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基于双柔性电极模拟叉指图案电极的液体介电泳研究

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物理学报 2024年第3期73卷 161-167页

作者：尚修霆陈陶谌静徐荣青南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院南京210023

介电泳通过非均匀电场作用于介电液体内偶极子影响表面润湿性,实现液滴接触角可调,克服了电润湿效应的接触角饱和限制,但其驱动电极需图案化处理,难以实现实用的三维可调光学器件.本文采用外裹绝缘介电层且互不导通的双柔性电极缠绕于... 详细信息

介电泳通过非均匀电场作用于介电液体内偶极子影响表面润湿性,实现液滴接触角可调,克服了电润湿效应的接触角饱和限制,但其驱动电极需图案化处理,难以实现实用的三维可调光学器件.本文采用外裹绝缘介电层且互不导通的双柔性电极缠绕于平板基底形成二维平面线墙,模拟叉指图案电极以驱动液体介电泳,给出了“液滴-叉指平面线墙”模型的接触角与电压理论关系.在0—250 V_(rms)电压范围内实验测量的接触角变化可达32°,符合上述理论关系,为构造液体介电泳三维可调光学器件提供了理论和实验基础.

关键词：液体介电泳效应模拟叉指图案电极柔性电极接触角

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金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜结构的透射增强效应

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物理学报 2024年第11期73卷 288-296页

作者：关建飞俞潇丁冠天陈陶陆云清南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院南京210023

为了采用易于直接激发的塔姆等离激元(Tamm plasmon polaritons,TPPs)实现透射增强现象,本文提出了一种由一维金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜(distributed Bragg reflector,DBR)构成的层状结构.采用有限元法分析了入射光波在DBR-金属... 详细信息

为了采用易于直接激发的塔姆等离激元(Tamm plasmon polaritons,TPPs)实现透射增强现象,本文提出了一种由一维金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜(distributed Bragg reflector,DBR)构成的层状结构.采用有限元法分析了入射光波在DBR-金属交界面上激发TPPs并产生能量高度局域的物理过程.研究表明入射TM光波在金属-DBR交界面上激发的TPPs可以有效地激发金属狭缝内的SPPs模式,当SPPs模式在狭缝内满足类FP谐振的条件就可以使入射光波在该结构中的产生透射增强.在此基础上,分析了狭缝宽度及其占空比对透射谱峰的定量影响.结果显示:周期确定时随着狭缝宽度的增大,峰值透射率则呈现先增大后减小的变化趋势;宽度确定时随着占空比的增大,峰值透射率会呈现单调降低的变化趋势,而透射峰中心波长呈现近似线性蓝移趋势,这为灵活调节异常透射的中心波长提供了一种有效手段.

关键词：光学异常透射金属光栅塔姆等离激元类法布里-珀罗共振

分数阶衍射蜂窝晶格中带隙涡旋孤子的传输与控制

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物理学报 2024年第9期73卷 125-135页

作者：王娟芬韦鑫刘帅杨玲珍薛萍萍樊林林太原理工大学电子信息与光学工程学院太原030600

基于分数阶非线性薛定谔方程,研究分数阶衍射效应下蜂窝晶格中带隙涡旋光孤子的存在性与传输特性.首先采用平面波展开法得到蜂窝晶格能带结构,其次在带隙结构中分别采用改进的平方算子迭代法、分步傅里叶法和傅里叶配置法研究含有蜂窝... 详细信息

基于分数阶非线性薛定谔方程,研究分数阶衍射效应下蜂窝晶格中带隙涡旋光孤子的存在性与传输特性.首先采用平面波展开法得到蜂窝晶格能带结构,其次在带隙结构中分别采用改进的平方算子迭代法、分步傅里叶法和傅里叶配置法研究含有蜂窝晶格势的分数阶非线性薛定谔方程中带隙涡旋孤子的模式及其传输特性.研究结果发现带隙涡旋孤子的传输特性受Lévy指数和传播常数的影响.在稳定区间,带隙涡旋孤子可以稳定传输,而在非稳定区间,带隙涡旋孤子会随着传输距离的增加而逐渐汇聚,失去环状结构演变为基孤子.且Lévy指数越大,带隙涡旋孤子能够稳定传输的距离越长,功率越低.此外,相邻晶格同相位两个带隙涡旋孤子与旁瓣能量相叠加,反相位两带隙涡旋孤子与旁瓣能量相抵消,传输过程中逐渐失去环状结构,演化为类偶极子模式,且受方位角调制影响而周期性旋转.在非相邻晶格处两带隙涡旋孤子,由于旁瓣影响较小,带隙涡旋孤子在传输过程中能较好地保持环状结构.

关键词：分数阶薛定谔方程蜂窝晶格带隙涡旋孤子相互作用

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相位光时域反射仪中相位信号噪声抑制的研究

中国激光 2024年第5期51卷 109-119页

作者：钟镇邹宁睦张旭苹李萌常州工学院光电工程学院江苏常州213032 南京大学智能光传感与调控技术教育部重点实验室江苏南京210093 得克萨斯州立大学英格拉姆工程学院美国得克萨斯78666

噪声的抑制对于相位光时域反射仪实现相位信号的精确测量至关重要。为此,在相干探测型相位光时域反射仪中采取了幅度形式噪声抑制和相位形式噪声抑制的双层处理方法,并且在“慢时间轴”和“快时间轴”两个方向上对相位形式的噪声进行抑... 详细信息

噪声的抑制对于相位光时域反射仪实现相位信号的精确测量至关重要。为此,在相干探测型相位光时域反射仪中采取了幅度形式噪声抑制和相位形式噪声抑制的双层处理方法,并且在“慢时间轴”和“快时间轴”两个方向上对相位形式的噪声进行抑制。首先,在正交解调时采用数字低通滤波器抑制幅度形式的噪声,以正确求解未解缠绕的包裹相位;接着,在“慢时间轴”方向上采用小波分解与重构的方法实现噪声的抑制,并借助相干探测型相位光时域反射仪相位变化线性分布的空间特征和噪声的随机性同时结合相关计算获得最佳小波分解层数;最后,在“快时间轴”方向上使用整体最小二乘的数据拟合方法进行噪声的抑制。实验结果表明:采用三重降噪得到的相位信号的均方根误差为0.17832 rad,比没有采用“慢时间轴”小波降噪的二重降噪方法降低了23.3%。这表明使用包含“慢时间轴”方向小波降噪的三重降噪方法能够实现更精确的相位信号测量。

关键词：光纤光学光纤传感相位光时域反射仪定量测量噪声抑制小波降噪

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基于定位校正指数的嘧啶类含能材料爆轰性能

火炸药学报 2024年

作者：堵锡华宋明徐艳徐州工程学院材料与化学工程学院

嘧啶具有六元氮杂芳环结构，可作为合成高能不敏感含能材料的骨架单元。为研究嘧啶类含能化合物的爆轰性能与其分子结构的构效关系，根据嘧啶类含能化合物分子中原子相互连接的空间特性，提出了一种新的分子结构指数—定位校正指数B，... 详细信息

嘧啶具有六元氮杂芳环结构，可作为合成高能不敏感含能材料的骨架单元。为研究嘧啶类含能化合物的爆轰性能与其分子结构的构效关系，根据嘧啶类含能化合物分子中原子相互连接的空间特性，提出了一种新的分子结构指数—定位校正指数B，此外还计算了19个含能化合物分子的电拓扑态指数，并优化筛选出其中的E13作为分子结构描述符，将E13与定位校正指数B结合，与嘧啶类含能化合物的爆轰性能进行回归分析，将B和E13这2种结构指数作为BP神经网络的输入变量，神经网络结构采用2-3-1的结构方式，构建了预测嘧啶类含能化合物爆轰性能好的神经网络法模型，每个模型的总相关系数均超过0.99，达优级相关，计算得到的氧平衡、爆热、爆速和爆压的预测值与文献值的平均相对误差分别为1.59%、1.05%、0.37%和1.28%。如将指数扩展到与噁三唑稠环类含能材料分子、含氟唑类含能化合物分子的爆轰性能等进行分析预测，同样能得到令人满意的结果。结果表明，嘧啶类含能材料分子的爆轰性能与定位校正指数、电拓扑态指数有良好的非线性关系。

关键词：嘧啶噁三唑稠环含氟唑类化合物爆轰性能定位校正指数电拓扑态指数神经网络法

直链淀粉衍生物对聚甲基丙烯酸甲酯热性能的影响研究

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高分子学报 2024年第9期55卷 1191-1199页

作者：赵崴代枭张丽丽沈军哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150001 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为探索自由基聚合所得聚合物结构与热性能的可控方法,采用氨基甲酸酯化法合成4种具有规则螺旋结构的直链淀粉衍生物,即直链淀粉-三(4-氯苯基氨基甲酸酯)、直链淀粉-三(苯基氨基甲酸酯)、直链淀粉-三(4-甲基苯基氨基甲酸酯)和直链淀粉-三... 详细信息

为探索自由基聚合所得聚合物结构与热性能的可控方法,采用氨基甲酸酯化法合成4种具有规则螺旋结构的直链淀粉衍生物,即直链淀粉-三(4-氯苯基氨基甲酸酯)、直链淀粉-三(苯基氨基甲酸酯)、直链淀粉-三(4-甲基苯基氨基甲酸酯)和直链淀粉-三(S-(-)-α-甲基苄基氨基甲酸酯)衍生物,并将其作为手性添加剂诱导甲基丙烯酸甲酯(MMA)的自由基聚合,进一步探究直链淀粉衍生物对所得聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)热性能的影响.通过核磁共振氢谱和圆二色光谱等确认直链淀粉衍生物的结构规整,取代完全,并具有规则的手性螺旋结构.采用凝胶色谱法、动态光散射、X射线衍射和热失重分析等对所得PMMA的分子量及其分布、分子链聚集行为和热性能进行了详细表征.结果表明,由直链淀粉衍生物诱导所得PMMA的热稳定性能获得明显改善,其中以对位甲基取代直链淀粉衍生物的诱导效果最好,可使PMMA的玻璃化转变温度和起始分解温度分别提高26和71℃,为甲基丙烯酸酯类单体的可控聚合方法提供了新思路.

关键词：直链淀粉衍生物聚甲基丙烯酸甲酯热稳定性自由基聚合

三维荧光光谱结合IGOA-SVM分类鉴别油类污染物

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1031-1038页

作者：程朋飞朱燕萍潘金燕崔传金张怡徐州工程学院电气与控制工程学院江苏徐州221018 华北理工大学电气工程学院河北唐山063210

溢油污染是一种典型的环境污染形式,通过多重渠道危害着生物多样性和人类自身安全。因此,针对油类污染物自身组成成分及其特性,采用多种方法相结合的方式,对其进行实时、精确、高效的检测对生态环境监测具有重要意义。三维荧光光谱分析... 详细信息

溢油污染是一种典型的环境污染形式,通过多重渠道危害着生物多样性和人类自身安全。因此,针对油类污染物自身组成成分及其特性,采用多种方法相结合的方式,对其进行实时、精确、高效的检测对生态环境监测具有重要意义。三维荧光光谱分析法以其检测精度高、实时性好、操作简便、干扰性小等优势在荧光类物质检测领域应用十分广泛。三维荧光光谱结合支持向量机等算法在物质分类鉴别和浓度预测方面取得较好的成效,但仍存在收敛速度慢、易陷入局部最优等缺陷。将三维荧光光谱与改进蚱蜢优化支持向量机算法(IGOA-SVM)相结合,提出一种对油类污染物分类鉴别的新方法。首先,以0.1 mol·L-1十二烷基硫酸钠溶液作为溶剂,将0#柴油、95#汽油和煤油以不同浓度配比配制成0#柴油和95#汽油、0#柴油和煤油两组分混合样本20个和18个,三组分混合样本20个,各取一半为训练集和测试集。然后,采用F-7000荧光光谱仪采集混合溶液的荧光数据,分析三种油的标准溶液及配制的混合溶液,发现荧光光谱均在一定范围内存在不同程度的重叠现象,仅利用光谱检测无法准确鉴别。最后,结合混沌初始化、精英优化算法和差分进化算法对蚱蜢优化算法进行改进,提取激发波长270 nm,发射波长270~450 nm范围内的荧光峰数据作为训练的输入值,以三种分类标签作为输出,将数据分别输入到蚱蜢优化支持向量机算法(GOA-SVM)、粒子群优化支持向量机算法(PSO-SVM)和遗传优化支持向量机算法(GA-SVM)中进行训练,IGOA-SVM模型在收敛速度、稳定性和跳出局部最优能力上明显优于GOA-SVM、PSO-SVM和GA-SVM,为油类污染物的准确鉴别提供了一种新思路。

关键词：三维荧光光谱改进蚱蜢优化算法支持向量机石油类污染物

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正方形布置四圆柱结构流致振动响应特性研究

力学学报 2024年第3期56卷 670-681页

作者：胡中明王嘉松孙远坤郑瀚旭范迪夏黄淮学院建筑工程学院河南驻马店463000 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海201100 西湖大学工学院杭州310030

通过风洞实验研究了正方形布置四圆柱的流致振动特性,实验雷诺数Re=3200~28900,圆柱间距比S/D=1.5~4.0(S为两圆柱圆心间距,D为圆柱直径),质量比m^(*)≈345.0.结果表明,当S/D≤2.0时,上游圆柱1和2呈现涡激振动和类弛振耦合响应,下游圆柱3... 详细信息

通过风洞实验研究了正方形布置四圆柱的流致振动特性,实验雷诺数Re=3200~28900,圆柱间距比S/D=1.5~4.0(S为两圆柱圆心间距,D为圆柱直径),质量比m^(*)≈345.0.结果表明,当S/D≤2.0时,上游圆柱1和2呈现涡激振动和类弛振耦合响应,下游圆柱3和4呈现涡激共振和尾流弛振耦合响应;当S/D=2.5~3.0,上游圆柱1和2除了在约化速度超过一定值时存在弱振动外,基本接近单圆柱涡激振动响应,下游圆柱3和4表现为分离的涡激共振和尾流弛振响应;当S/D=4.0时,上游圆柱1和2振动响应几乎和单圆柱一样,而圆柱3和4仍呈现分离的涡激共振和尾流弛振响应.当圆柱呈现涡激振动(上游圆柱)或涡激共振(下游圆柱)时,涡脱频率f_(s)锁定于固有频率f_(n)的1倍谐频,而当圆柱呈现剧烈的类弛振响应(上游圆柱)或尾流弛振响应(下游圆柱)时,f_(s)则会出现明显的多倍谐频;圆柱模型振动频率f_(o)主频始终锁定于fn的1倍谐频.通过对比正方形四圆柱和双圆柱流致振动特性,发现双圆柱动力学响应规律在一定程度上仍适用于正方形布置四圆柱.

关键词：流致振动风洞实验正方形四圆柱涡激振动流固耦合

PEGMA刷微图案诱导聚苯乙烯纳米颗粒阵列化

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材料导报 2024年第14期38卷 270-276页

作者：高浩魏中华邓佳陈涛赵海利昆明理工大学化学工程学院昆明650504

基于光引发原子转移自由基聚合(ATRP)反应,在疏水性引发剂表面制备亲水性聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)聚合物刷微图案,以PEGMA聚合物刷图案化表面为模板,借助亲疏水区域间表面能的差异使聚苯乙烯(PS)纳米颗粒在亲水区域精准组装制备纳... 详细信息

基于光引发原子转移自由基聚合(ATRP)反应,在疏水性引发剂表面制备亲水性聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)聚合物刷微图案,以PEGMA聚合物刷图案化表面为模板,借助亲疏水区域间表面能的差异使聚苯乙烯(PS)纳米颗粒在亲水区域精准组装制备纳米颗粒微阵列。采用X射线光电子能谱仪(XPS)与拉曼光谱仪(Raman)对各阶段基体表面化学组分进行表征,结果表明,聚多巴胺/3-(三甲氧基硅烷基)丙基2-溴-2-甲基丙酸酯(PDA/SiBr)复合涂层、PEGMA聚合物刷以及PS纳米颗粒微阵列被成功制备。采用扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜对PEGMA聚合物刷图案化表面及PS纳米颗粒阵列化表面进行观察,结果表明PS纳米颗粒在PEGMA聚合物刷微图案区域选择性组装。研究了PS纳米颗粒微阵列表面BSA蛋白吸附行为,荧光图像结果表明PS纳米颗粒在PEGMA聚合物刷微图案表面组装后可以有效促进BSA蛋白在该区域的黏附。相关研究工作拓展了图案化聚合物刷在纳米颗粒微阵列制备中的应用,为纳米颗粒在高质量生物微阵列、生物探针等领域的应用提供了技术支持。

关键词：聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)刷微图案亲疏水反差特性聚苯乙烯(PS)纳米颗粒微阵列蛋白吸附