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玻纤复合材料分层缺陷太赫兹无损检测技术

光学学报 2021年第17期41卷 82-90页

作者：王奇书牟达周桐宇任姣姣张丹丹辛胤杰长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室吉林长春130022 长春理工大学光电工程学院光电工程国家级实验教学示范中心吉林长春130022

利用时域有限差分法和太赫兹时域光谱技术对玻纤复合材料分层缺陷进行研究。首先,基于透射式太赫兹时域光谱系统获得玻纤复合材料在太赫兹波段的光学参数,并用时域有限差分法对缺陷进行数值仿真;其次,利用太赫兹时域光谱系统对提前预制... 详细信息

利用时域有限差分法和太赫兹时域光谱技术对玻纤复合材料分层缺陷进行研究。首先,基于透射式太赫兹时域光谱系统获得玻纤复合材料在太赫兹波段的光学参数,并用时域有限差分法对缺陷进行数值仿真;其次,利用太赫兹时域光谱系统对提前预制的缺陷样件进行实际检测;最后,对比理论和实际检测获得的时域波形数据,对缺陷进行成像分析,发现两种方法均实现了在距离材料上表面3 mm和5 mm处对0.3 mm厚度分层缺陷的检测。结果表明:时域有限差分法可为利用太赫兹时域光谱系统检测复合材料缺陷提供理论支撑,减小对标准件的依赖性;太赫兹时域光谱系统可有效检测材料内部缺陷,可通过检测结果判断材料整体性能。

关键词：测量无损检测时域有限差分太赫兹光学参数提取复合材料

太赫兹时域光谱无损检测玻纤复合材料的干涉现象研究

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光谱学与光谱分析 2023年第10期43卷 3031-3040页

作者：牟达王奇书崔宗宇任姣姣张丹丹李丽娟辛胤杰周桐宇长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室吉林长春130022 长春理工大学光电工程学院光电工程国家级实验教学示范中心吉林长春130022 长春设备工艺研究所吉林长春130012

玻璃纤维增强复合材料作为新型的先进复合材料,具有质量轻、耐高温、耐冲击等特有的优点被广泛地应用在航空军工等领域。然而,在其生产过程中由于制作工艺的影响,使其内部容易产生分层和夹杂等微小缺陷;另一方面,此类复合材料在其生命... 详细信息

玻璃纤维增强复合材料作为新型的先进复合材料,具有质量轻、耐高温、耐冲击等特有的优点被广泛地应用在航空军工等领域。然而,在其生产过程中由于制作工艺的影响,使其内部容易产生分层和夹杂等微小缺陷;另一方面,此类复合材料在其生命周期内,由于外界因素如冲击力、高温等干扰,使得材料表面和内部发生灼痕和脱粘等缺陷。缺陷的存在使得作为结构件的玻璃纤维增强复合材料的安全系数降低,因此有必要对材料内部的缺陷进行检测。太赫兹时域光谱技术得益于太赫兹波段的独有优势,作为传统无损检测方式的有效补充,以其瞬态性、低能性以及指纹谱性近年来被广泛地应用在复合材料无损检测领域,可以有效地对缺陷进行无损检测。通过检测结果对玻璃纤维增强复合材料的性能进行评估,然而利用太赫兹时域光谱技术对缺陷检测分析时,发现对缺陷进行层析成像过程有一些随时间扩散的条纹,条纹的存在掩盖了缺陷的形状,对缺陷的清晰识别产生影响,进一步导致对缺陷的漏判和误判。现阶段,对于缺陷层析成像时条纹出现的原因在理论上的分析鲜有研究,该研究提出了应用时域有限差分技术建模分析太赫兹波与玻璃纤维增强复合材料的相互作用机理。建立在0.2~1.5 THz频段范围内的反射式数值模型,通过数值模拟实现了对玻璃纤维增强复合材料内部1、3以及5 mm深度处的缺陷成像,并且发现,当太赫兹波垂直入射到玻璃纤维复合材料表面时,每一深度处的缺陷均可清晰成像,当太赫兹波以1°倾斜角入射到玻璃纤维增强复合材料表面以及玻璃纤维增强复合材料上下表面存在2°倾斜时,材料内部每一深度处的缺陷成像中均出现了交替变化的条纹,验证了出现条纹的原因是由干涉现象引起的。

关键词：无损检测太赫兹时域有限差分缺陷成像干涉条纹

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腐植酸类物质及对植物的生理作用

腐植酸 2001年第3期 33-40页

作者：王奇书王拴柱王天立河南省科学院化学研究所郑州450002

本文引用有关文献资料和研究,简要论述了腐植酸类物质和植物用腐植酸类物质性能以及腐植酸类物质被植物吸收运转和分布的状况,分述了腐植酸类物质对植物生理产生的主要影响以及由其影响所产生的作用。

关键词：泥炭褐煤风化煤腐植酸黄腐酸植物生理

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太赫兹时域光谱系统快速旋转光学延迟线设计

中国激光 2022年第6期49卷 169-177页

作者：辛胤杰李全勇程爽蒋锐王奇书长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室吉林长春130022 长春理工大学光电工程学院光电工程国家级实验教学示范中心吉林长春130022

太赫兹时域光谱技术在无损检测领域有很好的技术优势和应用前景,提高系统的检测速度和探测频谱分辨率是当前时域光谱技术的一个重要课题,而太赫兹时域光谱系统的检测速度和延迟时间是由光学延迟线决定的。基于透射式太赫兹时域光谱系统... 详细信息

太赫兹时域光谱技术在无损检测领域有很好的技术优势和应用前景,提高系统的检测速度和探测频谱分辨率是当前时域光谱技术的一个重要课题,而太赫兹时域光谱系统的检测速度和延迟时间是由光学延迟线决定的。基于透射式太赫兹时域光谱系统,设计了一种新型的旋转式光学延迟线,该旋转延迟线包含24片平面反射镜,通过旋转改变光程,进而产生可变的延迟时间。对该光学延迟线建立了数学模型,并进行了工作状态下光路的仿真与实际实验验证。仿真与实验结果表明,延迟时间可达72ps,扫描频率为60Hz,最小二乘法计算得到的线性度可达99.96%。利用有限元分析(FEA)软件对该延迟线的机械结构进行了旋转状态下的受力分析和模态分析,验证了该设计在工作中的可靠性与稳定性。该设计相比现有的太赫兹时域系统中的线性延迟线,有更快的扫描速度和更长的线性延迟时间,有利于太赫兹时域光谱系统的光纤集成化。

关键词：测量太赫兹时域光谱技术光学延迟线等效采样延迟距离延迟时间

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基于介质透镜的太赫兹光电导天线研究

长春理工大学学报（自然科学版） 2021年第6期44卷 19-26页

作者：蒋锐李全勇程爽辛胤杰王奇书长春理工大学光电工程学院长春130022

太赫兹光电导天线作为常用的太赫兹源,由于其表面波效应的存在,使得太赫兹光电导天线的转换率变低。为了消除该效应,提高其方向性成为了研究人员的研究热点。选取蝶形天线作为太赫兹源,通过理论分析与CST模拟仿真,确定了蝶形天线的臂长... 详细信息

太赫兹光电导天线作为常用的太赫兹源,由于其表面波效应的存在,使得太赫兹光电导天线的转换率变低。为了消除该效应,提高其方向性成为了研究人员的研究热点。选取蝶形天线作为太赫兹源,通过理论分析与CST模拟仿真,确定了蝶形天线的臂长与角度,并在此基础上对低温砷化镓基底材料的厚度进行优化。并引入介质透镜,通过对其半径及扩展比进行理论与数值分析,分析结果表明添加了硅扩展半球透镜的光电导天线相对于不加透镜的,其方向性提高了15%,更好地满足了太赫兹源的使用条件。

关键词：太赫兹光电导天线蝶形天线介质透镜 CST 表面波效应

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基于曲线反射面快速扫描光学延迟线设计

长春理工大学学报（自然科学版） 2022年第1期45卷 31-38页

作者：程爽李全勇蒋锐辛胤杰王奇书长春理工大学光电工程学院长春130022

太赫兹时域光谱系统作为有效的相干探测技术,提高太赫兹的探测速度是其研究重点。通过说明延迟线的基本原理并进行数学分析,设计了具有4个子叶片的快速旋转延迟线,总延迟距离为127.339 mm,延迟时间为424.464 ps。利用LIGHTOOLS进行理论... 详细信息

太赫兹时域光谱系统作为有效的相干探测技术,提高太赫兹的探测速度是其研究重点。通过说明延迟线的基本原理并进行数学分析,设计了具有4个子叶片的快速旋转延迟线,总延迟距离为127.339 mm,延迟时间为424.464 ps。利用LIGHTOOLS进行理论光线模拟,对轴振动和安装产生的误差进行模拟,并对轴体旋转的模态进行分析。设计和仿真结果表明:此光学延迟线装置能在空间上有效地分开光束平行出入射,且低于一阶模态频率,可稳定旋转,加工可行性较高,能实现较大的延迟时间且重复性较好,有利于快速探测到太赫兹信号,提高太赫兹时域光谱系统扫描速度。

关键词：太赫兹时域光谱曲线反射器延迟线延迟时间扫描速度

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基于微纳结构太赫兹光电导天线辐射特性研究

太赫兹科学与电子信息学报 2021年第4期19卷 652-659页

作者：蒋锐李全勇程爽王奇书辛胤杰长春理工大学光电工程学院光电工程国家级实验教学示范中心吉林长春130022

光电导天线(PCA)作为常用的太赫兹发射器件,如何提高其辐射效率,成为国内外研究人员研究的重点。通过时域有限差分法对PCA辐射效率进行研究,在光敏层表面加入柱状结构,使更多的光被捕获到光敏层,模拟结果表明该结构具有显著增强辐射效... 详细信息

光电导天线(PCA)作为常用的太赫兹发射器件,如何提高其辐射效率,成为国内外研究人员研究的重点。通过时域有限差分法对PCA辐射效率进行研究,在光敏层表面加入柱状结构,使更多的光被捕获到光敏层,模拟结果表明该结构具有显著增强辐射效率的作用。通过对比材料、柱状形状对增强效果的影响,结果表明,在同一种柱状结构下,银材料的PCA、金材料的PCA、砷化镓材料的PCA的增强效果依次降低;同一材料下,带有正六棱柱结构、圆柱形结构、正四棱柱结构的光PCA的增强效果依次降低。通过材料与结构的最佳组合,最高的增强效率为传统PCA的1100%,最低的增强效率为传统PCA的150%。

关键词：太赫兹光电导天线时域有限差分法微纳结构低温砷化镓(LT-GaAs)

黄原胶/液态金属类水凝胶的制备与传感器性能

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黄原胶/液态金属类水凝胶的制备与传感器性能

作者：卢奇书齐鲁工业大学

学位级别：硕士

导电水凝胶作为一种高度可拉伸和生物相容的应变传感材料,在柔性应变传感器的制造中引起了极大的关注。通过将导电材料均匀地掺入水凝胶的基底中,可以有效地赋予水凝胶导电性。这种改性后的水凝胶不仅保持了其原有的柔韧性和生物相容性... 详细信息

导电水凝胶作为一种高度可拉伸和生物相容的应变传感材料,在柔性应变传感器的制造中引起了极大的关注。通过将导电材料均匀地掺入水凝胶的基底中,可以有效地赋予水凝胶导电性。这种改性后的水凝胶不仅保持了其原有的柔韧性和生物相容性,还获得了直接作为应变传感器的传感材料的能力。这种水凝胶基应变传感器在受到外界物理应力时,能够实时地检测和转换应变信号为电信号,从而实现对力学状态的监测。到目前为止,文献中所报道的水凝胶电子导电材料中,液态金属液滴如镓（Ga）和共晶镓铟（EGa In）液滴可以被视为多功能软导电填料,当液态Ga或EGa In通过超声处理分解成液滴时,暴露的Ga可以引发丙烯酰胺等乙烯基单体的自由基原位聚合,构成水凝胶的高分子聚合物。这种特殊性能使Ga或EGa In液滴成为基于导电水凝胶的应变传感器绿色制造的理想导电材料。然而,液态金属Ga是一种不溶于水的液态金属,具有极大的表面张力、低粘度和高密度,使得超声处理形成的Ga液滴即使在乙烯基单体存在下也容易聚结和聚集。同时,Ga或EGa In液滴基导电水凝胶作为应变传感材料时,其机械性能和传感性能仍有待提高,特别是在低应变范围内用于检测细微生理信号时。本研究主要以黄原胶（XG）为主要稳定剂来稳定液态金属Ga液滴,并通过添加PEDOT:PSS或者PANI来协同稳定液态金属Ga液滴,进而在Ga液滴的促进下,引发乙烯基单体的自由基聚合,制备基于液态金属的导电水凝胶。水凝胶中的黄原胶作为一种生物质杂多糖同时构成水凝胶的刚性聚合物网络;而协同稳定Ga液滴的PEDOT:PSS/PANI可以起到增强水凝胶导电性的效果。具体研究如下:在黄原胶和PEDOT:PSS存在下将液态Ga金属超声分散成Ga液滴分散体,与丙烯酰胺混合,通过引发剂过硫酸铵APS和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺MBA促成聚丙烯酰胺PAM的原位自由基合成和共价交联。制备出的XG-PEDOT-Ga-PAM水凝胶具有高韧性、良好的成型性和粘附性。当用作应变传感材料时,基于水凝胶的应变传感器表现出非常高的灵敏度,在175-300%的应变范围内,应变系数GF=12.6%;且具有较短的响应/恢复时间（250 ms）、超低应变检测限（500次循环）。基于该水凝胶的应变传感器出色的传感性能,可作为可穿戴电子器件高度准确地监测从细微径向脉冲到大规模人体关节弯曲的各种人体生理信号和人类活动。在黄原胶和PEDOT:PSS共同稳定的Ga液滴存在下,以APS引发溶解在十二烷基硫酸钠胶束中的疏水性单体十六烷基甲基丙烯酸酯（HMA）和亲水性单体丙烯酰胺（AM）的原位胶束自由基共聚,制备了一种含Ga液滴的疏水缔合导电水凝胶。制备的XG/PEDOT:PSS-GA-P（AM-HMA）水凝胶具有高拉伸性（2950%）,对表面光滑的疏水基材具有优异的附着力,以及良好的导电和机械自愈能力。作为应变传感材料,基于XG/PEDOT:PSS-GA-P（AM-HMA）水凝胶的应变传感器具有高灵敏度（>1000%应变时GF=12.66）、较短的响应/恢复时间（250 ms）、低检应变测限（0.1%）和优异的耐久性（>500次循环）。这项工作为快速制备具有高韧性和优异传感性能的多功能聚丙烯酰胺基水凝胶铺平了一条新路。在PANI和XG共同存在下,将液态Ga金属超声分散成Ga液滴分散体,并进一步与丙烯酸单体（AA）混合,在Ga液滴和少量APS的作用下,引发AA的原位自由基聚合及Ga对PAA的配位交联,制备了XG-PANI-Ga-PAA水凝胶。该水凝胶作为应变传感器的应变材料时,其GF值可达13.4。水凝胶的断裂伸长率和应力分别为964%和265 k Pa。XG-PANI-Ga-PAA水凝胶表现出优异的自愈性能,仅6 h即可达到自愈,且最大自愈效率可达到98%。由于大量羧基的存在赋予了水凝胶强大的粘附性能,所制备的水凝胶可以粘附在各种基材（塑料、金属、木材、不锈钢、玻璃和橡胶）上。因此,制得的水凝胶具有机械强度高、自愈性好、灵敏度高、导电性强等特点,可用于检测正常人体活动。因此,这项工作可以推进水凝胶在柔性应变传感器技术中的应用。

关键词：丙烯酰胺丙烯酸液态金属黄原胶纳米颗粒应变传感器