示;（2）CH₄气体的吸收强度和半宽度随着温度的升高而下降,与温度变化之间的关系为单调递减函数,温度对CH₄气体吸收谱线强度的相对变化率大于吸收谱线半宽度的相对变化率,CH₄气体吸收谱线的强度更容易受温度变化的影响;（3）BP神经网络和PSO-BP模型测试样本的绝对平均误差（MAE）分别为12.88%和1.81%,平均绝对百分比误差（MAPE）分别为2.3%和0.3%,均方根误差（RMSE）分别为15.96%和2.69%,相关系数R2分别为0.980 6和0.999 6。通过建立PSO-BP温度补偿模型,补偿效果大部分分布在±1.0%的误差范围内,MAE,MAPE,RMSE和R2等评价指标均大幅度提升,对提高TDLAS技术在矿井CH₄的精准检测具有一定的参考意义。     

合成碳纳米管的镍基催化剂中镧的作用

CH4在Ni—Mg和Ni—La—Mg催化剂上裂筋制得两种碳纳米管，通过TKM,BKT，XRD，TG等方法对两种催化剂上所合成的碳纳米管进行检测比较，发现La的加入，使碳纳米管的管径变细，管壁变薄，碳纳米管管壁的石墨化程度更高，热稳定性更好，对碳纳米管的产量没有多大影响。     

共焦拉曼光谱对疏水基底上Mg(CH3COO)2液滴与CO2非均相反应动力学过程的观测

本文利用共焦拉曼光谱在球形液滴的表面和中心可聚焦两次的特性, 观测了不同RH(relative humidity, 相对湿度)下疏水基底上Mg(CH3COO)2液滴与CO2在液滴表面和中心的反应情况。结果表明, 反应生成的产物为碱式碳酸镁。当RH约73%时, 液滴表面和中心生成的产物的量差别不大; 当RH约65%时, 表面和中心的差别较RH约73%时明显; 而当RH降至约58%时, 表面和中心的差别则变得非常明显。由于Mg(CH3COO)2液滴在较低相对湿度下会形成胶态结构, 引起传质受阻, 从而使得CO2由液滴表面扩散到内部变得越来越困难, 最终导致液滴表面生成的产物比中心多。     

CO2置换CH4水合物实验研究进展

全面总结了目前CO2置换CH4水合物中CH4实验研究进展。首先从水合物结构角度出发讨论置换的可能性及置换效率;而后分别从热力学和动力学角度探讨置换反应机理;最后设计并优化了实验系统。作者认为探明置换内在机理是未来置换法开采水合物能源技术发展的关键。     

1.65μm附近CH4分子高分辨率吸收光谱研究

采用连续可调谐二极管半导体激光器为探测光源,以可调怀特型长光程多通池(46.36～1158.90m)作为吸收池,采用直接吸收的方法,探测了室温下1.65μm附近CH4分子的高分辨率吸收光谱。在6043.00～6053.72cm-1范围内探测了5组不同压力和光程下的吸收光谱,观测到了259条线新的CH4分子吸收谱线,实验数据用Gaussian线型进行拟合,得到了这些吸收谱线的线强、线位置以及线强的标准偏差值,并对光谱中难以分辨的吸收谱线进行了分析。探测得到的最小谱线线强是4.3×10-27cm-1·(molcule·cm-2)-1,吸收谱线线强大于3.0×10-24cm-1·(mol·cm-2)-1由于吸收饱和而未被处理,同时所测得的光谱也显示出CH4分子在1.65μm附近有非常丰富的弱吸收谱线和复杂的结构。文中所报道的吸收谱线都是HITRAN2004数据库中所未报道的,而且也未见有其他文献报道过。     

以间质隔离法研究CH3O分子在p-H2间质中的红外吸收光谱

本研究利用低温间质隔离技术搭配红外光谱仪研究CH3ONO在p-H2间质中的光解产生CH3O。实验观察到位于689.3/694.6cm-1、945.9/951.7cm-1、1041.8cm-1、1224.7cm-1、1235.5cm-1、1347.7cm-1、1365.4cm-1、1427.5cm-1、1519.5cm-1、1522.3cm-1等处的CH3O红外吸收谱线,并分析得出各振动模式分别为电子态E1/2a1对称性的ν6、电子态E1/2a2对称性的ν6、电子态E3/2对称性的ν2、电子态E3/2e对称性的ν6、电子态E1/2e对称性的ν6、电子态E1/2a1对称性的ν5、电子态E3/2对称性的ν2、电子态E1/2对称性的ν2、电子态E3/2e对称性的ν5及电子态E1/2e对称性的ν5。     

基于STM32F407的以太网通信模块设计

物联网的大规模形成和高速发展,使得基于以太网通信的嵌入式系统开发成为物联网应用的一个实际课题。本论文设计了一种以STM32F407作为主处理器的以太网通信模块;利用32位闪存微控制器STM32F407与以太网模块CH395实现串口通信;采用CH395控制芯片内置的TCP/IP协议栈与上位机LabVIEW客户端建立数据通信,并实时发送测试数据进行实验研究。实测结果表明：基于STM32F407的以太网通信嵌入式系统工作稳定,数据传输可靠,能够满足系统设计需求。