德国应用技术大学实践教学的探索与研究——以深圳技术大学新能源专业实训课为例

本文探讨德国应用技术大学实践教学模式的理论基础及其现实意义,明确了该教学模式具有适应和引领社会发展的效果。针对德国应用技术大学实践教学的研究,结合深圳技术大学开展的新能源专业实践课程所面临如何定位、学生培养方式等问题讨论,为我国目前新兴应用技术类院校人才实训课程的开展提供参考。

绿色标准化人才培养模式探索与实践——以新能源科学与工程专业为例

在“十四五”规划期间,随着“双碳”目标的不断推进,绿色制造与环境标准化人才的培养受到了前所未有的重视。本文以深圳技术大学开设的《绿色制造与环境标准化》课程为例,探讨了该课程作为专业选修课进入新能源科学与工程专业培养方案中的应用。通过深入分析课程的培养目标及其所面临的挑战,并从教学内容、教学方法、教学方案、教学评价四个维度,对课程的教学模式进行系统探究,构建了基于“双碳”目标的绿色制造与环境标准化人才培养模式,为提升绿色标准化人才培养水平提供了理论依据和实践参考。

应用型高校专业实践课程教学改革探索——以深圳技术大学光源与照明专业为例

专业实践是工科院校培养实用型、创新型人才动手能力的关键环节,是培养学生发现问题并解决问题的主要途径。但是,由于学校实验室条件和传统教学模式思想限制的原因,光源与照明专业的教学过程中普遍存在实践课设置不合理、实验内容缺乏系统规划、实践教学方法不能激发学生的学习兴趣等问题。本文针对上述现象,结合深圳巨大的光源和显示市场,我校从教学内容、校企合作办学和课程设置等方面进行专业实践教学改革,并总结经验,为应用型高校光源与照明专业的实践课程的开设提供参考。

表面化学技术引入“大学化学”教学改革初探

在“大学化学”教学改革方面,将表面化学引入“大学化学”的教学和实验内容中有重要的改革创新性意义。首先,为满足创新型国家的建设需求,高校要加强高素质创新型人才的培养,结合教育改革相关发展规划进行本科“大学化学”的改革;其次,将表面化学相关的前沿技术讲座、研究拓展性实验和实训教育融入“大学化学”课程体系建设,满足培养具有国际化视野的高端应用型技术人才的本科特色教学需要;最后,通过教学和科研结合的形式,培养学生的科研兴趣和创新能力,有助于推动表面化学研究实现产业化应用。

浅谈培养应用型创新人才的材料科学基础教学思考与探索

作为新时代的应用型技术大学,教学目标和教学形式独具特色,要完成应用型创新人才的培养目标,必须根据自身特点和需求,对教学内容和教学方式进行探索和实践。文章阐述了讲授材料科学基础课程的体会和思考,总结了“探索式”教学、“翻转课堂”的教学实践。这些方式有效激发了学生的学习兴趣,培养了其主动性、创新思维和研究能力。教学中还利用工具软件、3D打印技术等制作教具,增强了教学可视化,提升了教学效果。以上对教学方式的改变和尝试收到了很好的效果,在今后的教学中将继续适时采用,并予以优化和强化。

准分子激光对CH_(3)NH_(3)PbI_(3)钙钛矿薄膜材料加工研究(特邀)

有机-无机杂化钙钛矿材料以其独特的结构和性能在很多器件中得到应用,因此激光对钙钛矿薄膜加工性能的研究也得到重视。文中研究了波长248 nm的准分子激光对CH_(3)NH_(3)PbI_(3)钙钛矿薄膜材料的作用效应。实验分析了激光能量密度和脉冲数对钙钛矿薄膜的形貌和加工深度的影响,并与波长517 nm的飞秒激光加工效果进行了比较。研究结果表明:248 nm波长的准分子激光可以通过烧蚀等效应对钙钛矿薄膜材料实现有效加工,为准分子激光在钙钛矿薄膜器件加工中的应用提供了实验依据。

酒糟基炭材料的制备及应用

酒糟是乙醇工业和酿酒工艺产生的主要固体生物质废弃物,具有来源广泛、含碳量高、元素种类丰富等特点。酒糟在经过发酵、蒸馏等处理之后,仍含有丰富纤维素、木质素、粗蛋白和淀粉等物质,是理想的生物质炭材料前驱体。酒糟基炭材料是以酒糟为碳源,通过高温热解和水热处理等炭化方式,以及经过物理、化学等活化方式制备得到的炭材料。因其碳含量高、比表面积大、孔隙结构和元素种类丰富等特点,受到广泛关注和研究。综述了酒糟基炭材料的原料组成、制备方法及其在不同领域的应用,为今后对酒糟基炭材料的进一步研究提供了系统参考。首先分析了前驱体酒糟的来源和组成,不同地区、不同酿造方法产生的酒糟组成有所不同,主要体现为纤维素、木质素和粗蛋白等成分比例,以及N、S、P等元素质量分数的差别。然后总结对比了目前研究中典型的酒糟基炭材料制备方法,包括热解法、水热法和活化方法等,并展望了在未来酒糟基炭材料研究中可采取的先进制备方法。此外,介绍了目前酒糟基炭材料在能源(超级电容器、电池)、环境(重金属离子吸附、污水净化)、农业(土壤改善、缓释肥载体)和催化领域(氧还原、有机污染物降解)等方面的应用进展。最后,对现阶段酒糟基炭材料研究和应用过程中存在的问题及未来发展前景进行了展望。

金纳米材料光学传感快速检测方法研究要点初探

基于金纳米材料光学性能优良、稳定性高以及易于表面功能化等特点而建立的纳米金光学传感检测方法,具有灵敏度高、准确、易操作、可视化和成本低等优点。金纳米材料类传感器是利用功能化纳米金与目标物之间发生相互作用,使得金纳米颗粒的尺寸、形状和聚集状态发生改变,从而引起溶液颜色、荧光和散射强度发生变化,为目标物的快速检测提供了出色的测定平台。为更好地介绍金纳米材料在现代检测领域的重要作用,本文首先总结了近年来出现的四种常见纳米金光学传感检测方法:纳米金聚集光学传感法、纳米金刻蚀光学传感法、纳米金荧光光学传感法、纳米金散射光学传感法。通过介绍这些方法的检测原理,探讨了其在化学、生物和环境领域的发展及应用。随后,通过分析四种策略的设计思路,初步总结出七个关于开发纳米金光学传感检测技术实验要点,分别是纳米金的合成与表面功能化、溶液pH、反应温度和反应时间、选择性、体系检出限、方法准确性、体系可重复利用性。通过详尽分析这些要点的重要性,为接下来从事相关领域研究的科研工作者提供实验设计思路和经验。最后,本文还探讨了目前基于纳米金光学传感检测方法所面临的一些主要挑战,并展望了该类方法在未来的发展方向。例如,通过将该类方法与智能手机、层析试纸条等技术相结合,实现检测过程的简单化、便携化。总体来说,基于金纳米材料的光学传感检测方法具有良好的发展前景。

紫外超短脉冲的准分子激光放大技术

由于具有波长短、聚焦特性好、峰值功率高等优势,紫外超短脉冲在超快科学、强场物理等领域具有重要的应用价值。准分子激光工作气体作为增益介质在放大紫外超短脉冲方面具有独特的优势,利用准分子激光放大紫外超短脉冲获得高强度的激光输出为紫外激光的应用提供了新的可能性。概括介绍了准分子激光放大的特点,进而基于准分子的放大特性分单元介绍了紫外超短准分子激光放大技术,并对深紫外超短脉冲脉宽的测量进行了简单阐述。

新工科背景下质量管理与标准课程的探索与实践

质量和标准贯穿整个制造业,涉及产品设计、研发、采购、生产、市场准入、报废等全生命周期,与新工科学科专业及我国先进制造业紧密相关。目前我国质量与标准化人才,尤其是"专业技术+质量标准"复合型人才非常短缺。该文根据新工科人才培养要求,在充分发挥各专业学科特色的基础上,融入质量管理与标准课程,在教学内容设计、课堂教学方法、实践教学方法、教学效果评价等方面开展探索与实践,重点培养学生的质量意识、标准化思维、质量分析及实际应用能力,将教学过程性考核落到实处。

集成光电子技术实验课程科教融合教学模式的应用探索

集成光电子技术在信息处理和传输方面起重要作用,是现代光通信及大规模光电芯片技术发展的重中之重。本论文针对集成光电子技术课程中出现的概念抽象,对学生的创新与实践能力培养不够等问题,提出了在实验课程中引入集成光子器件设计与优化的科教融合教学模式的改革方法。该教学模式通过光波导结构以及微环谐振器、马赫增德尔干涉仪等集成光子器件的设计,使学生能够更加深刻地理解课程内容,初步了解学科的前沿动态,激发学生的学习热情和求知愿望,为其进一步深造或走向社会打下一个良好的技术基础。

模拟电路实训课程的创新与实践

为了提升学生对模拟电路的理解和动手实践能力,作者设计了一种新的模拟电路实训课程,紧密联系理论知识和实际工作需要,将学习电路原理、测试和调试方法与培养细致严谨的工作态度有机结合起来.实训电路板是专门设计的,课程内容围绕电路板展开,教师讲解与学生操作间隔进行,力求在几天实训时间里,使学生初具电子工程师的职业素养.该实训课程已经进行了实际的课堂实践,取得了学生较好的反馈意见,同时也在作进一步改进.

深紫外飞秒脉冲准分子激光放大同步特性研究

为了获得大能量的深紫外超短脉冲,将深紫外飞秒种子光通过ArF准分子放大器进行放大。通过对种子光信号和准分子放大器的荧光信号进行测量,在不同环境下,针对种子光信号与放大器放电信号之间的延时对脉冲单程放大特性的影响进行了研究。研究结果表明,放大系统实现了种子光与准分子放大器的低抖动精确同步,空气和氮气环境下脉冲能量最高分别为197.2μJ和312.6μJ,且氮气环境下脉冲展宽较空气平均降低99.2 fs。相较于空气环境,氮气环境可有效降低深紫外超短脉冲的能量衰减与脉冲展宽,且同步抖动对放大特性影响较小。

单纳米粒子表面的甲醇电催化氧化过程

由于全球资源短缺和环境污染等问题日益加剧,开发利用洁净高效的新能源已成为当今社会研究热点.其中,直接甲醇燃料电池(DMFC)具有低温启动、无需重整制氢、洁净环保和体积小巧等特性,展现出较好的应用前景.DMFC的阳极反应为甲醇氧化反应,甲醇的完全氧化涉及到复杂的六步电子转移反应过程.揭示甲醇氧化的反应路径与机理,阐明催化剂的真实活性中心以及毒化效应,对于高效催化剂的设计和制备至关重要.随着纳米技术的发展,在单颗粒水平对纳米催化剂进行表征受到了越来越多的关注.因此,亟需发展具有高灵敏度的原位界面表征方法,实现纳米尺度的精准测量,排除催化剂平均效应,获取纳米表界面真实的催化反应信息.本文结合纳米等离子共振散射光谱与电化学技术,获得了单个纳米催化剂的同步光电响应信号,实现单颗粒水平纳米粒子表面化学、电化学反应过程(如电荷转移、分子吸附等)的高灵敏监测,揭示纳米尺度表界面催化反应机制.利用这一技术,动态监测了单个金/铂包金纳米颗粒表面的甲醇氧化过程.结果表明,在金纳米颗粒表面,甲醇氧化主要通过HCOOH路径,生成产物为HCOOH或CO_(2).其中,反应中间体与羟基离子的竞争性吸附起到重要作用,反应决速步为Au-OH和Au-CHO的共吸附.而铂催化甲醇氧化主要经过CO路径,决速步为Pt-OH和Pt-CO氧化生成Pt-COOH过程.此外,观测到金和铂氢氧化物为催化反应的活性物种,进一步证实了金属氧化物对于催化活性的钝化作用.结合密度泛函理论模拟,明确了甲醇氧化反应中间体吸附与金属氢氧化物演变之间的内在联系.综上,本文利用纳米等离子共振散射光谱,原位监测了单个纳米粒子表面的甲醇电催化氧化过程,实现了催化剂真实活性物种演变与失活过程的直接观测,揭示了不同催化剂表面的决速步骤,为提高催化反应效率提供了更加准确的反应信息.本文将有益于纳米等离子共振散射光谱在电催化反应高灵敏监测方面的广泛应用,并为高效甲醇催化剂的制备提供参考.

高选择性H_(2)O_(2)光合成:Ba原子注入面内高度有序结晶结构的g-C_(3)N_(4)纳米棒

过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种重要的绿色氧化剂,在医疗、军工、食品和绿色化学合成等领域有着广泛应用.然而,传统蒽醌法合成H_(2)O_(2)存在能耗高、污染严重等问题.光催化合成H_(2)O_(2)技术,利用来源丰富的太阳能实现氧气的两电子还原,被认为是替代蒽醌工艺的理想方案.石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))因具有成本低、化学性质稳定和电子结构易调等优点,在光催化合成H_(2)O_(2)方面展现出很大潜力.但传统g-C_(3)N_(4)的面内结晶度低,且对两电子氧还原反应的选择性差,这极大地限制了其光合成H_(2)O_(2)效率.为解决这一难题,本文合理设计了一种新策略:将钡(Ba)原子注入面内高度有序结晶结构的g-C_(3)N_(4)纳米棒(BI-CN),在增强g-C_(3)N_(4)的面内结晶度的同时,进一步提高其对两电子氧还原反应的选择性.本文采用BaCl2诱导的面内聚合策略,实现了Ba原子注入的面内高度有序结晶结构g-C_(3)N_(4)纳米棒的可控合成.在合成过程中,三聚氰胺分子选择性地吸附在BaCl2的(200)晶面,并与暴露在BaCl2表面的Ba原子形成Ba-N键.这种强相互作用诱导了三嗪结构单元的定向富集和聚合,从而形成面内有序结晶结构的g-C_(3)N_(4)结构.同时,Ba原子通过Ba-N键稳定地锚定在g-C_(3)N_(4)结构中,构建了Ba原子注入的面内高度有序结晶结构的g-C_(3)N_(4)纳米棒.实验和理论计算结果表明,由于Ba原子和N原子的电负性差异,电子从Ba原子迁移到N原子,形成缺电子的Ba活性位点.注入的Ba原子起到正电荷中心的作用,氧气分子以Pauling构型稳定地吸附在Ba原子上,该吸附构型使得O-O键不易断裂并增强了*OOH中间体的稳定性,从而抑制了四电子氧还原生成水的反应,有效地提高了两电子氧还原的选择性,最终实现高效的光催化H_(2)O_(2)合成.其中,最优的BI-CN3(三聚氰胺和BaCl2质量比为9:2)光催化生成H_(2)O_(2)的速率达到353μmol L^(-1) h^(-1),是原始g-C_(3)N_(4)的6.1倍,且表现出良好的光催化循环使用性能.同时,BI-CN3光催化剂表现出更强的表面光电压信号、光电流信号以及更低的荧光强度,表明其具有更强的光生电荷分离和迁移效率.综上,本文不仅为构建具有面内高结晶度和原子级活性位点的g-C_(3)N_(4)光催化剂提供了一种新策略,还为提高两电子氧还原反应的选择性提供了新思路,可为光催化H_(2)O_(2)的高效、绿色合成提供了参考.

合束方式提高准分子激光输出脉冲能量稳定性

为了获得稳定性更好、能量更大的准分子激光输出脉冲,对合束方式提高输出脉冲能量稳定性的可行性进行了理论推导、模拟实验以及合束实验研究。从理论推导得知,当激光输出脉冲能量符合正态分布时,多台激光器合束可以降低输出能量相对标准差。对三台输出脉冲能量分布特性符合正态分布的准分子激光器进行合束模拟实验研究,每台输出脉冲能量平均值约为153 mJ,脉冲能量相对标准差约为1%。两台准分子激光器合束时得到输出脉冲能量平均值为305 mJ、能量相对标准差为0.7%的准分子激光脉冲。三台准分子激光器合束时可以得到输出能量平均值为458 mJ、能量相对标准差为0.6%的准分子激光脉冲。使用两台准分子激光器进行三次实际合束实验,其中两台准分子激光器三次合束分别输出能量平均值约为355、350、330 mJ,相对标准差为1.3%、1.2%、1.4%的激光脉冲;三次合束后分别得到能量平均值为687、694、646 mJ,相对标准差为0.86%、0.79%、0.83%的激光脉冲。模拟实验以及合束实验都表明,合束后的能量相对标准差均小于单台能量相对标准差,即合束提高准分子输出脉冲的稳定性。因此,当单台准分子激光输出脉冲能量符合正态分布且平均能量相当时,多台合束可以有效提高激光输出脉冲的能量稳定性。

基于Pancharatnam-Berry相位超表面的二维光学边缘检测

提出并设计一种基于Pancharatnam-Berry(P-B)相位超表面的二维光学微分器,并实现对光学图像的二维光学边缘检测.在环形光栅相位的作用下,该P-B相位超表面可将光束的左右旋分量在径向进行分离,在滤除中间重叠部分的线偏振光后,保留下来的光学信息即为二维光学微分结果.同时,通过调节该二维光学微分器的光轴分布函数可对边缘信息分辨率进行灵活调控.研究结果表明,上述P-B相位超表面可用于光学图像的二维边缘信息提取,相比于一维光栅式超表面,该方法得到的边缘信息更加完整、清晰.可以预期,这种二维光学微分器在超快光学计算与光学图像处理等方面具有重要的潜在应用价值.

基于深度卷积神经网络的大气湍流相位提取

光束在自由空间中传播时容易受到大气湍流的影响,其对传输光束的影响相当于附加一个随机噪声相位,导致传输光束质量下降.本文提出了一种基于深度卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的湍流相位信息提取方法,该方法采用受湍流影响的光强图为特征提取对象,经过对海量样本进行自主学习后,CNN的损失函数值收敛到0.02左右,其在测试集上的平均损失函数值低于0.03.训练好的CNN模型具有很好的泛化能力,可以直接根据输入的光强图准确提取出湍流相位.利用I5-8500 CPU,预测Cn2=1×10^-14m^-2/3,Cn2=5×10^-14 m^-2/3和Cn2=1×10^-13 m^-2/3三种湍流强度的湍流相位所需要的平均时间低至5×10^-3 s.此外,CNN的湍流相位提取能力,可以通过提高计算能力或者优化模型结构来进一步提升.这些结果表明,基于CNN的湍流相位提取方法能够有效的提取湍流相位,在湍流补偿、大气湍流特性研究和图像重构等方面具有重要的应用价值.

基于Socket服务器的Zynq平台微型高光谱仪实时视频预览系统

由于高光谱数据量庞大,通常的微型高光谱仪难以实现实时视频流无线传输,无法在移动终端进行实时视频预览,给高光谱数据的分析处理带来不便。通过研制Zynq平台微型高光谱仪,经由马赛克面阵高光谱传感器采集高光谱数据,搭建Socket服务器对高光谱数据实施视频无线传输,最终可在移动终端APP上实现实时的高光谱数据视频预览。实测结果显示,所实现的Zynq平台微型高光谱仪在视频预览状态下帧频达28 fps,结合APP的原始高光谱图像获取功能,可显著扩展微型高光谱仪的应用范围。

基于特征光谱参量表征发光二极管结温的方法

针对采用蓝光激发荧光粉产生白光的YAG型白光LED,通过分析其光谱波谷特性,采用常规可见光光谱仪和温控系统设计了一套基于光谱特征参量的LED结温测试系统.测量方法分为定标函数的测定和任意状态下的测量两部分.首先采用光谱仪测量在给定的多个不同结温和正常驱动电流下的相对发光光谱数据,再分析其光谱波谷处的相对光谱强度.从实用性和降低成本的角度考虑,采用正常工作电流驱动,但以正常工作电流驱动下的LED在光谱仪的固定反应时间内其自加热效应不可忽略.因此采用选定基准状态法,将各温度下的相对发光光谱强度与基准状态下的逐点作差得到相应的发光光谱强度差,同时为了减少温控系统引入的温度偏差,同样将各温度与基准温度作差得到相应的结温差.实验表明高低色温大功率LED的结温差和发光光谱强度差经过一定的函数拟合形成的定标函数其线性度都较高,R2达到0.99以上;利用定标函数,可以测量出在任意状态下的LED结温.最后将采用本方法得出的高低色温LED在不同条件下的结温数据与通过Mentor Graphics公司的T3Ster仪器的测量结果进行了比较,最大偏离度为2.82%,在可接受的误差范围内,表明此方法完全具备可行性,具有一定的实用价值.