大学物理基础实验的拓展应用:探讨牛奶的光学性质

牛奶是生活中重要的饮料之一,牛奶光学性质的研究具有重要意义。本文采用紫外-可见吸收光谱法、掠面入射法及法拉第磁光效应原理,分别测出五种不同浓度牛奶的吸光度、折射率、旋光度等光学参数。实验结果显示,随着牛奶样品稀释倍数的增加,吸光度下降。新鲜牛奶的折射率小于四种袋装牛奶的折射率。随着稀释倍数的增加,折射率和旋光度均减小。结果表明,随着牛奶酪蛋白含量的增加,吸光度、折射率和旋光度均增加。     

多分散Au-Ag合金纳米球的光谱消光法反演

贵金属纳米颗粒具有局域表面等离子体共振特性而引起了广泛的关注,其中Au-Ag合金纳米颗粒具有良好的结构稳定性、光热性能以及潜在的抗癌功效而得到普遍研究。在众多应用中的特性与其粒径和浓度密切相关,然而目前常用的电子显微镜观察法和动态光散射法不能同时获得粒径和浓度信息,因此采取有效手段测量颗粒粒径和浓度信息至关重要。基于光谱消光法,利用非负的Tikhonov正则化方法解决反演问题,并根据Mie理论计算消光矩阵。针对噪声问题,采取两种情况研究多分散Au-Ag合金纳米球粒径分布与浓度的反演问题。未添加噪声情况下,颗粒系Ⅰ的反演相对误差小于颗粒系Ⅱ,在波长范围300～500 nm之间的反演相对误差最小,对应平均粒径、粒径标准差和颗粒数浓度的反演相对误差分别为0%,-0.03%和0%。添加随机噪声情况下,将0.5%和1.0%的随机噪声添加进颗粒系Ⅰ中的消光谱,经过数据比较发现在波长范围200～600 nm之间的反演相对误差最小。当添加0.5%的随机噪声时,粒径分布、粒径标准差和颗粒数浓度的变化范围分别为79.76～80.15 nm, 5.60～6.61 nm和0.995 8×1010～1.005 9×1010个·cm-3;当添加1.0%的随机噪声时,粒径分布、粒径标准差和颗粒数浓度的变化范围分别为78.87～80.27 nm, 5.36～9.00 nm和0.992 4×1010～1.027 7×1010个·cm-3。反演结果随着随机噪声的增大,变化范围也明显增大即反演相对误差增大,并且每次添加相同随机噪声后的反演结果不同。为了减少随机噪声导致的不稳定性,对100次反演结果进行平均得到平均粒径、粒径标准差和颗粒数浓度。当随机噪声从0.5%增大至1.0%时,其反演结果的相对误差均增大,但是反演得到的粒径分布、粒径标准差和颗粒数浓度相对误差均小于6%,这说明通过反演算法得到的反演结果具有较好的稳定性。研究表明,光谱消光法为反演多分散Au-Ag合金纳米球粒径分布与浓度提供了一种简单、快速的表征手段,也对研究非球形纳米颗粒有启示作用。     

基于PNK理论的颗粒群Boycott效应研究

科学家Boycott发现草酸化或去纤维化血球沉降在倾斜容器中比在垂直容器中更快,这就是所谓的Boycott效应.本文衍生探究不溶固体颗粒在装有蒸馏水倾斜容器中的沉降是否也会产生Boycott效应以及相关参数影响.利用PNK理论推导出颗粒沉降速率关系式,研究其中影响体系的3个变量,分别为竖直沉降速率、容器底部直径、容器倾斜角度.同时,通过实验探究改变单一变量对沉降速率的影响,与理论计算结果基本吻合.结果表明,不溶固体颗粒也会产生Boycott效应;随着容器倾斜角度增大,颗粒在其中沉降速率先加快后减慢;随着容器底部直径增大,沉降速率与之正相关;随着颗粒垂直沉降速率增大,倾斜沉降速率也与之呈正相关.     

Au-Ag合金纳米球壳的折射率传感特性分析与优化

基于Au纳米颗粒的稳定性、无毒性、生物相容性和Ag纳米颗粒优异的消光特性,Au-Ag合金纳米颗粒在生物传感中存在着潜在的应用价值.为了能找到传感性能更好的合金纳米颗粒,本文利用双层球M ie散射理论和介电函数尺寸修正模型定量研究了Au-Ag合金纳米球壳的尺寸参数对折射率灵敏度、半峰宽和品质因子的影响,获得了最佳品质因子...     

金纳米旋转椭球的折射率传感特性分析与优化

对于金纳米颗粒在化学和生物传感中的应用,找到具有高品质因子的金纳米颗粒形状是近年来的研究热点。基于T矩阵方法和介电函数的尺寸修正模型,本文从理论上定量研究了金纳米旋转椭球的尺寸对其折射率灵敏度、半峰宽以及品质因子的影响。为了获得最佳传感性能,对品质因子进行了优化,并得到了最优的颗粒尺寸参数。结果发现,短半轴为11 nm和长半轴为49 nm的金纳米旋转椭球具有最大品质因子6.76。优化后的金纳米旋转椭球可以作为理想的化学和生物传感器。本研究为金纳米旋转椭球在化学和生物传感的应用中提供重要的理论依据。     

均匀球扭矩德拜级数分析(英文)

基于会聚光束所产生的扭矩来实现对小粒子的操纵已在物理学、生物学等领域得到了广泛的应用。为了分离出单个散射过程对扭矩的贡献,给出扭矩物理机理的解释,本文引入德拜级数分析了高斯波束对均匀球粒子所产生的扭矩。计算表明,当德拜项p从1取到一个足够大的值后,德拜级数计算结果与广义米氏理论结果吻合。文中重点分析了单阶p散射过程对横向扭矩的贡献,结果表明:当线极化光束入射时,p=1～5散射过程都可以产生横向扭矩,但扭矩的方向不同;当圆极化光束入射时,p=-1和0对应的扭矩远大于p=1～4对应的扭矩,且p=0过程产生与其他p过程相反方向的扭矩。     

均匀球扭矩德拜级数分析

基于会聚光束所产生的扭矩来实现对小粒子的操纵已在物理学、生物学等领域得到了广泛的应用。为了分离出单个散射过程对扭矩的贡献,给出扭矩物理机理的解释,本文引入德拜级数分析了高斯波束对均匀球粒子所产生的扭矩。计算表明,当德拜项P从1取到一个足够大的值后,德拜级数计算结果与广义米氏理论结果吻合。文中重点分析了单阶P散射过程对横向扭矩的贡献,结果表明：当线极化光束入射时,P=1～5散射过程都可以产生横向扭矩,但扭矩的方向不同;当圆极化光束入射时,P=一1和0对应的扭矩远大于P=1～4对应的扭矩,且P=0过程产生与其他P过程相反方向的扭矩。