广西越州故城遗址玻璃珠饰的科学研究

本研究利用能量色散型X射线荧光光谱分析、共聚焦激光拉曼光谱分析、光学相干层析成像、超景深光学显微观测等多种方法对广西越州故城遗址出土的印度-太平洋玻璃珠饰进行科技分析,获取了玻璃珠的化学成分、物相结构、内部物理结构、表面显微形貌等综合物理化学信息,确定了玻璃珠的玻璃体系、制作工艺(着色工艺、成形工艺)和产地来源,探讨了以丝绸之路为主线的国内发现魏晋南北朝时期印度-太平洋玻璃珠可能的输入路线。广西越州故城遗址发现的印度-太平洋玻璃珠为中外文明交流提供了新实物证据,对深入研究我国南北朝时期中外文明交流具有十分重要的学术价值和研究意义。

新型硅基IV族合金材料生长及光电器件研究进展(特邀)

硅基IV族锗锡和锗铅合金材料带隙随组分可调,并可转变成直接带隙半导体材料,是研制硅基红外探测和发光器件的理想材料。本文首先介绍锗锡和锗铅材料外延生长工作,然后对锗锡光电器件的研究进展进行回顾和讨论。其中,随着锗锡合金中锡组分增加,锗锡光电探测器往高响应度和长探测截止波长方向发展;锗锡激光器的研究则集中在降低激射阈值、提高激射温度和电泵浦方面。本文还对锗铅材料和光电器件的研究进展进行简要介绍和展望。随着硅基高效光源和探测器研究的不断深入,IV族合金材料在硅基红外光电集成领域将继续展现重要的应用价值。

碳纳米管/共聚酰亚胺复合膜增强炭纤维/环氧树脂复合材料的层间断裂韧性和导热性

炭纤维/环氧树脂复合材料已被广泛用作航空航天领域的结构材料,但由于其沿厚度方向缺乏炭纤维增强材料,层间力学性能和面外导热性较差。本文制备了碳纳米管/共聚酰亚胺(CNT/BOH)复合膜作为增韧层,以提高炭纤维/环氧树脂层压板的层间断裂韧性和厚度方向导热性。由于BOH膜的塑性变形和CNTs的增强效应,CNT/BOH膜的引入使炭纤维/环氧树脂层压板的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性分别提高260%和220%,此外,由于CNTs高的本征导热性和交联网络的形成,有效改善了层压板的厚度方向导热性。这种增韧方法为同时提高炭纤维/环氧复合材料的力学性能和导热性提供了一种有效的策略。

碳纤维增强聚合物基复合材料界面特性研究进展

与传统金属材料相比,碳纤维增强聚合物基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer matrix composites,CFRPMC)在比强度、密度等方面优势明显,已广泛应用于机械制造、交通运输、航空航天等领域。除了碳纤维和聚合物基体,二者相互间的界面特性也对CFRPMC的理化性能有着重要影响,并成为复合材料技术领域倍受关注的研究热点。CFRPMC界面层是碳纤维与聚合物基体间的过渡区域,其受碳纤维表面特性、聚合物分子链极性等众多因素影响,目前尚不能对其直接定量、定性分析。但随着材料检测技术的进步,CFRPMC界面特性研究不断深入,相关技术如SEM、TEM、AFM、各种光谱、宏观表面分析和力学性能测试等已大量用于复合材料界面组成、结构形态和微观力学特性的研究。本文综述了碳纤维增强聚合物基复合材料界面特性研究的进展,详细论述了碳纤维和聚合物基体的界面理论、界面分析表征方法及界面性能的影响因素。通过对比与分析,总结了CFRPMC界面研究的最新进展,并对其未来的发展趋势进行了展望。

热塑性复合材料热压-注塑一体成型界面性能研究进展

综述了热塑性复合材料热压-注塑一体成型在制件界面性能方面的研究进展,简要介绍了该种成型工艺不同于传统热塑性复合材料成型工艺的原理及其优势,指出良好的异质结构界面是发挥热压-注塑一体成型制件优势的关键,同时详细介绍了材料体系、工艺参数、界面结晶效应以及界面结合机制对热压-注塑一体成型制件界面性能的影响。最后总结了热压-注塑一体成型复合材料界面性能优化改善的方法以及目前研究存在的问题,并对未来发展趋势进行了展望。

Zn扩散对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管雪崩击穿概率的影响

对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管进行结构设计与数值仿真,得到相应的电学与光学参数。针对雪崩击穿概率对器件光子探测效率的影响,研究了两次Zn扩散深度差、Zn扩散横向扩散因子、Zn掺杂浓度以及温度参数与器件雪崩击穿概率的关系。研究发现,当深扩散深度为2.3μm固定值时,浅扩散深度存在对应最佳目标值。浅扩散深度越深,相同过偏压条件下倍增区中心雪崩击穿概率越大,电场强度也会随之增加。当两次Zn扩散深度差小于0.6μm时,会发生倍增区外的非理想击穿,导致器件的暗计数增大。Zn扩散横向扩散因子越大,倍增区中心部分雪崩击穿概率越大,而倍增区边缘雪崩击穿概率会越小。在扩散深度不变的情况下,浅扩散Zn掺杂浓度对雪崩击穿概率无明显影响,但深扩散Zn掺杂浓度越高,相同过偏压条件下雪崩击穿概率越小。本文研究可为设计和研制高探测效率、低暗计数InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管提供参考。

碳纤维复合材料结构超级电容器的研究及展望

近年来,开发新型可再生能源与储能设备成为各国竞相研究的重点。在新型储能设备中,结构/储能一体化碳纤维复合材料结构超级电容器兼具结构承载和储能功能,在新能源汽车、航空航天、国防军工等领域具有广泛的应用前景,因而受到人们的广泛关注。主要概述了结构/储能一体化碳纤维复合材料结构超级电容器的基本原理和制备方法,分析了不同碳纤维电极与树脂基电解质改性方法对复合材料结构超级电容器性能的影响,并展望了复合材料结构超级电容器未来面临的挑战及发展趋势。

油页岩半焦基矿物/生物炭复合材料制备及其吸附性能研究

基于油页岩半焦中富含的矿物质和有机质,以KOH为活化剂,联用机械力化学和热解炭化窑街油页岩半焦制备油页岩半焦基矿物/生物炭复合材料,考察了矿物/生物炭复合材料对水溶液中Pb^(2+)和Cd^(2+)的吸附效果.结果表明,制得的复合材料对Pb^(2+)和Cd^(2+)具有优异的吸附性能,最大吸附量分别为177.83和67.48mg·g^(-1),分别是原油页岩半焦的6.1倍和4.3倍.吸附动力学和热力学拟合数据显示,复合材料对Pb^(2+)和Cd^(2+)的吸附属于化学吸附主导的单层吸附,主要吸附机理涉及官能团吸附、Pb^(2+)-π和Cd^(2+)-π相互作用、静电吸附和矿物沉淀.该研究为从环境矿物材料角度探究油页岩半焦全组分综合利用提供了可行途径.

橡胶/类金刚石复合材料界面结合及摩擦性能研究进展

综述了橡胶表面沉积DLC薄膜的主要制备技术,包括磁控溅射法和等离子体化学气相沉积法。概括了橡胶/DLC复合材料的表面形貌特性,尤其是温差对表面斑块结构的影响机制。重点介绍了X切割法、划痕法及拉伸法为主的橡胶/DLC复合材料界面结合力的评估方法,分析了基体表面等离子体处理、添加过渡层及异质元素掺杂DLC薄膜对提升橡胶与DLC薄膜结合力的影响。此外,以刚性球为摩擦配副,阐述了橡胶/DLC复合材料的摩擦性能测试方法。基于橡胶的黏弹特性,探讨了橡胶/DLC复合材料的摩擦行为,并归纳了Maxwell模型、Voigt模型、双Voigt模型和SLS模型的特点和局限性。最后,围绕目前橡胶表面DLC薄膜耐磨改性工作中存在的问题和挑战,探讨和展望了未来的研究方向。

跨阻放大器低温性能及其对THz光电信号的放大应用

随着太赫兹技术、低温电子学和射电天文学的发展,对可低温环境下工作的集成封装式跨阻放大芯片的需求增加。本文针对一种Ge-Si基底型跨阻放大器,主要研究了其深低温环境下的电学性能,获得了8 K温度下放大器芯片的典型端口电流-电压特性曲线和增益曲线,得到了在0.1~3 GHz频带内较为平坦的增益效果;为了验证其对太赫兹光电信号的放大功能,将该跨阻放大器与太赫兹量子阱探测器集成封装,并搭建了太赫兹脉冲激光探测系统,在8 K温度下实现了对脉宽2μs太赫兹光电探测信号的有效放大,跨阻增益约560Ω,电流放大增益为1.78 mA/V。上述研究成果首次验证了商用跨阻放大器在深低温环境下应用的可行性,为太赫兹高速探测与高频通信领域的集成跨阻放大提供了一种有效技术手段。

激光距离选通三维成像技术研究进展(特邀)

随着人工智能时代的到来,同时获得反映目标辐射特性和纹理特征的高分辨率强度图像以及反映目标和所处场景的三维空间信息的稠密点云数据/三维图像的激光相机雷达技术已成为激光雷达的发展趋势。传统的摄像机与激光雷达复合的技术方案存在异源数据融合问题,尤其是在雾雨雪天气条件下以及水下等传输链路中存在严重散射的情况时难以有效工作。激光距离选通三维成像技术利用单一门控成像器件可同时获得高质量二维强度图像和高分辨率三维图像,其二维图像中的像素和三维图像中的体素一一对应,并继承了激光距离选通成像透散射成像的技术优势,具有实现高性能激光相机雷达的技术潜力。论文系统综述了步进延时扫描、增益调制、距离能量相关等激光距离选通三维成像技术的研究进展,介绍了该类技术的国内外典型应用情况,最后分析了该领域所面临的挑战及进一步发展方向和应用前景。

溶胶-凝胶SiO_(2)减反膜的制备与光学性能研究

碱催化溶胶-凝胶多孔SiO_(2)减反膜具有优异的光学性能及抗激光损伤性能,是高功率激光装置中的重要组成部分,但其与光学元件之间的结合强度低,使得膜层易发生接触破坏。本研究以“神光II”高功率激光装置溶胶-凝胶多孔SiO_(2)减反膜为基础,通过提拉法在其表层涂覆致密的SiO_(2)薄层后得到机械强度提升的双层SiO_(2)减反膜(SiO_(2)-MTES),并与常用的单层氨固化SiO_(2)减反膜(SiO_(2)-HMDS)进行相关应用性能的综合比较。结果表明,涂覆SiO_(2)-MTES的熔石英在约800 nm处的峰值透过率大于99.6%,运用1-on-1激光损伤阈值测试方法测得该双层SiO_(2)减反膜的零几率激光损伤阈值为51.9 J/cm^(2)(1064 nm,9.1 ns),与涂覆SiO_(2)-HMDS的性能相当。同时,SiO_(2)-MTES膜层与水的接触角达到117.3°,且在相对湿度大于90%的高湿环境中膜层的透过率较稳定。多次擦拭实验结果表明SiO_(2)-MTES的耐摩擦机械强度明显优于SiO_(2)-HMDS,有效提升了膜层与光学元件之间的结合强度。

星载激光雷达视轴监测系统设计

提出了一种针对星载激光雷达在轨高精度光轴监测与标定需求的多光轴监测方法,该方法基于主动激光光源。通过使用785 nm的激光,分束后分别照射到星敏感器的基准棱镜和接收望远镜的取光棱镜,反射信号被聚焦至监视相机的焦平面,实现了对接收光轴及星敏光轴的精确监测。此外,监视相机还同步采集发射激光的部分能量,用于测量监测发射光轴。文中详细描述了光学系统的设计流程及关键组件的优化方案,并通过地面真空环境试验及在轨监测数据进行了验证。设计结果表明,各监视通道的成像质量达到了衍射极限,收发光轴的设计精度分别为0.09μrad和2.28μrad,关键组件取光棱镜的温控精度达到了±0.2℃。地面的真空热光试验结果进一步验证了该方案的高精度光轴监视能力,收发光轴的监测精度均优于3μrad。最后通过分析激光雷达入轨后的测量数据,确认了视轴监测系统的工作稳定性,成功实现了在轨的高精度光轴监视。该研究成果为星载激光雷达提供了一种有效的在轨高精度光轴监测与标定解决方案。

高光谱偏振技术的研究进展及展望

高光谱偏振技术是一种融合了高光谱和偏振成像的新兴技术,其在多个科学领域成为研究热点。本文旨在全面综述高光谱偏振技术的研究进展,并展望其未来发展方向。首先介绍了高光谱偏振技术的基本原理,解释了高光谱和偏振成像相结合的优势。然后,根据不同的设计原理介绍了偏振光谱仪器的分类。接下来详细讨论了该技术在遥感、医学、环境监测、地球科学和材料科学等领域的广泛应用。通过对不同领域的案例研究进行梳理,展示了高光谱偏振技术在提供更为丰富、精确信息方面的独特优势。最后对高光谱偏振技术目前面临的挑战进行了分析,包括仪器设备的精密性、数据处理的复杂性以及与其他传感设备的有效融合的问题。针对这些挑战,探讨了未来技术发展方向。未来的研究应着重于提升该技术的高光谱和时间分辨率,提高数据处理和分析准确性,扩展不同应用场景的适用性,以更好地满足不同领域的需求。综合而言,高光谱偏振技术作为一种全面、高效的信息获取手段,在多个领域取得了显著的研究进展。通过优化高光谱偏振技术满足更宽广的应用领域,高光谱偏振技术有望成为未来科学研究和实际应用中的重要工具。

翼城大河口墓地出土青铜器残片锈蚀层的科技分析

本文选取翼城大河口墓地出土西周时期青铜器残片,联用了超景深光学显微镜、拉曼光谱和X射线荧光光谱微区分析和面扫描技术对铜器残片的锈蚀层进行了综合表征。结果表明锈蚀层主要包含孔雀石、赤铜矿、蓝铜矿等常见锈蚀产物,同时也识别出有害的含氯锈蚀产物,获取了不同的孔雀石结晶形态,探讨了锈蚀进程的复杂性及其与埋藏环境的关系。本文为理解青铜器锈蚀层提供了新视角,展示了综合科技表征方法在文化遗产保护领域的应用价值。

基于改进RRT算法的移动机器人路径规划研究

快速扩展随机树算法(rapidly-exploring random trees,RRT)规划移动机器人路径时,存在搜索盲目性强、搜索时间长、收敛速度慢、路径冗余点多且不平滑等问题。鉴于此,提出一种改进的RRT路径规划算法。首先,针对传统RRT算法盲目搜索以及局部极值的问题,提出概率目标偏置与人工势场结合的采样策略,引导随机树的扩展;其次,针对随机树扩展的避障能力差的问题,提出基于安全距离的碰撞检测以及动态变步长扩展策略;最后,针对路径上冗余点多以及曲率不连续的问题,提出考虑安全距离的剪枝优化和三次B样条曲线对初始路径进行拟合优化。仿真结果表明,在不同地图的路径规划中,相比于传统RRT算法,增强了通过狭窄通道能力,优化了路径的平滑性,搜索时间、迭代次数、路径长度分别减少约70%、40%、15%;相比于RRT衍生算法RRT-Connect,搜索时间、路径长度分别减少约25%、10%。

基于二硫化钼的电容式土壤湿度传感器

[目的/意义]土壤中含水率直接影响农作物生长状态和产量。开发出一种可靠、高效的土壤湿度传感器对实施农田科学灌溉具有重要指导意义。[方法]本研究提出一种基于微加工工艺制备的二硫化钼电容式土壤湿度传感器,通过叉指电极上同一平面上的金电极阵列实现数个电容并联,表面修饰二硫化钼作为敏感层实现对土壤湿度的测量。通过计算及使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件研究电极参数对电容敏感度的影响,最终确定电极参数使用10μm间距、75对叉指。[结果和讨论]在保证测量精度的前提下,大大缩小了传感器的体积,可以实现土壤湿度的原位动态监测。在室温下相对湿度值从11%变化到96%时,电容式土壤湿度传感器在200 Hz频率下的电容输出为12.13 pf~187.42 nF;当土壤含水量由8.66%增加到42.75%时,传感器的电容输出在200 Hz频率下由119.51 nF增长到377.98 nF,显示出较高的湿度灵敏度及较宽的敏感范围。[结论]本研究提出的土壤水分传感器有望实现原位长期监测电容式土壤传感器的电容变化,从而监测土壤湿度的变化。

空间应用激光薄膜元件研究进展

随着空间激光技术的不断进步,空间激光系统逐渐向更短应用波长、更长使用寿命、更高应用轨道等方向发展,对薄膜元件提出了更高的性能要求。本文综述国内外主要空间激光器的发展方向,在空间激光系统研制过程中薄膜元件的真空、高低温、质子辐射、伽马射线辐射等空间环境损伤效应,以及使役条件(即空间与激光耦合作用)下薄膜的性能演化机理。介绍在高性能空间激光薄膜元件研制技术方面的新进展,结合空间引力波探测、深空探测等未来发展方向对空间激光薄膜元件提出了展望。

混沌微腔激光器的研究进展(特邀)

半导体混沌激光器已被应用在随机数生成、安全通信、混沌探测等领域。实现混沌激光器最常用方法是光反馈,但采用离散器件搭建的混沌激光器系统结构复杂、稳定性差。基于光反馈原理的光子集成混沌激光器、体积小,但工艺复杂,且无法避免光反馈引入的弱周期性。基于微腔内模式相互作用产生的自发混沌半导体微腔激光器,无需外部扰动,具有体积小、工艺简单、混沌带宽大、混沌态工作条件宽和无反馈弱周期性等优点,有望在具体应用中进一步发挥作用。针对近年来基于微腔的混沌激光器研究情况,本文进行了分类介绍,包括自发混沌微腔激光器、光反馈混沌微腔激光器和集成互注入激光器,总结了自发混沌微腔激光器的当前应用,对自发混沌微腔激光器的未来发展做了展望。

门控激光相机雷达三边滤波平滑去噪算法研究

基于距离能量相关选通三维成像技术的门控激光相机雷达可以同时获取高水平分辨率的强度图像和三维图像,不存在激光雷达和摄像机复合技术方案中的异源数据融合问题。然而,与现有激光雷达一样,门控激光相机雷达输出的选通三维图像依然会受到器件噪声、时域特性、目标反射率和背景环境等因素影响,导致三维图像质量降低,最终影响实际应用,特别是高水平分辨率特点下的小尺度噪声问题。针对门控激光相机雷达小尺度噪声问题,文中提出三边滤波平滑去噪算法,该算法同时利用选通图像和深度图像对三维图像进行平滑。相比传统的双边滤波,该算法引入选通图像的灰度作为第三个权重,当物体边缘与其他物体或背景存在灰度差异时,该算法有很好的边缘保持效果。仿真实验使用两种不同噪声的金字塔靶,并通过双边滤波和三边滤波对噪声进行平滑,对于噪声标准差为0.2 m和0.3 m的金字塔,三边滤波后三维图像的峰值信噪比分别平均提高10.81 dB和6.76 dB。在物理实验中,对于含有噪声的标准靶,三边滤波后峰值信噪比平均提高8.47 dB。最后采集了真实复杂场景的选通图像,完成小尺度噪声的平滑和大尺度噪声的去除,验证了三边滤波结合统计学滤波方法的实用性。