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All laser direct writing process for temperature sensor based on graphene and silver

Frontiers of Optoelectronics 2024年第1期17卷 45-55页

作者： Qi Li Ruijie Bai lianbo guo Yang Gao Shanghai Key Laboratory of Intelligent Sensing and Detection Technology School of Mechanical and Power EngineeringEast China University of Science and TechnologyShanghai 200237China North Automatic Control Technology Institute Taiyuan 030006China Wuhan National Laboratory for Optoelectronics Huazhong University of Science&TechnologyWuhan 430074China

A highly sensitive temperature sensing array is prepared by all laser direct writing(LDW)method,using laser induced silver(LIS)as electrodes and laser induced graphene(LIG)as temperature sensing layer.A finite element analysis(FEA)photothermal model incorporating a phase transition mechanism is developed to investigate the relationship between laser parameters and LIG properties,providing guidance for laser processing parameters selection with laser power of 1–5 W and laser scanning speed(greater than 50 mm/s).The deviation of simulation and experimental data for widths and thickness of LIG are less than 5%and 9%,*** electrical properties and temperature responsiveness of LIG are also *** changing the laser process parameters,the thickness of the LIG ablation grooves can be in the range of 30–120μm and the resistivity of LIG can be regulated within the range of 0.031–67.2Ω・*** percentage temperature coefficient of resistance(TCR)is calculated as−0.58%/°***,the FEA photothermal model is studied through experiments and simulations data regarding LIS,and the average deviation between experiment and simulation is less than 5%.The LIS sensing samples have a thickness of about 14μm,an electrical resistivity of 0.0001–100Ω・m is insensitive to temperature and pressure ***,for a LIS-LIG based temperature sensing array,a correction factor is introduced to compensate for the LIG temperature sensing being disturbed by pressure stimuli,the temperature measurement difference is decreased from 11.2 to 2.6°C,indicating good accuracy for temperature measurement.

关键词： Laser direct writing Temperature sensor Finite element analysis Laser induced graphene Laser induced silver

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基于萨哈-玻尔兹曼图与自吸收校正的单点修正激光诱导击穿光谱

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量子电子学报 2024年第3期41卷 455-462页

作者：胡桢麟王天泽郭连波林楠中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

为进一步提高单点修正激光诱导击穿光谱(OPC-LIBS)的定量分析精度,提出了基于萨哈-玻尔兹曼图与自吸收校正的OPC-LIBS方法,利用该方法对两个钛合金样品中的Ti、V和Al元素进行了定量分析,并将其定量结果与基于玻尔兹曼图的OPC-LIBS、基... 详细信息

为进一步提高单点修正激光诱导击穿光谱(OPC-LIBS)的定量分析精度,提出了基于萨哈-玻尔兹曼图与自吸收校正的OPC-LIBS方法,利用该方法对两个钛合金样品中的Ti、V和Al元素进行了定量分析,并将其定量结果与基于玻尔兹曼图的OPC-LIBS、基于萨哈-玻尔兹曼图的OPC-LIBS以及基于玻尔兹曼图和自吸收校正的OPC-LIBS的结果进行了对比分析。研究结果表明,所提出的改进方法在4种方法中可获得最小的定量误差,测量两个钛合金样品中3种元素的平均相对误差(MREs)分别为4.11%和3.99%,证明所提出的改进方法可有效提高OPC-LIBS的定量分析精度。

关键词：光谱学单点修正激光诱导击穿光谱萨哈-玻尔兹曼图自吸收校正等离子体温度

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激光诱导钛合金等离子体电子温度和电子密度的时间分辨测量

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宁夏工程技术 2024年第1期23卷 1-6页

作者：胡桢麟高阳林楠郭连波中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800 华东理工大学机械与动力工程学院上海200237 华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

以波长为532 nm的纳秒脉冲激光器为激发源,使用中阶梯光栅光谱仪和增强电荷耦合器件(ICCD)获得了激光诱导钛合金等离子体的时间分辨发射光谱;基于发射光谱,利用玻尔兹曼图法和萨哈-玻尔兹曼图法计算了等离子体电子温度;采用斯塔克展宽... 详细信息

以波长为532 nm的纳秒脉冲激光器为激发源,使用中阶梯光栅光谱仪和增强电荷耦合器件(ICCD)获得了激光诱导钛合金等离子体的时间分辨发射光谱;基于发射光谱,利用玻尔兹曼图法和萨哈-玻尔兹曼图法计算了等离子体电子温度;采用斯塔克展宽法计算了电子密度。研究结果表明,相较于玻尔兹曼图法,萨哈-玻尔兹曼图法可提供更为准确的电子温度计算结果。此外,光谱采集门宽的增大会导致等离子体电子温度和电子密度计算值的减小。以上研究结果为钛合金的激光诱导击穿光谱(LIBS)分析提供了实验指导。

关键词：钛合金激光诱导等离子体电子温度电子密度时间分辨测量激光诱导击穿光谱

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Noninvasive in vivo study of NADH fluorescence and its real-time intrinsic dynamical changes: Experiments and seven-layered skin model Monte Carlo simulations

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Journal of Innovative Optical Health Sciences 2022年第3期15卷 10-22页

作者： Huayi Hou Gongzhi Du Yuancheng Wang Chunping Su lianbo guo Xiangbai Chen Hubei Key Laboratory of Optical Information and Pattern Recognition and School of Chemistry and Environmental Engineering Wuhan Institute of Technology WuhanHubei 430205P.R.China Wuhan National Laboratory for Optoelectronics(WNLO)Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074P.R.China

Reduced nicotinamide adenine dinucleotide(NADH)plays a crucial role in many biochemical reactions in human *** this work,a flow-mediated skin fluorescence(FMSF)-postocclusion reactive hyperaemia(PORH)system was developed for noninvasive and in vivo measurement of NADH fluorescence and its real-time dynamical changes in human skin *** real-time dynamical changes of NADH fluorescence were analyzed with the changes of skin blood flow measured by laser speckle contrast imaging(LSCI)experiments simultaneously with FMSFPORH measurements,which suggests that the dynamical changes of NADH fluorescence would be mainly correlated with the intrinsic changes of NADH level in the skin *** addition,Monte Carlo simulations were applied to understand the impact of optical property changes on the dynamical changes of NADH fluorescence during the PORH process,which further supports that the dynamical changes of NADH fluorescence measured in our system would be intrinsic changes of NADH level in the skin tissue.

关键词： Reduced nicotinamide adenine dinucleotide(NADH) fluorescence laser speckle contrast imaging(LSCI) Monte Carlo simulation dynamical change

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LIBS结合图像筛选方法提高钢铁中Cu、Cr、Mn元素检测稳定性研究

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中国无机分析化学 2024年第2期14卷 223-232页

作者：郑培超刘少剑王金梅陈光辉李刚刘旭峰田宏武董大明郭连波重庆邮电大学光电工程学院光电信息感测与传输技术重庆市重点实验室重庆400065 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 农业农村部农业传感器重点实验室北京100097 华中科技大学武汉光电国家实验室武汉430074

优质特种钢材和低端粗钢之间的性能差异主要受其构成元素种类及其成分含量的影响,因此,如何快速准确地对物质成分进行定性及定量分析对钢铁产品的质量评估至关重要。针对传统方法难以实现对钢铁合金成分的快速准确检测的难题,采用激光... 详细信息

优质特种钢材和低端粗钢之间的性能差异主要受其构成元素种类及其成分含量的影响,因此,如何快速准确地对物质成分进行定性及定量分析对钢铁产品的质量评估至关重要。针对传统方法难以实现对钢铁合金成分的快速准确检测的难题,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)结合等离子体图像信息的方法,通过快速地对不同元素的特征光谱强度与激发生成的等离子体图像进行采集,分析两者之间的相关性,并通过提取的图像特征信息的异常值剔除了部分无效光谱数据,进而实现了对钢铁成分的高精度分析。通过分析延迟时间和激光能量等不同实验条件对元素特征光谱强度及其对应等离子体图像的影响规律,不仅证明了等离子体图像与光谱之间存在相关性,还利用等离子体图像特征信息的局部最优值确定了最优延迟时间、激光能量分别为1000 ns与50 mJ,并根据图像特征的平均阈值来筛选无效光谱数据。结果表明,图像筛选优化数据后,各元素谱线校准模型的决定系数(R^(2))分别从原始数据的0.978、0.986、0.957、0.935提升至0.995、0.997、0.968、0.957,且其定标曲线对未知样品元素的预测浓度相对标准偏差(RSD)下降为原始数据预测浓度RSD的50%左右。由此可知采用LIBS结合图像筛选方法可以减少定量分析的误差,提高预测结果精确度。

关键词：光谱学激光诱导击穿光谱等离子体图像定量分析稳定性

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Innovations in metallurgical and materials processes:advancing liquid theory and honoring ***-jie guo's contributions to physical chemistry in metallurgy

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Journal of Iron and Steel Research(International) 2024年第1期31卷 1-2页

作者： Shuai Liu Jing guo Han-jie guo School of Artificial Intelligence Beijing Technology and Business UniversityBeijing100048China School of Metallurgical and Ecological Engineering University of Science and Technology Beijing(USTB)Beijing100083China

Spanning three decades,***-jie guo's research group has dedicated itself to exploring the fundamental theories and practical applications of physical chemistry within the realm of *** under the assumption that molecul... 详细信息

关键词： chemistry liquid complexes

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Identification of Graves’ophthalmology by laser-induced breakdown spectroscopy combined with machine learning method

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Frontiers of Optoelectronics 2021年第3期14卷 321-328页

作者： Jingjing LI Feng CHEN Guangqian HUANG Siyu ZHANG Weiliang WANG Yun TANG Yanwu CHU Jian YAO lianbo guo Fagang JIANG Wuhan National Laboratory for Optoelectronics Huazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China Department of Ophthalmology Union HospitalTongji Medical CollegeHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430022China School of Remote Sensing and Information Engineering Wuhan UniversityWuhan 430079China

Diagnosis of the Graves’ophthalmology remains a significant *** identified between Graves’ophthalmology tissues and healthy controls by using laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS)combined with machine learning *** this work,the paraffin-embedded samples of the Graves’ophthalmology were prepared for LIBS spectra *** metallic elements(Na,K,Al,Ca),non-metallic element(O)and molecular bands((C-N),(C-O))were selected for diagnosing Graves’*** selected spectral lines were inputted into the supervised classification methods including linear discriminant analysis(LDA),support vector machine(SVM),k-nearest neighbor(ANN),and generalized regression neural network(GRNN),*** results showed that the predicted accuracy rates of LDA,SVM,ANN,GRNN were 76.33%,96.28%,96.56%,and 96.33%,*** sensitivity of four models were 75.89%,93.78%,96.78%,and 96.67%,*** specificity of four models were 76.78%,98.78%,96.33%,and 96.00%,*** demonstrated that LIBS assisted with a nonlinear model can be used to identify Graves’ophthalmopathy with a higher rate of *** ANN had the best performance by comparing the three nonlinear ***,LIBS combined with machine learning method can be an effective way to discriminate Graves’ophthalmology.

关键词： Graves’ophthalmology laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS) linear discriminant analysis(LDA) support vector machine(SVM) k-nearest neighbor(kNN) generalized regression neural network(GRNN)

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钛合金的激光诱导击穿光谱快速分类

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光子学报 2022年第4期51卷 176-186页

作者：许铖李芳陈锋张登邓凡郭连波武汉工程大学机电工程学院光学信息与模式识别湖北省重点实验室武汉430205 华中科技大学武汉光电国家研究中心武汉430074 华中科技大学光学与电子信息学院武汉430074

利用激光诱导击穿光谱技术快捷、实时、原位、微损、多元素同步分析的优势,对相同牌号下不同国标编号的钛合金进行分析,以实现对钛合金快速精确的分类识别。用激光诱导击穿光谱技术采集钛合金于各激光强度与延时下的光谱,通过对比6个特... 详细信息

利用激光诱导击穿光谱技术快捷、实时、原位、微损、多元素同步分析的优势,对相同牌号下不同国标编号的钛合金进行分析,以实现对钛合金快速精确的分类识别。用激光诱导击穿光谱技术采集钛合金于各激光强度与延时下的光谱,通过对比6个特征处的峰值强度与信噪比获得最优条件。结合K最邻近算法,对最优条件下采集的TC4钛合金数据进行处理,并优化其模型参数,从而实现同牌号钛合金的分类识别研究。结果表明,采用基于数据处理与模型优化相结合的方法,可以将相同牌号钛合金的分类准确率从84.15%提升至99.14%,同时训练时间从1232.41 s降低至83.91 s,分类性能获得显著提升。研究成果有望实现对相同牌号钛合金的快速精准分类识别,具有广泛的应用前景。

关键词：光谱学钛合金分类激光诱导击穿光谱 K最邻近算法 TC4钛合金

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激光诱导击穿光谱技术应用研究进展(特邀)

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光子学报 2023年第3期52卷 59-72页

作者：郭连波牛雪晨张猛胜周家缘张登刘斌华中科技大学武汉光电国家研究中心武汉430070 湖南水利水电职业技术学院水利工程学院长沙410131

激光诱导击穿光谱技术因其具有制样简单、快速、原位、远程、全元素同步分析等优点,在煤炭检测、冶金分析、生物医学、水质检测等领域具有重要的应用前景,被誉为“未来分析化学巨星”。激光诱导击穿光谱技术在各个领域中发展速度迅猛、... 详细信息

激光诱导击穿光谱技术因其具有制样简单、快速、原位、远程、全元素同步分析等优点,在煤炭检测、冶金分析、生物医学、水质检测等领域具有重要的应用前景,被誉为“未来分析化学巨星”。激光诱导击穿光谱技术在各个领域中发展速度迅猛、研究成果显著。基于此,本文重点阐述了激光诱导击穿光谱技术在煤炭检测、冶金分析、生物医学、水质检测四个领域近五年的研究进展,讨论了当前研究的热点和难点,并对其未来发展趋势进行了展望。

关键词：激光诱导击穿光谱煤炭检测冶金分析生物医学水质检测

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Emerging direct current triboelectric nanogenerator for high-entropy mechanical energy harvesting

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Science China(Technological Sciences) 2024年第5期67卷 1297-1316页

作者： CHEN Jie guo RuiLong guo HengYu College of Physics and Electronic Engineering Chongqing Normal UniversityChongqing 401331China Department of Applied Physics Chongqing UniversityChongqing 401331China

In the era of the Internet of Things(IoT),the provision of sustainable power to distributed,mobile,and low-power-consumption electronic devices is a critical *** overcome this challenge,the triboelectric nanogenerator(TENG),a highly efficient high-entropy mechanical energy harvesting device,was developed in *** device enables the direct conversion of irregular and low-frequency mechanical energy into pulsed alternating current(AC)***,the incompatibility of most electronic devices with AC signals necessitates rectifier circuits or generators that deliver direct current(DC)*** recent years,DC-TENGs have undergone extensive development,achieving significant milestones in various application fields while also facing crucial challenges that require *** this review,three categories of DC-TENG devices with distinct operating mechanisms are comprehensively explored:multiphase coupling,mechanical rectification,and air *** typical structures and working mechanisms are thoroughly discussed,and specific output performance limitations,along with corresponding optimization strategies,are ***,the applications of DC-TENGs in various scenarios are ***,the challenges faced by DC-TENGs and potential solutions are analyzed to guide further advancements in this technology.

关键词： TENG direct current working mechanisms output performance limitations optimization strategies

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