现代数字物理教学连载②——关于电流磁场的数字教学研究

以电磁场的教学为例,介绍了数字物理教学的重要作用,并借助现代数字技术,解决了长期以来基础物理教学未能处理好的环形电流及螺线管磁场和交变电磁场的问题,丰富了电磁学的教学内容,提高了学生处理实际问题的能力．     

Femtosecond electron pulse compression by using the time focusing technique in ultrafast electron diffraction

We present a new model of an electron gun for generating subrelativistic femtosecond (fs) electron pulses. The basic idea is to utilize a dc acceleration stage combined with a time focusing region, the time focusing electrode generates an electron energy chirp for bunching at the target. Without considering the space charge effects, simulations of the electron gun were carried out under the conditions of different dc voltages and various slopes of the voltage added on the time focusing electrode. Tracing and simulating large numbers of photoelectrons through Monte-Carlo and finite difference methods, the electron pulses with 1 ps can be compressed to 55 fs, which will allow significant advances in the field of ultrafast diagnosis.     

无人值守变电站电力设备音频监测及故障诊断系统

针对智能变电站的无人值守需求及现有故障诊断系统的不足,提出一种电力设备音频监测及故障诊断系统。根据变电站电力设备音频信号信噪比较低的特点,采用具有强鲁棒性的梅尔频率倒谱系数作为判断音频信号异常的特征参数,在此基础上根据音频特征构成多样本观测序列,并采用隐马尔科夫模型进行故障诊断,通过对比对数似然估计概率的输出值确定故障类型。该方法具有实时性较强的优势,也避免了现有故障诊断方法要求较大样本容量的缺陷。实验结果表明,该故障诊断系统具有较高的识别率和鲁棒性。     

PZT 95/5陶瓷电致失效机理研究

对PZT 95/5陶瓷在直流电场、脉冲方波电场以及半正弦波电场作用下的失效机理进行了理论和实验分析.结果表明:在直流作用下,其失效机理以热-电耦合失效为主;而在脉冲电场作用下,考虑振动冲击效应以及相关的力谱分布,脉宽越短,能量向高频偏移,越可能发生力-电耦合失效;当脉宽增加,PZT 95/5陶瓷失效机理将从力-电耦合失效逐步转变成直流失效模式. 关键词： PZT 95/5 失效机理 直流电场 脉冲电场     

极低频高压脉冲电场对萌发玉米种子超弱发光的影响

生物超弱发光是来自细胞的电磁信号,在揭示电磁生物学效应的机理研究中具有重要作用.为了研究极低频脉冲电场生物学效应及其机理,采用基于玉米细胞电位波动频率的1 Hz极低频高压脉冲电场处理萌发玉米种子,结果发现玉米种子的萌发过程明显加快,根长和芽长均有显著增长.对萌发种子的自发发光和延迟发光的测量结果显示,1 Hz极低频高压脉冲电场对萌发过程中玉米种子的自发发光和延迟发光积分强度都有明显的促进作用,表明1 Hz极低频高压脉冲电场加速了玉米种子萌发过程中的DNA合成和细胞代谢.     

变组分AlGaAs/GaAs透射式光电阴极分辨力特性分析

建立了变组分AlGaAs/GaAs光电阴极二维载流子输运连续性方程.在一定的边界条件下,利用数值计算方法对此方程进行求解,得到了变组分AlGaAs/GaAs光电阴极调制传递函数(MTF)理论计算模型.利用该模型计算了透射式变组分和均匀组分阴极的理论MTF,分析了分辨力与Al组分变化范围、入射光子波长、AlGaAs和GaAs层厚度的关系.计算结果表明,变组分阴极与均匀组分阴极相比,阴极分辨力显著提高.当空间频率f在100—500 lp·mm-1区间时,分辨力的提高最为明显,如当f=200 lp·mm-1时,一般可提高150%—260%.变组分阴极分辨力的提高是内建电场作用的结果,但内建电场太大时,也会由于Al组分含量过高而影响阴极的长波响应.     

外电场辅助化学气相沉积方法制备网格状β-Ga2O3纳米线及其特性研究

利用外电场辅助化学气相沉积（CVD）方法,在蓝宝石衬底上制备出了由三组生长方向构成的网格状β-Ga₂O₃纳米线.研究了不同外加电压大小对β-Ga₂O₃纳米线表面形貌、晶体结构以及光学特性的影响.结果表明：外加电压的大小对样品的表面形貌有着非常大的影响,有外加电场作用时生长的β-Ga₂O₃纳米线取向性开始变好,只出现了由三组不同生长方向构成的网格状β-Ga₂O₃纳米线;并且随着外加电压的增加,纳米线分布变得更加密集、长度明显增长.此外,采用这种外电场辅助的CVD方法可以明显改善样品的结晶和光学质量.     

非线性柱形涂层复合介质有效的直流-交流电响应

利用摄动展开方法, 研究了由圆柱形带涂层杂质随机嵌入基质所形成的非线性复合介质在外加 的带有不同频率和振幅的混合电场E₀ + E₁ sinωt+E₃ sin3ωt作用下有效的直流-交流电响应, 分别推导了复合介质在杂质核、涂层及基质区域的电势分布, 并在低杂质浓度下给出了复合介质有效的非线性响应及它们之间的关系. 关键词： 非线性柱形涂层复合介质 有效的非线性响应 外加交直流电场     

脉冲电场对木瓜蛋白酶影响的荧光光谱分析

木瓜蛋白酶溶液在电场强度为50 kV·cm-1,频率1 500 Hz,脉冲宽度40 μs的脉冲电场下接受19 800个脉冲处理后,其活性降低了56.5％。文章采用荧光偏光光谱对处理前后的样品进行了分析。 处理后酶样的荧光强度明显大于处理前,在峰值位置其荧光强度增加超过50％,峰位从342 nm移到了346 nm左右,其荧光偏振幅度明显减小。由此推断出木瓜蛋白酶经脉冲电场处理后酶蛋白的α-螺旋结构松散拉伸,分子内部的氨基酸残基暴露于分子表面,并有部分发生离解游离于溶液中,导致活性部位的结构发生变化,最终导致酶失活。     

A micro/nanocasting method for replicating soft micro/nanosurface structures using a dynamic electrical field

We propose a new electric field-induced micro/nanocasting method to replicate soft patterns using micro/nanocasting techniques without pressure. The process uses an alternating current (AC) electrical field and rotation of one electrode, generating a dynamic electrical field that induces electrokinetic flow motion in a dielectric solution (polydimethylsilane, PDMS). We used a lotus leaf as a replication template and characterised the PDMS flow motion to observe the effects of various process parameters (e.g., electrical field strength, rotation speed of an electrode, and electrode shape). The unstable flow motion was significantly dependent on the processing parameters, especially the rotation speed of the electrode. Using the optimised processing conditions, the replication efficiency was about 88%. We believe that this method has potential for fabricating soft micro/nanosized structures.