变温下材料表面近红外双向反射分布函数的测量研究

基于自行研制的双向反射分布函数(BRDF)测量装置,采用绝对测量方法在20~800℃的温度范围内测量了粗糙黄铜表面在近红外波段下的光谱偏振双向反射分布函数,分析了温度对BRDF的影响。结果表明,温度对黄铜表面的BRDF有明显的影响,随着温度的升高,BRDF整体呈现出稳定-增大-减小的变化趋势。对不同温度下材料表面的场扫描电镜、粗糙度和X射线衍射测试表明,温度对样品表面BRDF产生影响的主要原因是表面形貌和化学成分的改变。

轻量型YOLOv5s车载红外图像目标检测

车载红外图像的目标检测是自动驾驶进行道路环境感知的重要方式。针对现有车载红外图像目标检测算法中内存利用率低、计算复杂和检测精度低的问题,提出了一种改进YOLOv5s的轻量型目标检测算法。首先,将C3Ghost和Ghost模块引入YOLOv5s检测网络,以降低网络复杂度。其次,引进αIoU损失函数,以提升目标的定位精度和训练效率。然后,降低网络结构下采样率,并利用KMeans聚类算法优化先验框大小,以提高小目标检测能力。最后,分别在主干网络和颈部引入坐标注意力(Coordinate Attention,CA)和空间深度卷积模块进一步优化模型,提升模型特征的提取能力。实验结果表明,相对于原YOLOv5s算法,改进算法的模型大小压缩78.1%,参数量和每秒千兆浮点运算数分别减少84.5%和40.5%,平均检测精度和检测速度分别提升4.2%和10.9%。

贫PbI_(2)基体的胶体量子点固体用于高效红外太阳能电池

胶体量子点(CQD)具有优异的红外光吸收能力和光谱可调特性,是用于制备高效太阳能电池最有前途的红外光电材料之一。然而,以醋酸铵(AA)为添加剂的液相配体交换会导致CQD固体中产生宽带隙PbI_(2)基质,其将作为电荷传输势垒,在很大程度上影响了CQD太阳能电池(CQDSC)中载流子的提取,从而影响了光伏性能。本文报道利用二甲基碘化铵(DMAI)调节CQD配体交换过程,使载流子在CQD固体中的传输势垒大幅降低。通过对CQD固体进行全面的表征和理论计算,充分揭示了DMAI和CQD之间的相互作用。结果表明,通过DMAI调节CQD配体交换过程,使CQD固体均匀堆积,提高了载流子输运性能,并且陷阱辅助复合受到显著抑制。因此,CQDSC器件中的载流子提取得到了大幅提高,能量转换效率(PCE)比用AA制备的CQDSC器件提高了17.8%。此工作为调控CQD表面化学特性提供了新的研究思路,并为降低CQD固体中载流子输运的势垒提供了可行的方法。

瞬态吸收光谱茜素超快动力学研究

激发态质子转移是光物理学、光化学和光生物过程中最基本的化学反应之一。激发态分子内质子转移(excited-state intramolecular proton transfer,ESIPT)通常是指有机分子受到激发,到达激发态后,质子在激发态势能面上从质子供体基团转移到质子受体基团并形成含有分子内氢键多元环的过程,一般发生在亚皮秒量级。质子转移可应用于有机发光二极管、荧光探针等领域。茜素,即1,2-二羟基蒽醌,可从茜草根部提取,具有与醌类衍生物相似的结构,常用于染料、染色剂和药物等。近年来,发现茜素分子具有质子转移特性,可用来制备新型“绿色”染料敏化电池。利用稳态吸收、稳态荧光和飞秒瞬态吸收光谱技术以及第一性原理理论计算对溶于乙醇溶液的茜素分子的质子转移过程进行了研究和分析。稳态吸收和稳态荧光研究结果表明:在基态时,茜素分子的正常构型9,10-酮处于稳定状态,容易发生跃迁;在激发态时,茜素分子的互变异构体构型1,10-酮处于稳定状态,容易产生荧光发射。飞秒瞬态吸收光谱测量使用的激光的激发波长为370 nm。测得的瞬态吸收光谱在430 nm附近存在茜素的基态漂白信号。通过使用全局拟合方法对瞬态吸收光谱进行分析研究发现:茜素正常构型9,10-酮的激发态分子内质子转移时间为110.5 fs,茜素互变异构体构型1,10-酮分子内振动弛豫时间为30.7 ps,茜素互变异构体构型1,10-酮荧光寿命为131.7 ps。通过使用单波长动力学拟合的方法对瞬态吸收光谱进行分析发现:发生质子转移的时间尺度与运用全局拟合方法得出的结果基本一致;茜素分子的正常构型9,10-酮分子在110.5 fs的时间尺度内处于快速减少的趋势,而茜素分子的互变异构体构型1,10-酮分子在这一时间尺度内处于快速上升的趋势。当延迟时间增大时,茜素分子的互变异构体构型1,10-酮分子又呈现缓慢衰减的趋势。

双助催化剂负载CdS的能量捕集和电荷分离增强产H_(2)

利用半导体光催化分解水产氢是将太阳能转换为化学能的有效策略之一.然而,现有催化剂体系的太阳能-氢能转化率较低,制约了人工光合作用的长远发展.因此,急需开发一种新的捕光策略通过储存和释放化学能来提高能源利用效率.由于无机半导体具有低的激子结合能,光生电子-空穴对在室温下可以迅速解离.因此,只要相邻的半导体畴是电子耦合的,并提供驱动力,能量迁移就可以通过独立的电子和空穴传输过程有效进行.然而,在半导体光催化剂中利用能量捕集(即定向能量迁移)的系统很少被涉及.尽管分子助催化剂常被负载在半导体光催化剂上来提高电荷分离和催化效率,但分子助催化剂对半导体光催化剂内部能量捕集的影响尚未被阐明.本文制备了粗细不同的CdS纳米棒,并将共轭分子2-巯基苯并咪唑(MBI)和钴分子催化剂(MCoA)依次锚定在纳米棒表面.CdS和CdS/MBI的透射电子显微镜照片表明,CdS纳米棒的直径不是完全均一的,主要集中在20–50 nm.由HRTEM照片观察到修饰MBI分子后CdS表面出现一层无定形膜,进一步修饰MCoA分子后CdS表面的膜厚变化不明显.XPS谱结果表明,修饰了MBI的CdS,其Cd 3d和S 2p均呈现向高结合能迁移的趋势,证实了CdS和MBI间存在一定的相互作用.此外,CdS/MBI/MCoA的Co 2p峰相比于钴天冬氨酸呈现向低结合能迁移的趋势,揭示了其电子密度的增加.CoA,CdS/CoA和CdS/MBI/MCoA的XANES和EXAFS谱可以证实CoA分子与MBI分子存在相互作用,而不是直接键合在CdS纳米棒的表面.在瞬态吸收谱中,修饰了MBI的CdS在490 nm处的漂白峰变弱,而位于500 nm处的漂白峰变强.同时,B2相比于B1的形成动力学曲线有一个轻微的延迟.由此证实,MBI分子在CdS上的修饰加速了电荷由细棒向粗棒的迁移,这增强了反应位点的电荷产生效率.此外,修饰了MBI的CdS其动力学曲线呈现一个加速的衰减,与加入(NH_(4))_(2)SO_(3)的衰减趋势一致,从而证实了MBI的空穴捕获作用.与单纯的CdS相比,CdS/MBI/MCoA催化剂动力学曲线呈现明显的衰减,且与加入电子捕获剂BQ的整体效果一致,说明MCoA分子的电子捕获作用.瞬态吸收谱揭示了MBI分子借助粗细纳米棒之间的电子耦合加速了从细棒到粗棒的能量捕集,这本质上是一种提高反应中心(此处为粗纳米棒)电荷产生效率的光捕集天线方法.MBI和MCoA分子选择性地快速捕获CdS纳米棒的光生成空穴和电子,从而实现了高效的电荷分离.活性测试结果表明,CdS/MBI/MCoA光照3 h后的光催化产H_(2)活性(1.65 mL)比纯CdS(0.11 mL)高15倍.光照48 h后,H_(2)的生成量达到60 mL,并且转化数为26294.在420 nm处的表观量子效率达到71%.综上,本研究为未来光催化剂的发展提供了一种新颖的设计思路.

红荧烯类似物C38H24S2的单线态分裂过程

单线态分裂可以规避光电转换中的能量损失,从而提高光电转换效率。利用飞秒时间分辨瞬态吸收光谱技术研究了在不同激发条件下溶于甲苯溶液的红荧烯类似物C38H24S2的激发态动力学过程。在550 nm和365 nm光激发下,激发单线态与基态分子发生碰撞,分别在8.2 ps和3 ps时产生了关联的三线态激子对。但在550 nm光激发下未观察到独立的三线态激子信号;而在365 nm光激发下,关联的三线态激子对的诱导吸收信号发生了转移,在探测波长550 nm附近观察到独立的三线态激子的吸收。在460 nm光激发下,利用奇异值分解的方法在瞬态吸收光谱中观察到了单线态分裂过程。

Ti-6Al-4V合金方向光谱发射率特性研究

利用傅里叶红外光谱仪在温度范围为573~953 K、波长范围为3~20μm下测量Ti-6Al-4V合金在0°~84°下的方向光谱发射率,并系统研究了方向变化对其光谱发射率的影响。实验结果表明,在波长小于10.3μm的短波处,Ti-6Al-4V合金发射率在0°~84°下随角度变化呈现出类似绝缘体的特性,而在大于10.3μm的长波处,其变化呈现出类似金属的特性。该合金的光谱发射率在573~773 K范围内随温度的升高而增大,并且在0°~70°与80°~84°内随波长变化趋势相反。当Ti-6Al-4V合金氧化后,其发射率在60°时达到最大值且非金属特性在长波处随氧化时间增加越来越明显。由此可见,在不同测量角度下,温度、波长和氧化程度等因素对Ti-6Al-4V发射率的影响很大,该研究可以丰富Ti-6Al-4V合金的方向光谱发射率数据库,为辐射测温技术提供数据支持。

消像散Czerny-Turner光谱成像系统的设计

传统Czerny-Turner结构的成像光谱仪存在固有的像散,为选择合理的消像散结构。对现有的消像散方法进行了比较,在不忽略光栅与准直镜和聚焦镜距离的情况下,分析了传统Czerny-Turner光谱仪的零阶消像散条件,推导出子午和弧矢焦长的表达式,并利用MATLAB精确计算出零阶消像散的光学结构参数。此外,分析了用超环面聚焦镜代替球面镜、加入柱面反射镜和柱面透镜等方法的消像散条件,并在可见光波段分别对初始Czerny-Turner结构进行改进优化。所有方法在整个波段内都较好地校正了像散,将平面光栅置于发散光路中的方法不引入复杂光学元件,结构简单、加工成本低、易于装调,最具推广价值。

基于中智学的非局部先验图像去雾算法

图像去雾是计算机视觉的重要研究方向之一。传统图像去雾算法存在去雾不彻底、去雾图像对比度低、halo效应、色彩失真等问题。针对上述问题,提出了一种改进的非局部先验的图像去雾算法。该算法使用基于中智学的模糊C均值聚类算法和一种混合暗通道先验的透射率优化方法,改进了传统非局部先验的图像去雾算法在大气光估计、雾线定位和透射率优化过程中存在的问题。结果表明,与几种常用的图像去雾算法相比,提出的算法在去雾图像的大气光估计、客观分析和主观分析等方面均有一定的优势。