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基于GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)的TMA传感器气敏性能及其应用研究

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电子学报 2024年第4期52卷 1389-1398页

作者：韩丹洪宇涛刘志华段奇李栋辉王雨史杰旭桑胜波太原理工大学电子信息与光学工程学院山西太原030024

本文联合溶剂热法和氮化法合成氮化镓(GaN)/Ti_(3)C_(2)T_(x)新型复合材料,并研究了基于GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)新型复合材料的气体传感器对三甲胺(Trimethylamine,TMA)气体的传感特性.通过一系列表征手段分析了复合材料的形貌以及元素组... 详细信息

本文联合溶剂热法和氮化法合成氮化镓(GaN)/Ti_(3)C_(2)T_(x)新型复合材料,并研究了基于GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)新型复合材料的气体传感器对三甲胺(Trimethylamine,TMA)气体的传感特性.通过一系列表征手段分析了复合材料的形貌以及元素组成特性,证实了GaN与Ti_(3)C_(2)T_(x)材料的成功复合.传感器对TMA气体的气敏特性结果表明,GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)传感器在室温下能够高效检测1~200 ppm的TMA气体,且与纯GaN传感器相比,对TMA的检测下限由10 ppm降低至1 ppm.此外,复合传感器气敏结果进一步证实了其良好的抗干扰特性以及长期稳定性.利用表面耗尽层模型解释了GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)复合传感器气敏机理,及其与纯GaN传感器相比气敏性能提升的原因.最后,本文开发了一种无接触式TMA气体检测装置,检测结果表明该装置有望实现对肝、肾病患者呼出气的高效实时检测,在肝、肾疾病的早期筛查方面具有较大的应用潜力.

关键词： GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x) 室温三甲胺气体传感器无接触检测

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基于自组装密排金纳米球微球壳的米散射特性

光学学报 2024年第14期44卷 326-335页

作者：宋明霞虞应刘绍鼎太原理工大学电子信息与光学工程学院山西商太原030024

通过乳化自组装方法制备了由密排金纳米球所构成的微球壳结构,实验测量及数值计算的单颗粒散射光谱表明,微球壳结构的光学响应与等效高折射率电介质球壳类似,能够产生电偶极及磁偶极共振模式。当两者的相互作用满足Kerker条件时,可形成... 详细信息

通过乳化自组装方法制备了由密排金纳米球所构成的微球壳结构,实验测量及数值计算的单颗粒散射光谱表明,微球壳结构的光学响应与等效高折射率电介质球壳类似,能够产生电偶极及磁偶极共振模式。当两者的相互作用满足Kerker条件时,可形成定向的前向散射,从而有效抑制背向散射。同时,由于金纳米颗粒之间的等离激元耦合作用,微球壳的壳层内部相对电介质结构能够产生更大的局域场增强。此外,通过测试和计算结果的对比可见,随着微球壳尺寸的增大,其壳层厚度有逐渐增大的趋势,同时如环形电偶极、电四极、磁四极等高阶米散射贡献也可有效被激发。上述结果表明这种金纳米球所构成的微球壳是一种具有丰富米散射特性的结构,在增强光学非线性和光学成像等领域具有潜在的应用前景。

关键词：米散射金纳米球乳化自组装等效介质理论表面等离激元

铝掺杂调控CsPbBr_(3)量子点尺寸实现单光子发射

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光学学报 2024年第16期44卷 347-356页

作者：吕鑫李国辉郭婷刘绍鼎孙虹崔艳霞温荣太原理工大学电子信息与光学工程学院山西太原030024 太原理工大学物理学院山西太原030024

采用热注入法合成了具有不同Al^(3+)离子掺杂浓度的铯铅溴(CsPbBr_(3))量子点,并系统地研究了它们的光学特性和材料特性。研究结果表明,Al^(3+)离子掺杂不仅能够有效调控CsPbBr_(3)量子点的发光强度与发光波长,还增强了CsPbBr_(3)量子... 详细信息

采用热注入法合成了具有不同Al^(3+)离子掺杂浓度的铯铅溴(CsPbBr_(3))量子点,并系统地研究了它们的光学特性和材料特性。研究结果表明,Al^(3+)离子掺杂不仅能够有效调控CsPbBr_(3)量子点的发光强度与发光波长,还增强了CsPbBr_(3)量子点中的Pb—Br键的相互作用,从而显著提高了量子点的环境稳定性。此外,Al^(3+)离子的半径远小于Pb^(2+)离子,导致Al^(3+)离子掺杂能够有效引起CsPbBr_(3)量子点晶格收缩,进而减小了量子点的尺寸并提高了尺寸均一性。CsPbBr_(3)量子点尺寸的减小增强了其量子限域效应,使得量子点的单光子发射性能得到了显著提高。本研究为优化钙钛矿量子点单光子源性能提供了新思路,也促进了新兴钙钛矿单光子源领域的发展。

关键词：钙钛矿量子点热注入法离子掺杂单光子

基于图像结构信息的可见光和SAR图像快速配准

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系统工程与电子技术 2024年

作者：贾蕾蕾刘利民董健 1.陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系 2.北京理工大学集成电路与电子学院陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系北京理工大学集成电路与电子学院

针对可见光和合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）图像配准过程中的几何差异、辐射差异和斑点噪声问题，提出一种基于图像结构信息的可见光和SAR图像快速配准算法。首先，建立高斯尺度空间，利用偏移均值滤波和双线性插值建... 详细信息

针对可见光和合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）图像配准过程中的几何差异、辐射差异和斑点噪声问题，提出一种基于图像结构信息的可见光和SAR图像快速配准算法。首先，建立高斯尺度空间，利用偏移均值滤波和双线性插值建立图像自相似性方向图；然后，在最大和最小自相似性图上进行FAST特征点检测，获取角点和边缘特征；再者，基于最小自相似性索引图和等面积策略构建描述子，并提出描述子多方向转换方法和批量生成方法；最后，利用最近邻与次近邻之比和快速抽样一致性识别正确匹配。实验结果表明，该算法在可见光和SAR图像配准方面具有明显优势。

关键词：可见光和SAR图像配准结构信息多方向转换批量生成

基于分子间电荷转移效应的P3HT∶Y6基可近红外响应有机光电倍增探测器

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光学学报 2024年第4期44卷 90-98页

作者：胡依凡滑羽璐冀婷石林林崔艳霞李国辉太原理工大学物理学院山西太原030024 太原理工大学电子信息与光学工程学院山西太原030024

通过在成本较低的活性层P3HT中引入少量在近红外波段有吸光能力的有机受体Y6制成倍增器件,Y6与P3HT发生分子间电荷转移,使得器件的响应波段拓展至1310 nm,在目前所报道的近红外倍增型有机光电探测器中具有明显优势。在空穴传输层与活性... 详细信息

通过在成本较低的活性层P3HT中引入少量在近红外波段有吸光能力的有机受体Y6制成倍增器件,Y6与P3HT发生分子间电荷转移,使得器件的响应波段拓展至1310 nm,在目前所报道的近红外倍增型有机光电探测器中具有明显优势。在空穴传输层与活性层之间引入原子级厚度的Al_(2)O_(3),极大降低了器件的暗电流,将器件由只能反向偏压响应改善到能够正反双向偏压响应。Al_(2)O_(3)修饰后器件在860 nm处的外量子效率为800%,比探测率为5.6×10^(11)Jones;1310 nm处器件的外量子效率为80.4%,比探测率为5.13×10^(10)Jones。

关键词：探测器分子间电荷转移近红外波段有机光电倍增探测器双向偏压界面修饰

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等离子体光纤光栅超痕量汞离子传感器

光学学报 2024年第9期44卷 258-266页

作者：王芳廉岚淇卢梦迪张扬太原理工大学电子信息与光学工程学院山西太原030600 大连理工大学物理学院辽宁大连116024

为实现特异性、超痕量、原位的重金属汞离子检测,提出一种基于适配体和磁性纳米粒子增强倾斜光纤布拉格光栅-表面等离激元共振(TFBG-SPR)汞离子传感器。首先,在倾斜光纤布拉格光栅包层区域溅射厚度合适的金膜以激发表面等离激元共振,在... 详细信息

为实现特异性、超痕量、原位的重金属汞离子检测,提出一种基于适配体和磁性纳米粒子增强倾斜光纤布拉格光栅-表面等离激元共振(TFBG-SPR)汞离子传感器。首先,在倾斜光纤布拉格光栅包层区域溅射厚度合适的金膜以激发表面等离激元共振,在探针末端镀金从而形成反射式传感结构。然后,采用具有胸腺嘧啶(T)碱基失配的适配体修饰TFBG-SPR栅区,进行特异性汞离子识别。最后,选择链霉亲和素包被的磁性纳米粒子作为信号放大标签,以提高离子检测性能。汞离子与T碱基作用激活适配体序列,连接磁性纳米粒子,传感器表面折射率发生变化,TFBG-SPR包层模式的振幅产生响应。结果表明:采用差分幅度解调,传感器对汞离子的检测极限为0.5 pmol/L,检测范围为1 pmol/L~10μmol/L,所提传感器具备良好的特异性以及再生性,同时通过测量临床样品的回收率,可以证实其在即时、快速检测领域中的应用前景。

关键词：传感器光纤传感器光纤布拉格光栅表面等离激元痕量离子检测

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

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渐进多焦点自由曲面镜片渐进通道优化设计

光学学报 2024年第8期44卷 208-218页

作者：张欣项华中马乐飞郑泽希陈家璧王成张大伟庄松林上海理工大学健康科学与工程学院医学光学与视光学研究所上海200093 上海理工大学机械工程学院上海200093 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海理工大学上海介入医疗器械工程技术研究中心上海200093

渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布,是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法;针对渐进通道宽度过窄的问题,对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加,同时... 详细信息

渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布,是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法;针对渐进通道宽度过窄的问题,对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加,同时推导新的子午线光焦度分布函数以降低子午线光焦度变化率;仿真及加工了3片镜片。研究结果表明:采用累积分布函数能够设计出满足光学性能要求的渐进镜片;使用矢高叠加扩展了渐进通道的宽度,保持了像散梯度的平滑过渡,且将最大像散分布在镜片鼻翼两侧;新的子午线光焦度分布函数在拓宽渐进通道宽度下会存在像散梯度变化堆积问题,所以需要将光焦度分布和面型等因素结合考虑,并进行优化。本研究方法为渐进多焦点镜片的子午线光焦度优化设计提供了新的理论。

关键词：光学设计子午线光焦度加宽渐进通道渐进多焦点镜片

密闭环境中压力对现场混装乳化炸药微观结构和热稳定性的影响

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含能材料 2024年第10期32卷 1080-1090页

作者：潘长鑫刘锋毕如洁代伟朱正德程雨航安徽理工大学化学工程学院安徽淮南232001

为研究螺杆泵送和中深孔装药时伴随的高压作用对现场混装乳化炸药基质微观结构和热稳定性的影响,采用光学显微镜、激光粒度仪、水溶性实验、热重与微商热重联用技术、Kissinger法和Ozawa法、Coats-Redfern法和?atava法,对常压、高压环... 详细信息

为研究螺杆泵送和中深孔装药时伴随的高压作用对现场混装乳化炸药基质微观结构和热稳定性的影响,采用光学显微镜、激光粒度仪、水溶性实验、热重与微商热重联用技术、Kissinger法和Ozawa法、Coats-Redfern法和?atava法,对常压、高压环境下基质的微观结构、粒径分布、析晶含量、热分解过程、热分解反应活化能、热分解机理函数和速率方程进行了研究。结果表明,从常压到高压,基质内相液滴出现聚合、破乳、析晶现象,粒径由3.717μm增大为4.474μm,硝酸铵晶体的析出量由0.0530 g增大为0.0640 g,乳液体系均一性减弱;基质的平均热分解起始温度T_(onset)由157.4℃升高为184.0℃,平均一阶微商热重峰温T_(p)由262.6℃升高为281.8℃,平均质量损失平均速率由0.1454%·s^(-1)升高为0.1476%·s^(-1),反应活化能由108.49 k J·mol^(-1)降低为84.74 k J·mol^(-1),高压下蒸发破乳释放的游离水可能造成了T_(onset)与T_(p)上升,热分解反应更容易发生;Ozawa法计算的活化能随着转化率增大的变化趋势不同,热分解反应的机理函数从Valensi方程变为反Jander方程,其速率方程也发生了变化。高压作用促进了基质内相液滴聚合、破乳、析晶过程,降低了热分解反应发生的活化能,减弱了体系均一性、热稳定性。

关键词：高压作用现场混装乳化基质微观结构热分解动力学