薄膜基荧光传感检测的研究进展

薄膜基荧光传感器是继离子迁移谱之后,业界公认的一种最具发展潜力的微痕量物质探测技术.由于其具有灵敏性、便携性、实时检测、响应速度快、易于制造、不污染待测体系等优点,在食品检测、环境监测、质量控制和生物医学分析等领域引起了广泛的关注和研究.本文主要综述了近年来薄膜基荧光传感在挥发性气体检测、有毒化学品检测、爆炸物检测、溶液相离子检测以及生物监测等领域的研究进展,并提出了薄膜基荧光传感所面临的挑战与未来的发展方向.     

柔性PDA薄膜阵列用于双模光学检测VOC标志物气体

本研究以亲油性的双面胶作为基底,利用滴涂二乙炔单体结合紫外光聚合来制备均匀的聚二乙炔(PDA)薄膜,通过荧光和颜色两种信号变化模式(即"双模光学检测")研究了PDA薄膜对VOC气体的响应性,发现制备的PDA薄膜在2 min内就可以实现明显的荧光和颜色变化,有效解决了目前PDA薄膜在VOC气体检测方面存在响应速度慢、薄膜均一性差等问题.此外,为解决单一PDA薄膜的交叉响应性问题,本研究制备了四种不同的基于双面胶基底的PDA薄膜,并将制备的4种PDA薄膜集成到一片PDMS薄膜基底上来构建柔性的传感阵列,利用阵列的颜色变化结合模式识别技术,实现了对8种VOC气体的快速、灵敏区分.进一步将制备的PDA薄膜阵列用于健康人、模拟糖尿病及肾病患者呼出气体中VOC标志物的辨别和分析研究,发现可以将三类人的呼出气体清晰地区分,说明了该阵列在呼气疾病诊断中的应用前景.与目前报道的PDA薄膜阵列相比,本研究中基于双面胶基底的PDA薄膜阵列具有气体响应速度快、灵敏性高、柔韧性好、制备工艺简单、成本低、易于大规模制备等优点,有望用于实VOC气体检测研究中.     

高超声速高焓边界层稳定性与转捩研究进展

边界层由层流向湍流的转捩是高超声速飞行器设计面临的重大空气动力学问题. 随着飞行速域与空域的不断拓展, 高超声速高焓边界层中的高温气体效应会使得量热完全气体假设失效, 从而深刻影响流动转捩过程. 相关研究涉及多个学科, 是典型的多物理场耦合问题. 近年来, 随着相关飞行器技术的快速发展, 高超声速高焓边界层转捩问题的重要性越来越得到体现, 相关研究已成为国际上的热点领域. 本文综述相关研究进展, 首先介绍目前常用的高温气体物理模型, 尤其关注热化学非平衡模型, 并介绍激波捕捉、激波装配和边界层方程解等常用的高焓流动求解方法, 以及相关风洞和飞行试验技术的进展. 然后综述高温气体效应对转捩过程中的感受性、模态增长、瞬态增长和非线性作用等的影响的相关研究, 其中流向不稳定性中出现较大增长率的第三模态和超声速模态引起了广泛的研究兴趣. 最后进行总结, 并对未来发展略作展望.      

基于微波干涉测速技术的二级轻气炮/火炮内弹道参数诊断

测量二级轻气炮/火炮弹丸在内弹道的速度历程,对轻气炮/火炮的设计、内弹道计算、弹道异常现象诊断分析具有重要作用。因为不同波长微波的传输特性在不同炮管中不同,不同目标的反射特性也不同,为获得最佳的测试结果,设计了两个波长的微波干涉测速系统。对二级轻气炮和高速火炮的内弹道速度进行了连续测量,并利用短时傅里叶变换与相位计算相结合的方法进行了数据处理。实验成功获取了完整的内弹道数据,所测弹丸炮口速度与光束遮断测速装置测试结果差异小于0.5%。通过对内弹道实验数据的分析,证实了二级轻气炮在某些装填条件下易出现碎弹现象。此外,首次观测到二级炮内弹道内前冲气体速度历史,可为研究高速气体的温度、压力、电离等状态提供数据支撑。     

辐射输运方程的统一气体动理学格式

辐射输运方程的数值模拟在天体物理、武器物理和惯性约束与磁约束聚变等研究中都起着非常重要的作用.在实际问题中,背景介质的不透明度系数决定了辐射光子在其中的传输行为.光性薄(不透明度系数小)的介质对辐射光子是透明的,光子与背景介质的相互作用弱,光子传输具有输运传播性质;而光性厚(不透明度系数大)的介质对辐射光子是不透明的,...     

前驱体分子结构对聚糠醇基碳膜微结构及气体分离性能的影响

分别以草酸(OA)和碘(I)两种催化剂合成聚糠醇(PFA)前驱体制备气体分离碳膜. 采用TG, FTIR和XRD对其微结构进行研究, 并通过纯组分气体的渗透实验对碳膜的分离性能进行了探讨. 研究结果表明, 在热解过程中, 两种结构的聚糠醇都是通过脱氧、重排、环化、芳构化等热分解和热缩聚反应逐渐转化为无定形的乱层碳结构, 但热分解反应过程明显不同, 所形成碳膜微结构的差异也很大. 草酸催化剂制备的聚糠醇碳膜的微晶Lc值比碘催化剂制备碳膜的大, 而d(002)和La值则比后者的小, 表明草酸催化剂制备的聚糠醇碳膜碳微晶片层数多、排列规则、结构缺陷和孔隙均小于碘催化剂制备的聚糠醇碳膜, 而且其气体分离选择性较高、渗透通量较小, 表明聚糠醇的分子结构对所制备碳膜的微结构及气体分离性能有很大影响.     

Al掺杂α-Fe2O3材料的制备、表征和气敏特性

采用均相沉淀法制备了纯α-Fe2O3(300 ℃煅烧)和Al掺杂α-Fe2O3(300和400 ℃煅烧), 使用SEM, XRD, ICP和红外光谱等手段进行表征, 并利用气敏仪测试无水乙醇和90＃汽油在不同条件下对材料的响应性能. 结果表明, 微量Al掺杂不改变α-Fe2O3材料的物相, 但会阻碍晶粒生长, 使颗粒变小及Fe2O3晶格间隙中的铁原子数目增多, 材料的导电率增大, 从而显著提高材料的气敏性能. Al掺杂α-Fe2O3对乙醇的响应性能优于对汽油的响应性能, 在乙醇气氛中, 材料对湿度仍然不敏感. 经400 ℃煅烧的Al掺杂α-Fe2O3稳定性较好, 可作为检测乙醇气体的半导体气敏材料.     

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.     

非等熵气体动力学方程组大初值问题的放缩框架

非等熵气体动力学系统Cauchy问题弱解全局存在性有两个公开问题:一个是包含真空的小初值问题,另一个是任意大初值问题.本文通过引入一个放缩框架证明了上述两个问题的等价性,即对于粘性消失解,其包含真空小初值问题的一致BV估计蕴含着任意大初值问题弱解的全局存在性.该放缩框架对大多数具有物理背景的双曲守恒律系统亦成立.     

防污染的自消应力高纯度气体低温换热器的设计

该设计解决了低温工程与低温技术等领域所使用的高纯度气体介质换热的要求,具有显著的经济效益和社会效益。其换热器是由四个管壳式热交换器串联组合而成,壳体呈窄矩形,换热管采用U形换热管,四个管壳式热交换器呈方阵置放在低温换热器筒体内。低温换热器采用的材料是0Cr18N i9/304,该种材料的透气性小、耐磨损、抗腐蚀能力强和性能稳定,防止了气体被污染。另外在低温下,考虑了材料的热胀冷缩所产生的应力,使应力能够自行消除,提高了它的密封性能,最终使低温换热器密封性能好,防止了气体被污染,保证了气体的高纯度。