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介质微球光场调控制备多级银微纳结构及其表面增强拉曼光谱研究(特邀)

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中国激光 2024年第4期51卷 266-277页

作者：陈冰冰闫胤洲赵晨赵艳蒋毅坚北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院北京100124

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种高灵敏的分子振动指纹光谱技术。光辅助化学还原制备SERS衬底具有成本低、环境适用性强等优势,但在微纳结构多样化制造方面存在局限性,限制了SERS衬底的检出性能。笔者系统研究了介质微球独特的聚焦特性,... 详细信息

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种高灵敏的分子振动指纹光谱技术。光辅助化学还原制备SERS衬底具有成本低、环境适用性强等优势,但在微纳结构多样化制造方面存在局限性,限制了SERS衬底的检出性能。笔者系统研究了介质微球独特的聚焦特性,揭示了微球直径对聚焦光场分布的调控规律,在微球底部实现了可控的光场空间分布,实现了多级银微纳结构的快速光还原合成。进一步,通过优化制备参数(前驱液浓度比、激光辐照功率及辐照时间),成功制备了具有优异拉曼增强效果的多级银纳米颗粒/银微环/介质微球(AgNPs/AgMRs/MS)复合结构。通过介质微球和多级银微纳结构(AgNPs/AgMRs)中的光场耦合,即微球聚焦、多级银微纳结构局域表面等离激元共振以及复合结构定向发射等,实现了10^(-14)mol/L的痕量检测,增强因子可达9.50×10^(9),为光化学还原制备高性能介质-金属复合SERS衬底提供了新思路。

关键词：光谱学表面增强拉曼光谱多级银微纳结构光化学还原介质微球

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金属材料激光微焊接研究进展

中国激光 2024年

作者：杜伟哲黄旭霆郑敏肖荣诗黄婷北京工业大学材料与制造学部智能光子制造研究中心

设备器件精密化、微型化是工业发展的重要趋势。在航空航天、动力电池、消费电子、生物医疗等应用领域零部件的日益微型化对微加工工艺提出了更高的要求。金属材料微焊接是微加工领域的重要需求之一，而激光具有能量密度高、热输入精确... 详细信息

设备器件精密化、微型化是工业发展的重要趋势。在航空航天、动力电池、消费电子、生物医疗等应用领域零部件的日益微型化对微加工工艺提出了更高的要求。金属材料微焊接是微加工领域的重要需求之一，而激光具有能量密度高、热输入精确可控、焊接变形小等特点，成为金属材料微焊接的重要技术手段。本文对金属材料激光微焊接技术展开探讨，明确了其内涵，阐明了微尺度效应的影响，并介绍了激光微焊接常见缺陷及其质量控制方法、同种金属材料以及异种金属材料激光微焊接的重要应用前景。最后，总结展望了金属材料激光微焊接技术存在的问题以及未来的发展方向。

关键词：金属箔材激光微焊接尺度效应工艺参数应用

高载量DHA乳状液微粒稳态化技术在DHA强化牛奶中的应用研究

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食品与发酵工业 2024年

作者：张峰茹邹凯艺吕泊润许朵霞北京老年营养与健康教育部重点实验室北京工商大学食品与健康学院

二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid， DHA）是一种人体必需的多不饱和脂肪酸，在缓解心血管疾病、促进婴幼儿神经及智力发育等方面具有重要生理功能，但极易氧化，氧化后不仅降低了其生物活性，而且对人体有害。该研究基于静电络合... 详细信息

二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid， DHA）是一种人体必需的多不饱和脂肪酸，在缓解心血管疾病、促进婴幼儿神经及智力发育等方面具有重要生理功能，但极易氧化，氧化后不仅降低了其生物活性，而且对人体有害。该研究基于静电络合效应，通过酪蛋白酸钠-海藻酸钠封装DHA，构建具有良好稳定性的DHA乳状液微粒。以DHA乳状液微粒作为递送载体，研究DHA乳状液微粒对DHA强化牛奶的理化稳定性、微观结构、流变特性的影响，确定DHA乳状液微粒添加到牛奶中的最佳pH和最优添加量，考察DHA强化牛奶的感官特性及在贮藏期间的氧化稳定性。实验结果表明，DHA乳状液微粒pH值为4.5，添加量为5%（质量分数）（DHA含量10 mg/100 mL）时，DHA强化牛奶的粒径为296.9 nm，电位为-39.6 mV，液滴分布均一，与1%（DHA含量2 mg/100 mL）DHA强化奶和市售产品（DHA含量为2 mg/100 mL）相比无显著差异，在提高DHA载量的基础上，具有良好的物理稳定性、流变特性和感官品质。在贮藏期间，5% DHA强化牛奶未发生明显的氧化反应。该研究基于静电络合效应制备乳状液微粒封装DHA，能够有效提高DHA在牛奶中的理化稳定性及载量，促进DHA稳态化技术在牛奶中推广应用。

关键词： DHA 静电络合乳状液微粒强化牛奶理化稳定性

负热淬灭对富受主型ZnO微米管光电性能研究

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激光技术 2024年

作者：潘永漫闫胤洲张永哲王强蒋毅坚北京工业大学物理与光电工程学院北京工业大学信息学部北京石油化工学院新材料与化工学院

为了研究ZnO本征缺陷种类与浓度对激子跃迁复合和载流子输运特性的影响，采用改进的光学气化过饱和析出法(OVSP)制备了本征富受主型ZnO(A-ZnO)微米管。通过氧气生长气氛实现了施主-受主对(DAP)和中性受主束缚激子(A0X)的浓度调控。揭示... 详细信息

为了研究ZnO本征缺陷种类与浓度对激子跃迁复合和载流子输运特性的影响，采用改进的光学气化过饱和析出法(OVSP)制备了本征富受主型ZnO(A-ZnO)微米管。通过氧气生长气氛实现了施主-受主对(DAP)和中性受主束缚激子(A0X)的浓度调控。揭示了缺陷浓度调控中间态能级产生负热淬灭效应的机制。结果表明，通过提高浅受主缺陷浓度以及提升中间态能级位置，可将A-ZnO微米管的电阻率下降7倍，紫外光响应时间缩短51%，实现了A-ZnO微米管的导电性增强和高效紫外探测。此研究结果为ZnO微纳结构半导体光电器件性能调控提供了新思路。

关键词：光电子学负热淬灭光致发光紫外探测

微球透镜阵列并行制造表面增强拉曼衬底及其光谱增强研究

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光散射学报 2024年第1期36卷 28-37页

作者：王梦圆赵晨闫胤洲赵艳蒋毅坚北京工业大学物理与光电工程学院北京100124

SERS作为一种高灵敏物质指纹谱分析技术,在生物传感、化学分析等领域具有广泛的应用。具有规整纳米结构的SERS衬底是保证拉曼光谱痕量检测可靠性和稳定性的前提,实现高精度、大尺度和高效率的微纳结构制造是SERS衬底目前亟需突破的技术... 详细信息

SERS作为一种高灵敏物质指纹谱分析技术,在生物传感、化学分析等领域具有广泛的应用。具有规整纳米结构的SERS衬底是保证拉曼光谱痕量检测可靠性和稳定性的前提,实现高精度、大尺度和高效率的微纳结构制造是SERS衬底目前亟需突破的技术瓶颈。本工作提出了介质微球透镜—金纳米孔(ML/AuNHs)阵列复合SERS衬底新结构与制造新方法。首先,利用介质微球透镜光子纳米射流,在沉积于微球底部的金膜上制备纳米孔结构,形成ML/AuNHs复合结构。系统研究了532 nm纳秒脉冲激光能量、微球透镜直径、金膜厚度等工艺参数对金纳米孔的成形规律,通过优化加工工艺,实现了微球透镜阵列底部直径215 nm金纳米孔的超分辨并行加工。之后,理论分析了微球透镜的SERS“热点”自对准聚焦、光学回音壁共振模式以及定向天线等光场调控过程,揭示了ML/AuNHs复合衬底的拉曼增强机制。最后,展示了ML/AuNHs复合衬底检出灵敏度10-10 M(硝基苯硫酚,4-NBT)的SERS检测能力,较单独使用金属纳米孔降低2个数量级。本工作提供了一种简易高效且具有高灵敏度的SERS衬底结构及其制备方法,拓宽了SERS的实际应用潜力。

关键词：表面增强拉曼光谱超分辨并行加工微球透镜阵列光子纳米射流局域表面等离激元

负载叶黄素米糠油体乳液的制备及理化稳定性分析

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食品与发酵工业 2024年第11期50卷 137-142页

作者：张文冠郝佳许朵霞北京老年营养与健康教育部重点实验室北京工商大学食品与健康学院北京100048

叶黄素因其优异的生物活性被广泛关注,但水溶性差、易降解等缺点限制了其在食品加工中的应用。为解决以上问题,该研究以副产物米糠为原料,提取米糠油体作乳化剂,负载叶黄素的稻米油为油相,制备米糠油体叶黄素乳液,对乳液的物理稳定性、... 详细信息

叶黄素因其优异的生物活性被广泛关注,但水溶性差、易降解等缺点限制了其在食品加工中的应用。为解决以上问题,该研究以副产物米糠为原料,提取米糠油体作乳化剂,负载叶黄素的稻米油为油相,制备米糠油体叶黄素乳液,对乳液的物理稳定性、包封效果、流变特性、微观结构进行表征,探究乳液组分间相互作用以及乳液的储藏稳定性。研究结果表明,乳液的理化稳定性随着体系中油相浓度的增大而减小,当油相体积分数为10%时,乳液粒径为(481.03±34.39)nm,zeta电位值为(-38.07±0.46)mV;叶黄素与米糠油体主要通过氢键结合;在经过22 d的加速氧化后乳液中叶黄素的保留率接近65%。该研究结果可为开发植物油体递送载体提供理论与技术基础。

关键词：叶黄素米糠油体乳液相互作用理化稳定性

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多相机视觉测量系统在轨自主定向方法

激光与光电子学进展 2024年第10期61卷 119-128页

作者：赵艳芳孙鹏董明利刘其林燕必希王君北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100192 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

在轨组装、维修等航天应用需要大尺寸高精度的在轨测量手段,而视觉测量具有极大的应用潜力。针对目前在轨多相机视觉测量系统缺少人工参考物辅助相机定向的问题,提出一种利用恒星和基准长度尺使多相机视觉测量系统实现外方位参数标定的... 详细信息

在轨组装、维修等航天应用需要大尺寸高精度的在轨测量手段,而视觉测量具有极大的应用潜力。针对目前在轨多相机视觉测量系统缺少人工参考物辅助相机定向的问题,提出一种利用恒星和基准长度尺使多相机视觉测量系统实现外方位参数标定的方法。首先提出一种基于相对外方位参数的恒星和基准长度尺成像模型,解决无人工目标点时多相机空间位置和姿态的解算问题;然后提出一种基于先验误差估计的加权联合平差算法,将三类不同数据融合,实现多相机外方位参数高精度标定。实测实验表明,利用所提标定方法,恒星和基准长度尺端点像面误差的标准差分别为0.48μm(1/7像素)和0.21μm(1/16像素)。另外,在2.5 m×1.4 m的测量范围内,所提方法的空间X、Y和Z坐标误差的标准差分别为0.15 mm、0.04 mm和0.05 mm。所提方法能为视觉测量在轨应用中面临的系统参数标定问题提供方法和参考数据。

关键词：多相机系统在轨标定相对外方位参数模型联合平差

蛇形空间机械臂单个2-DOF关节的运动学标定

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机床与液压 2024年第3期52卷 1-9页

作者：宋国庆赵成浩袁俊杰张忠海何广平北方工业大学机械与材料工程学院北京100144 北京航天测控技术有限公司北京100041

绳索驱动的分段式蛇形空间机械臂通常具有相同结构的模块化关节,能够在狭小空间中灵巧操作,其精度是制约机器人发展的主要因素。为了提高蛇形空间机械臂的位置精度,指导蛇形空间机械臂的精度设计,以单个2-DOF关节为对象,提出一种正则化... 详细信息

绳索驱动的分段式蛇形空间机械臂通常具有相同结构的模块化关节,能够在狭小空间中灵巧操作,其精度是制约机器人发展的主要因素。为了提高蛇形空间机械臂的位置精度,指导蛇形空间机械臂的精度设计,以单个2-DOF关节为对象,提出一种正则化的运动学标定方法。首先,对具有多重映射关系的2-DOF关节的运动学进行分析,通过矩阵全微分理论建立包含所有几何误差参数的误差模型。然后,对2-DOF关节各部件的所有误差源进行灵敏度分析,依据3σ原则和理想的位置精度设计指标指导各部件的公差设计。最后,考虑所有的制造和装配误差,采用正则化方法对2-DOF关节进行误差辨识,用于补偿控制器中的名义运动学模型。结果表明,经过修正后的运动学模型的位置精度提高了50%,验证了运动学标定的有效性。

关键词：运动学误差分析灵敏度分析运动学标定精度设计

中国城市群地区健康城市发展的综合评估及其影响因素

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地理学报 2024年第6期79卷 1371-1390页

作者：吴康张静李栋首都经济贸易大学城市经济与公共管理学院北京100070 城市群系统演化与可持续发展的决策模拟北京市重点实验室北京100070 清华大学中国新型城镇化研究院北京100084 清华大学智库中心北京100084

健康城市是推进健康中国建设的重要方面,成为健康地理学研究的重要议题。城市群作为推进新型城镇化的主体形态,也应成为“健康中国”建设的主要空间承载区,开展城市群地区健康城市的发展评估兼具理论与实践价值。本文以覆盖中国19个城... 详细信息

健康城市是推进健康中国建设的重要方面,成为健康地理学研究的重要议题。城市群作为推进新型城镇化的主体形态,也应成为“健康中国”建设的主要空间承载区,开展城市群地区健康城市的发展评估兼具理论与实践价值。本文以覆盖中国19个城市群地区的地级以上城市为研究对象,基于健康城市内涵和相关评价模型,建立了多源数据融合的健康城市评估框架,运用CRITIC赋权、地理探测器等方法测度分析了2010年和2020年健康城市发展的时空格局及影响因素。结果表明:①2010—2020年中国城市群地区健康城市建设水平提升明显,健康综合指数向正偏态分布发展,整体由“腹地低—沿海沿边高”演变为以沿海和西南地区中心城市为引领的“多极化”健康格局。②中国城市群地区健康环境改善明显,差异缩小;健康服务仍趋极化,均等化水平不高;健康协同显著提升,城际健康网络加密;健康人群指数略有下降,并向中间收敛。③中国城市群地区健康城市初步形成以长三角、成渝为代表的高指数—高增长和北部城市群的低指数—低增长聚类的类型特征,且区域健康差异缩小,各城市群内部日益协调。④经济发展水平、城镇化建设进程及人力资本积累是影响健康城市发展的主要因素,科技创新、对外开放程度的解释力日益增加,健康城市发展有待向区域健康一体化转型。

关键词：健康城市城市群评价影响因素健康中国