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碳酸钠催化制备纳米碳纤维

化工进展 2024年第7期43卷 3980-3986页

作者：龚勇潘忠文谢纯崔瑾王鲜华中科技大学集成电路学院湖北武汉430074 湖南文理学院水处理功能材料湖南省重点实验室湖南常德415000 成都龙之泉科技股份有限公司四川成都610100 泸州职业技术学院智能控制与电子器件应用技术泸州市重点实验室四川泸州646000

碳纳米材料中残留的金属催化剂会影响其本征性能的发挥,通常需要采用强酸酸洗除去,但酸洗成本较高且破坏碳纳米材料的表面结构,甚至带来环境问题。本文以乙炔为碳源,碳酸钠为催化剂,采用化学气相沉积法裂解制备纳米碳纤维(CNFs),考察制... 详细信息

碳纳米材料中残留的金属催化剂会影响其本征性能的发挥,通常需要采用强酸酸洗除去,但酸洗成本较高且破坏碳纳米材料的表面结构,甚至带来环境问题。本文以乙炔为碳源,碳酸钠为催化剂,采用化学气相沉积法裂解制备纳米碳纤维(CNFs),考察制备温度对CNFs形貌的影响。通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和能谱仪表征CNFs的微观结构和元素组成,通过X射线衍射、拉曼光谱和傅里叶红外光谱表征CNFs的晶体结构和表面官能团。结果表明,500℃制备的CNFs直径约为50nm,产品直径均匀,通过简单的水洗后能除掉CNFs表面的碳酸钠催化剂,乙炔转化率为31.0%,CNFs产率为1396.7%;CNFs表面的碳原子呈无序排列,石墨化度低,主要由C—H、C==C官能团组成。

关键词：纳米碳纤维化学气相沉积法乙炔碳酸钠催化裂解

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基于无透镜散斑图像编码的集成式光谱检测

红外与激光工程 2024年第3期53卷 175-183页

作者：周天彪黄思远文龙陈沁暨南大学物理与光电工程学院纳米光子学研究院广东省纳米光学操控重点实验室广东广州511443

近年来,片上光谱检测技术由于其优异的集成特性在各种应用中引起了广泛的关注。得益于集成在各类便携式平台的低成本图像传感器,与波长相关的图像编码技术成为一种新兴的集成式光谱检测方法。为了准确地对图像中的光谱信息进行解码,通... 详细信息

近年来,片上光谱检测技术由于其优异的集成特性在各种应用中引起了广泛的关注。得益于集成在各类便携式平台的低成本图像传感器,与波长相关的图像编码技术成为一种新兴的集成式光谱检测方法。为了准确地对图像中的光谱信息进行解码,通常需要物镜和较大的工作距离,这些都不可避免地增加了光学系统的复杂性和整个检测系统的尺寸。文中提出了一种基于卷积神经网络算法的新型散斑图像编码技术,通过将纳米散射结构直接集成到图像传感器表面进行散斑成像,实现了无需光学镜头的片上集成式光谱检测功能。这种高集成、低成本的光谱检测方法和器件利用先进算法克服了有限硬件资源造成的弱光谱检测能力,有望在现场快检和分布式传感网络等领域得到应用。

关键词：显微光谱仪图像编码散射深度学习

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温度对自种子直线腔光纤激光器的影响研究

光通信技术 2024年

作者：郝蕴琦钟梦阳韩艺良刘楠楠翟凤潇杨坤郑州轻工业大学电子信息学院郑州轻工业大学郑州市信息光学与光电技术重点实验室郑州轻工业大学河南省磁电信息功能材料重点实验室

为了研究温度对光纤激光器输出性能的影响，利用光纤Bragg光栅和光纤环镜组成线形激光腔、采用掺铒光纤作为腔内放大增益介质，构建自种子直线腔光纤激光器，改变腔中核心器件的温度，实验研究温度对独立器件及激光器整体性能的影响。... 详细信息

为了研究温度对光纤激光器输出性能的影响，利用光纤Bragg光栅和光纤环镜组成线形激光腔、采用掺铒光纤作为腔内放大增益介质，构建自种子直线腔光纤激光器，改变腔中核心器件的温度，实验研究温度对独立器件及激光器整体性能的影响。结果表明，随着温度的升高，激光器波长线性增加，和Bragg光栅自身加热时激光器的输出波长变化相比，激光器波长额外红移0.05243nm。当温度从25℃升高至55℃时，激光器输出转换效率降低4.878%，输出功率降低36%，本质源于掺铒光纤中基态上铒离子数增加，吸收截面增大。本文研究结果可为掺铒光纤激光器的工程应用提供技术参考。

关键词：掺铒光纤激光器自种子温度输出性能

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基于光学传感技术的呼吸监测智能服装研究

针织工业 2024年第5期 64-69页

作者：许君于佩弘周宇聪师云龙天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学电子与信息工程学院天津300387 天津工业大学天津市光电检测技术与系统重点实验室天津300387 苏州大学纺织行业智能纺织服装柔性器件重点实验室江苏苏州215123

呼吸监测智能服装是生理体征监测类智能服装中的一类,可以通过对呼吸信号的监测来反映穿着者的健康状况。文章针对消费者对日常呼吸监测的需求,利用缺口光纤开发压力传感器,并进行不同结构传感器的性能对比,制作出具有呼吸监测功能的智... 详细信息

呼吸监测智能服装是生理体征监测类智能服装中的一类,可以通过对呼吸信号的监测来反映穿着者的健康状况。文章针对消费者对日常呼吸监测的需求,利用缺口光纤开发压力传感器,并进行不同结构传感器的性能对比,制作出具有呼吸监测功能的智能服装。试验表明:所设计制作的基于光学传感技术的呼吸监测智能服装与商业呼吸监测传感器监测结果一致,呼吸监测准确率达到了95%,能够为消费者在不同姿势下的呼吸监测提供保障。

关键词：光学传感技术光纤压力传感器智能服装呼吸监测缺口光纤

基于波长调制光谱非线性特征的气体浓度宽量程检测方法

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中国激光 2024年第5期51卷 206-212页

作者：王前进孙鹏帅张志荣蔡永军黄文彪庞涛夏滑吴边中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室安徽合肥230031 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031 先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230037 国家管网集团科学技术研究总院河北廊坊065000

针对石油化工、煤矿安全等领域对气体浓度宽量程检测的需求,对波长调制光谱检测气体浓度时的非线性特征进行了研究,提出仅用波长调制方法实现气体浓度的宽动态范围测量。该方法根据激光吸收光谱技术原理,对吸收项及其泰勒展开式进行分析... 详细信息

针对石油化工、煤矿安全等领域对气体浓度宽量程检测的需求,对波长调制光谱检测气体浓度时的非线性特征进行了研究,提出仅用波长调制方法实现气体浓度的宽动态范围测量。该方法根据激光吸收光谱技术原理,对吸收项及其泰勒展开式进行分析,在小吸收度时采用线性近似,在大吸收度时采用三次多项式近似。并且使用甲烷气体(CH_(4))作为实验对象,搭建了CH_(4)检测系统,验证了该方法在气体浓度宽量程检测方面的可行性。经过实验验证,该方法能够实现4个数量级大跨度范围(1.5×10^(-6)~10000×10^(-6))的CH_(4)检测。对阈值为1000×10^(-6)(在3 m有效光程下吸收度为0.0236)以下和以上的气体体积分数分别进行检测,反演浓度和标准浓度之间均表现出良好的相关性,拟合优度均大于0.999。另外,在吸收度大于0.0236的范围内,该方法的最大测量相对误差为0.93%,绝对误差为-92.1×10^(-6)。为了验证其稳定性,对体积分数为5000×10^(-6)(吸收度为0.118)的CH_(4)进行长时间测量,并统计其反演浓度的高斯分布,经过计算得到其半峰半宽为15.9×10^(-6)。实验证明该方法突破了传统波长调制光谱只能测量低浓度的局限,在宽量程检测中获得了良好的检测结果,为气体浓度宽量程检测提供了一种新思路,同时也大大拓宽了波长调制光谱的应用范围。

关键词：光谱学波长调制光谱非线性特征甲烷气体(CH_(4)) 宽量程检测

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一维氧化锌纳米线真空隧道结的电子发射研究

真空科学与技术学报 2024年第9期44卷 779-784页

作者：刘济洲刘海洋李振军北京卫星制造厂有限公司国家纳米科学中心中科院纳米卓越中心中科院纳米光子材料与器件重点实验室纳米标准与检测重点实验室中国科学院大学材料与光电研究中心

纳米真空隧道结是一种重要的功能元件，（准）弹道输运机制使其具有更低的功耗和理论高达3×10～8 m/s的传输速度，是实现高性能电子器件的理想选择。利用一维纳米材料制备真空隧道结对于推进器件小型化和高集成具有重要意义。文章利用... 详细信息

纳米真空隧道结是一种重要的功能元件，（准）弹道输运机制使其具有更低的功耗和理论高达3×10～8 m/s的传输速度，是实现高性能电子器件的理想选择。利用一维纳米材料制备真空隧道结对于推进器件小型化和高集成具有重要意义。文章利用性质稳定的氧化锌纳米线设计并制备了一维隧道结，研究了其在静电场和超快光激发下的电子发射现象，在超快光场的驱动下实现了六次幂的非线性光发射电流和调制，有望推动一维超快纳米真空电子器件的发展。

关键词：电子隧穿器件一维纳米隧道结超快光激发氧化锌纳米线

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一维合成维度水基声子晶体

物理学报 2024年第10期73卷 221-226页

作者：胡晨阳梁家洛郑日翌陆久阳邓伟胤黄学勤刘正猷华南理工大学物理与光电学院广州510640 武汉大学物理科学与技术学院人工微纳结构教育部重点实验室武汉430072

水下声学在水下通信、水下定位和导航等方面具有广泛的应用.借助拓扑物理的概念,研究水基声子晶体中的拓扑态为水下声波的创新性调控提供了一种全新的手段,既有基础研究价值,又有重要的应用前景.本文设计了一种一维的双层铁栅水基声子晶... 详细信息

水下声学在水下通信、水下定位和导航等方面具有广泛的应用.借助拓扑物理的概念,研究水基声子晶体中的拓扑态为水下声波的创新性调控提供了一种全新的手段,既有基础研究价值,又有重要的应用前景.本文设计了一种一维的双层铁栅水基声子晶体,通过把层间的相对横向平移量等效成一个合成维度,实现了合成二维狄拉克点.相对平移量的改变导致二重简并能带打开带隙.伴随着带隙的打开、闭合以及再次打开,能带发生翻转,也就是发生拓扑相变,从一种能谷相变化到另一种能谷相.在不同能谷相声子晶体构成的界面处,能谷陈数保证界面态的确定性存在.数值仿真与实验测量结果吻合良好,都展示了不同能谷相声子晶体的体能带以及它们之间的界面态色散.本文提出的水基声子晶体结构简单,借助合成维度的概念,为在低维实空间体系中研究高维体系拓扑特性提供了一种有效的途经,有望为拓扑功能性水声器件的设计提供新思路.此外,可以把实空间体系拓展到二维甚至是三维,并引入更多的合成维度,用于研究更高维度体系的拓扑态及其输运特性.

关键词：水基声子晶体合成维度狄拉克点界面态

基于MEH-PPV:PCBM体异质结的有机人工光电突触

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中国科学：化学 2024年第4期54卷 677-686页

作者：李雯李佳钰钱扬周柯蕴芯仪明东南京邮电大学信息材料与纳米技术研究院省部共建有机电子与信息显示国家重点实验室江苏省生物传感器重点实验室南京210023

在识别与处理视觉信息、完成复杂的学习和记忆方面,集光学传感和突触功能于一体的人工光电突触表现出巨大的优势.目前已报道的光突触器件功能实现形式相对单一且不稳定,因此需要探索更多基于新材料和新结构的突触器件,以处理复杂多变的... 详细信息

在识别与处理视觉信息、完成复杂的学习和记忆方面,集光学传感和突触功能于一体的人工光电突触表现出巨大的优势.目前已报道的光突触器件功能实现形式相对单一且不稳定,因此需要探索更多基于新材料和新结构的突触器件,以处理复杂多变的视觉信息.本研究采用了有机半导体材料聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔](MEH-PPV)和[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)构建垂直型光调控忆阻器,展现了其在处理视觉信息和模拟神经形态行为方面的优异性能.该器件通过体异质结实现了稳定、缓变的阻值变化,成功模拟了电压调控的长时程增强/抑制,呈现多种光电协同调控的突触可塑性.此外,该器件还成功模拟了人类视觉神经系统中的图案识别与记忆功能,证明了其在开发下一代人工视觉系统方面的应用潜力.

关键词：有机半导体体异质结忆阻器光电突触图像识别

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基于标定直接吸收光谱方法的近红外乙烯检测

中国激光 2024年第8期51卷 267-274页

作者：王前进孙鹏帅张志荣蔡永军黄文彪庞涛夏滑吴边中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室安徽合肥230031 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031 国防科技大学先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230037 国家管网集团科学技术研究总院分公司河北廊坊065000

实现乙烯气体(C_(2)H_(4))实时在线精确检测对石油化工、煤矿等行业安全具有重要意义,但是C_(2)H_(4)在近红外波段的谱线强度信息不明确,具有谱带吸收特征,且与CH4有明显的混叠干扰,因此对其浓度进行精确检测是目前激光吸收光谱测量面... 详细信息

实现乙烯气体(C_(2)H_(4))实时在线精确检测对石油化工、煤矿等行业安全具有重要意义,但是C_(2)H_(4)在近红外波段的谱线强度信息不明确,具有谱带吸收特征,且与CH4有明显的混叠干扰,因此对其浓度进行精确检测是目前激光吸收光谱测量面临的共性技术难题。将波长调制光谱中的标定方法与直接吸收光谱相结合,提出了一种适用于C_(2)H_(4)气体检测的标定直接吸收光谱法(CDAS)。该方法不需要激光吸收光谱反演过程中的确切谱线强度信息,并克服了波长调制光谱在测量过程中出现的非线性效应。为了避免特定工况(如煤矿)中CH_(4)的干扰,实验装置采用了高精度压强控制系统,并且在100 mbar(1 bar=105 Pa)稳定压强下实现了CH_(4)和C_(2)H_(4)混叠光谱的分离。实验过程中对1626 nm附近的CH_(4)和C_(2)H_(4)仿真和实测吸收光谱进行了分析,确定了C2H4的标定光谱范围,进而验证了该方法在体积分数低于100×10^(-6)的范围内,对C2H4气体的检测误差不超过-1.47×10^(-6),并且测量体积分数与标准体积分数之间的线性拟合优度达到了0.999。对体积分数为10×10^(-6)的C2H4直接吸收光谱进行分析,以1倍信噪比对应的浓度作为检测下限进行等效计算,得到检测下限为1.38×10^(-6)。在Allan方差分析中,积分时间为77 s时检测精度达到了0.04×10^(-6)。以上实验结果充分说明了标定直接吸收光谱法能够在近红外波段实现C2H4的精确检测,并为此类气体的检测提供了一种新思路。

关键词：光谱学乙烯气体(C_(2)H_(4)) 近红外光谱谱带吸收标定直接吸收光谱高精度压强控制