用于无损离子操纵结构的双极性射频电源的研制

无损离子操纵结构(structures for lossless ion manipulations,SLIM)是一种在特殊背景气体下,利用静电场、射频电场、离子驱动电场共同作用实现对气相离子无损传输的新结构,在物质传输和分离方面有着广阔的应用前景。为了充分发挥SLIM在体积和成本上的优势,本研究研制了一款体积小、结构紧凑、成本经济的高频高压双极性射频(radio frequency,RF)电源。该电源使用隔离模块实现控制电路与功率电路的电气隔离,并采用以GaN金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)为核心的半桥电路作为输出级。针对SLIM的容性负载特性,利用电阻-电感-电容(RLC)电路的滤波特性,实现双极性正弦脉冲电压的输出。经测试,该电源可输出频率1 MHz、峰-峰值420 V(±210 V)的双极性正弦射频高压信号。在实验室自建的基于行波(traveling wave,TW)的无损离子操纵结构(TW-SLIM)迁移谱实验平台上,以甲基膦酸二甲酯(DMMP)为样本,深入探究了射频电源幅值及频率对小分子离子传输效率的影响。结果表明,射频电源幅值及频率均会对TW-SLIM结构的离子传输效率产生影响,并存在1个最优值范围,这与COMSOL的仿真结果相吻合。该射频电源能够有效支持TW-SLIM平台的稳定运行,对推动基于SLIM的小分子迁移谱技术的小型化和便携化研发具有重要价值。

常压下配备强电场碎裂单元的串联离子迁移谱研制与爆炸物检测

痕量爆炸物探测是保障公共安全的重要一环。离子迁移谱是探测爆炸物和与爆炸物有关化合物的有效技术手段。然而,在实际使用中,受限于离子迁移谱较低的分辨率,易产生假阳性结果。类似于质谱中的碰撞诱导解离(CID),爆炸物在常压下可以通过射频强电场解离成碎片离子。本工作研制了双离子门结构的串联离子迁移谱,以硝酸铵(AN)、环三亚甲基三硝胺(RDX)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)3种爆炸物为代表物质,在常压下获得3种爆炸物及其掺杂产物的一级迁移谱图,根据其迁移谱可以分离母离子,再经强电场碎裂后得到二级碎片离子。在常压170℃、频率2.6 MHz、峰值900 V的电压下,AN母离子的解离率可达95%;在频率2.6 MHz、峰值1500 V的电压下,RDX产物离子[RDX+NO2]-以及掺杂C2Cl6的RDX产物离子[RDX+Cl]-的解离率分别为93%和15%;[PETN+NO3]-和[PETN+Cl]-的解离率分别为54%和48%。离子的碎裂程度主要受离子结构特性的影响,而电场和温度的升高会进一步促进其碎裂。二级碎片离子和母离子漂移时间相结合为爆炸物检测提供了丰富的化学信息,有望降低检爆仪的假阳性率。

“电磁场理论”与“微波工程”的本科教学探讨

“新工科”背景下,随着5G、物联网等的发展,课程“电磁场理论”“微波工程”的重要性也越来越高,但在本科教学中两大课程又以“难”著称。首先总结了近年国内外相关教学研究,提出了亟待解决的问题。对“电磁场理论”的教学内容及顺序安排进行了讨论;同时,针对关键问题:①数学基础知识教学必要性,②“微波工程”与“电磁场理论”结合必要性,③仿真分析教学必要性,进行了详细探讨。