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基于微纳结构光力和光力矩的研究

基于微纳结构光力和光力矩的研究

作者：郑励超山东师范大学

学位级别：硕士

近年来,光学镊子已经成为探测和操纵微小物体的强大手段。在生物学上,光镊已被广泛应用在捕获细菌或者对单个细胞的操纵。但是随着时代的发展,人们对于单一颗粒的操纵已无法满足生物医疗的要求,例如,捕获更加微小的微粒、病毒的筛选、... 详细信息

近年来,光学镊子已经成为探测和操纵微小物体的强大手段。在生物学上,光镊已被广泛应用在捕获细菌或者对单个细胞的操纵。但是随着时代的发展,人们对于单一颗粒的操纵已无法满足生物医疗的要求,例如,捕获更加微小的微粒、病毒的筛选、蛋白质和DNA片段的分选等等。另一方面,生物学的研究通常需要大量的实验数据来进行验证,因此传统光镊是存在着局限性的。目前传统光镊存在两个较大问题:1.在使用单聚焦激光束捕获亚波长颗粒会受到衍射极限的限制,由于较小的粒子需要更高和更紧密的光场来稳定捕获,所以这种紧密的焦点可能在捕获位置产生很大的功率密度的焦耳热问题,从而损坏需要捕获的粒子。2.单光束光镊仅仅只能够捕获或操纵一个颗粒,急需一个平台实现多粒子的捕获和分选。伴随着微纳结构的兴起,很多研究者开始探索该领域对于光镊的应用。科研人员发现,微纳结构不仅仅能够支持多颗粒的捕获还能够实现分选颗粒的有趣现象。科研人员最早关注的是表面等离激元,发现它可有效克服光的衍射极限,通过等离子体共振增强电场,在亚波长频率能够产生足够的光力,实现在相对较低的光功率下对纳米颗粒的捕获。然而,随着深入研究发现等离子体的缺点在光学频率下容易发生的强烈吸收损耗,等离子体纳米镊子会表现出焦耳热问题,可能导致热泳动和对流的问题,进而会降低捕获的稳定性。如果温度升高,甚至会导致水沸腾（在进行捕获的地方）,严重的情况下将会损坏样品。最近,随着高折射率的半导体的兴起被证明是一种有效的、低损耗的金属等离子体结构的替代品,研究者们认为由高折射率半导体制备的全介质微纳结构将会有效降低焦耳热问题。但是经过研究发现这些半导体无法形成有效的场增强,但是一些有趣的光学共振能够很好的解决这个问题。通过研究者们的不断探索,先后验证了基于Fano和Anaople模式的全介质微纳结构可以很好的实现高Q值和局域电场增强。本论文提出了一种更加显著的高Q值和场增强光学共振,根据基于连续域束缚态理论、环形偶极子、准导模等概念,创新性地设计了可在低功率激发下实现光学捕获的全介质微纳结构,并对它们产生的光力和光力矩进行了系统研究,还对相关全介质超表面的实验可行性和高效性进行了数值仿真和微纳加工实验验证。论文主要研究有以下工作:1.基于二维材料砷化镓铝（AlGaSe）设计了一种开槽圆盘的超表面。能够以1m W/μm的功率下激发,实现高Q谐振的全介质超表面。通过打破开孔槽的对称性,实现理想BIC向QBIC的转化,使具有无限品质因子的无辐射模式转变成有限品质因子的泄漏模式。为了支持波长为1550 nm的QBIC,而且我们基于实验的可行性,通过调整不对称D,获取了一个10^的品质因子,但是因为尺寸因素,在实验制备上存在很大挑战性。我们通过数值模拟无损耗的高折射率超表面在激发的准连续域束缚态实现了电场局域在开口槽内部,这将实现槽内捕获粒子的优点,在圆盘附近的颗粒上产生巨大的光力和光力矩,通过解析式和数据分析球形颗粒和棒状颗粒的不同运动状态,这将会实现同质不同形颗粒的高效筛选。2.提出了一种由双圆孔蓝宝石硅（SOS）构成的畸变光子晶体板,基于准导模念进行数值模拟。这一章节介绍准导模的色散曲线是导模色散曲线的折叠形式,在兼具QBIC高Q值的同时,其在波矢方向具有很好的稳定性,Q值基本不随角度变化。这种稳定性让我们十分有利于我们多颗粒的捕获和分选,基于实验的的可行性,我们通过改变孔径大小,在计算材料损耗的同时获得3228的品质因子,通过Comsol软件进行数值模拟光力和光力矩。然后我们通过镀膜、EBL、刻蚀等一系列微纳加工方法去摸索制备样品,为接下来验证准导模对于颗粒的捕获和筛选做准备。

关键词：准连续域束缚态全介质超表面光力光力矩准导模模式

不同显示混杂度下浸入感对导航绩效的影响——空间参照框架的作用

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心理科学 2024年第2期47卷 290-299页

作者：李宜倩姬鸣宋晓蕾陕西师范大学心理学院西安710062 陕西省行为与认知神经科学重点实验室西安710062

为考察不同显示混杂度条件下界面浸入感对导航绩效的影响,本研究采用导航界面信息提取任务收集个体的行为、眼动、生理及主观偏好等指标数据,探究不同显示混杂度下界面浸入感对导航绩效是否有影响、如何影响以及空间参照框架在其中的作... 详细信息

为考察不同显示混杂度条件下界面浸入感对导航绩效的影响,本研究采用导航界面信息提取任务收集个体的行为、眼动、生理及主观偏好等指标数据,探究不同显示混杂度下界面浸入感对导航绩效是否有影响、如何影响以及空间参照框架在其中的作用。结果发现,被试在高混杂度高浸入感条件下导航绩效较高,表现为任务反应时更短、获取信息时间更短、认知负荷更低、主观偏好更大;而产生此差异的原因在于高浸入感条件下个体采用了自我中心参照框架。因此,在实际导航界面设计时若应用场景混杂度较高,可通过提升界面浸入感来提高导航绩效。

关键词：显示混杂度浸入感空间参照框架导航绩效具身认知

考虑应变率效应的高海情运载火箭海上发射动力学特性研究

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振动与冲击 2024年第12期43卷 312-321页

作者：王登邵健帅励明君严松姜毅北京理工大学宇航学院北京100081 北京航天发射技术研究所北京100076

运载火箭海上发射过程是一个强非线性复杂系统级问题。在海上风浪环境下,运载火箭与框架式发射架之间发生相对运动,适配器与导轨间的多次冲击载荷非线性、不连续,多次冲击速度不同,应对适配器模型的应变率效应进行评估。首先基于聚氨酯... 详细信息

运载火箭海上发射过程是一个强非线性复杂系统级问题。在海上风浪环境下,运载火箭与框架式发射架之间发生相对运动,适配器与导轨间的多次冲击载荷非线性、不连续,多次冲击速度不同,应对适配器模型的应变率效应进行评估。首先基于聚氨酯泡沫试验数据,得到更为准确地改进唯象宏观模型。分别建立考虑适配器应变率效应和不考虑适配器应变率效应的海上发射系统动力学模型,对高海情下运载火箭海上发射系统动力学特性进行研究。结果表明,应变率效应对运载火箭海上发射过程中适配器与导轨接触载荷影响较大,对运载火箭海上发射滚转运动规律影响显著,将直接影响后续运载火箭海上发射安全性评估及限转装置设计。研究对运载火箭海上发射具有较高工程价值及理论指导意义。

关键词：海上发射发射动力学应变率效应火箭滚转

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渤海油田非连续化学驱提高采收率机理

石油学报 2024年第6期45卷 988-998页

作者：张健李宜强李先杰管错陈鑫梁丹海洋油气高效开发全国重点实验室北京102209 中海油研究总院有限责任公司北京100028 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249

渤海水驱油田以高孔高渗疏松砂岩为主,分大段强注强采至高含水阶段非均质性进一步加剧,存在水驱及常规聚合物驱方式难以动用更多小层、持续有效扩大波及等问题。按照化学体系调驱强度的差异,分别将凝胶、弹性分散流体和聚合物定义为强... 详细信息

渤海水驱油田以高孔高渗疏松砂岩为主,分大段强注强采至高含水阶段非均质性进一步加剧,存在水驱及常规聚合物驱方式难以动用更多小层、持续有效扩大波及等问题。按照化学体系调驱强度的差异,分别将凝胶、弹性分散流体和聚合物定义为强、中、弱3级调驱体系。根据连续化学驱(持续注入单一段塞体系)过程中渗流阻力动态变化规律,结合非均质岩心有效注入压力测试研究由强、中、弱3种调驱体系组合而成的非连续化学驱(DCF)扩大波及体积的动态特征;基于微流控实验揭示其扩大波及体积的微观机理,利用并联岩心驱替实验优化了DCF段塞组合注入方式;最后通过海上油田矿场试验验证DCF提高采收率的可行性。研究结果表明,连续化学驱过程中油水两相总流度持续增加,非均质岩心中的高渗区域总流度占比增大,扩大波及体积能力受限,不同药剂体系段塞组合的DCF驱替模式可以有效解决单一段塞增阻能力不足、过强或不均匀的问题;微流控实验表明,强-弱组合和弱-强组合DCF可较连续注入单一体系分别扩大波及29.2%和14.0%;岩心驱替实验表明,中-强-弱-强-弱DCF组合方式效果较好,可以在连续聚合物驱基础上提高采收率4.41%。有效调控注采压差和持续扩大微观波及体积是非连续化学驱提高采收率的主要机理。DCF模式在渤海BZ油田2口井的先导试验受效井含水率最大降低14%,增油量为6.97×10^(4)t,控水增油效果良好。

关键词：渗流阻力非连续化学驱波及体积注采压差段塞组合

沂水县浅层地下水水化学特征及人体健康风险评估

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环境科学学报 2024年第3期44卷 177-188页

作者：李立伟许庆陈秀增李宜蓉临沂市沂水县环境监控中心临沂276400 沂水县交通运输局临沂276400

地下水是山东省沂水县及其周边地区饮用水和灌溉用水的主要来源.厘清地下水化学特征及其水质状况,对防止其恶化和区域性开发利用与保护具有十分重要的意义.本研究基于沂水县全域447个地下水样本的层次聚类分析,采用Piper三线图和Gibbs... 详细信息

地下水是山东省沂水县及其周边地区饮用水和灌溉用水的主要来源.厘清地下水化学特征及其水质状况,对防止其恶化和区域性开发利用与保护具有十分重要的意义.本研究基于沂水县全域447个地下水样本的层次聚类分析,采用Piper三线图和Gibbs图等图形方法揭示了研究区域地下水化学特征及其演变机制,并通过熵权水质指数(EWQI)对地下水水质进行了评估.结果表明,各聚类模块中地下水整体水质优良,符合国家饮用水水质标准.Na^(+)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-)、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N和F-的变异系数较大,且NH_(4)^(+)-N、SO_(4)^(2-)、F-以及Cl^(-)对地下水水质的贡献较大,约占55%.地下水水化学类型以HCO_(3)-Mg·Ca为主,影响地下水化学演变的主导因素为岩石风化和溶解.成人的健康风险结果显示,仅Cluster C和Cluster B中存在非致癌风险超过1.0(HI>1)的可接受限值的地下水样本,且其比例均低于20%(分别为18.84%和6.52%),而儿童的这一比例在Cluster C和Cluster B中也较高,且所有聚类模块中均存在HI>1的样本.地下水的非致癌风险在Cluster C和Cluster B中较高,且口服摄入是影响研究区成人和儿童健康风险的最重要途径.地下水水质评价和健康风险评估为区域地下水的可持续发展和污染防治提供了理论参考.

关键词：地下水水化学特征形成机制健康风险评估沂水县

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双向斜置波纹钢板剪力墙抗震性能试验研究

地震工程学报 2024年

作者：张震杨涛春李宜蔚林明强谢群济南大学土木建筑学院

为解决平钢板剪力墙易产生面外屈曲的问题,提出一种具备自防面外屈曲性能的新型双向斜置波纹钢板剪力墙(CCSPW)。为研究波纹角度对其抗震性能的影响,设计制作3个1/3缩尺CCSPW试件,通过MTS加载系统开展试验研究,同时分析在低周反复荷载... 详细信息

为解决平钢板剪力墙易产生面外屈曲的问题,提出一种具备自防面外屈曲性能的新型双向斜置波纹钢板剪力墙(CCSPW)。为研究波纹角度对其抗震性能的影响,设计制作3个1/3缩尺CCSPW试件,通过MTS加载系统开展试验研究,同时分析在低周反复荷载作用下的初始刚度、承载力、破坏过程与破坏形式、耗能能力以及延性等抗震性能指标。研究表明:在低周反复荷载作用下,CCSPW可较好地防止面外鼓曲现象,并有良好的侧向承载能力;双向斜向布置的波纹钢板一拉一压共同受力,有效提高试件的初始刚度;其中,斜置角度为45°的CCSPW试件的承载力比其他两个试件分别提高了5.5%与10%,且延性系数最大,延性最好;斜置角度为60°的CCSPW试件的初始刚度和等效黏滞阻尼系数最大,与其他两个试件相比其等效黏滞阻尼系数提高了2%～5%,且耗能能力较为优异。

关键词：波纹钢板抗震性能承载力耗能能力试验研究

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三叉神经痛动物模型的研究进展

中南大学学报（医学版） 2024年第1期49卷 47-53页

作者：彭静仪李宜航李正弈棋邹望远中南大学湘雅医院麻醉科长沙410008

三叉神经痛(trigeminal neuralgia,TN)是一种口面部神经病理性疼痛,被称为“天下第一痛”,特点是反复发作、骤发、骤停,呈电击样痛或刺痛。TN可由面部或口内的非伤害性刺激诱发,包括日常生活中的说话、洗脸、咀嚼、刷牙等动作,这严重降... 详细信息

三叉神经痛(trigeminal neuralgia,TN)是一种口面部神经病理性疼痛,被称为“天下第一痛”,特点是反复发作、骤发、骤停,呈电击样痛或刺痛。TN可由面部或口内的非伤害性刺激诱发,包括日常生活中的说话、洗脸、咀嚼、刷牙等动作,这严重降低了TN患者的生活质量。TN的发病机制尚未完全阐明,目前认为TN的发生与发展可能与三叉神经根进入区的微血管压迫有关。此外,周围神经的损伤也可能引起口面部三叉神经分布区域内的神经病理性疼痛。基于目前有关TN潜在病因的假说,已有多种模拟TN发病特点的动物模型,包括三叉神经根或三叉神经节慢性压迫模型、周围神经慢性损伤疼痛模型、外周炎性痛模型、中枢致痛模型等。然而,国内外尚未能建立一种公认的能完全模拟TN发病过程的动物模型。选择合适的动物模型对于TN的研究具有重要意义,因此有必要对TN动物模型在动物品系、材料与操作方法、效果观察等方面的特点进行探讨,以提供TN动物模型研究进展的相关信息。未来有待开发更符合人类TN特点的动物模型,以期助力TN的基础及转化医学研究。

关键词：三叉神经痛神经病理性疼痛动物模型

21世纪以来会馆剧场及演剧研究的回顾与展望

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戏剧（中央戏剧学院学报） 2024年第1期213卷 119-129页

作者：高扬励姚晓芳山西师范大学戏剧与影视学院山西师范大学文学院

21世纪以来,会馆剧场及其演剧活动的研究取得了长足进步,个案性研究持续升温,区域性、类别性研究逐渐流行,理论性研究走向深入。在今后的研究中,应推进会馆戏曲文物文献史料搜集整理工作,深化对会馆剧场及会馆演剧传统视角的研究,重视... 详细信息

21世纪以来,会馆剧场及其演剧活动的研究取得了长足进步,个案性研究持续升温,区域性、类别性研究逐渐流行,理论性研究走向深入。在今后的研究中,应推进会馆戏曲文物文献史料搜集整理工作,深化对会馆剧场及会馆演剧传统视角的研究,重视会馆剧场及演剧与声腔传播、新声腔生成作用的探索,以多学科视角拓宽会馆剧场及演剧研究的视野。

关键词：会馆会馆剧场会馆演剧声腔

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自适应动态滤波网络地震随机噪声压制方法

石油地球物理勘探 2024年第4期59卷 736-744页

作者：徐彦凯王迪李宜真曹思远郝越翔中国石油大学(北京)人工智能学院北京102249 中国石油集团川庆钻探工程有限公司页岩气勘探开发项目经理部四川成都610000 中国石油大学(北京)CNPC物探重点实验室北京102249

由于地质及环境条件复杂,导致地震勘探采集资料信噪比相对较低,对后续的研究带来不利影响,因此地震勘探数据处理中对随机噪声的压制一直备受关注。现有算法无法较好实现对噪声的有效压制和对有效信号的极大保留,为此,将传统方法和深度... 详细信息

由于地质及环境条件复杂,导致地震勘探采集资料信噪比相对较低,对后续的研究带来不利影响,因此地震勘探数据处理中对随机噪声的压制一直备受关注。现有算法无法较好实现对噪声的有效压制和对有效信号的极大保留,为此,将传统方法和深度学习相结合,提出了基于自适应动态滤波网络(Adaptive Dynamic Filtering Net,ADFNet)的方法压制地震资料中的随机噪声。该网络以编码器—解码器为架构,首先引入通道注意力机制(Attention Mechanism,AM)的思想,通过通道AM对空洞卷积多尺度数据特征集成,为网络提供了精准且丰富的特征表示;然后,引入动态卷积,以较低的计算复杂度实现对地震资料高频特征的学习,从而保留更丰富的细节信息。合成数据和实际数据的实验结果均表明,ADFNet可有效压制地震资料中的随机噪声,同时保留更丰富的地震数据细节,处理后的地震数据信噪比得到显著提升。

关键词：深度学习通道注意力机制动态卷积残差学习信噪比

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