科研成果转化为近代物理实验教学内容的研究与实践——以“偶氮染料掺杂聚合物薄膜材料光学特性测量”实验为例

科研成果转化为近代物理实验教学内容对于培养学生的创新能力、提高学生的科研素质和科研能力具有重要的作用。本文介绍了"偶氮染料掺杂聚合物薄膜的材料光学特性测量"系列实验的科研背景和教学设计,并进行了教学总结。

近代物理实验课程的SCOP教学方法探讨--以光谱系列实验为例

基于近代物理实验课程的教学目标、教学内容和组织方式,针对授课过程中发现的问题,提出了SCOP教学方法,即:科学问题引领、合作式探究、开放式讨论和渐进式实验.介绍了SCOP教学方法的概念与结构、实施方式、需要注意的问题以及对学生、教师和课程协调发展的作用.实践表明:SCOP方法可以帮助学生掌握实验的核心思想与知识脉络,帮助学生养成独立思考、批判质疑的精神;SCOP方法有助于教学与科研的融合,促进教师学术水平的提高.

TiO_(2-x) 纳米线基光电忆阻突触器件性能的优化

金属氧化物基光电忆阻器能够同时实现光信号的采集、存储和处理功能,被认为是构筑神经形态视觉系统的理想选择之一.然而,由于金属氧化物材料持续光电导效应下电子和空穴的快速复合,会导致器件电导变化线性度低,限制了其在高精度图像识别方面的发展.实验基于水热法制备了TiO_(2-x)纳米线构筑光电忆阻器,通过等离子体处理的方式优化器件性能,提升器件的电导变化线性度,实现了短时可塑性和长时可塑性的光电忆阻行为及高精度图像识别功能.实验结果表明:等离子体处理能够在TiO_(2-x)纳米线中引入氧空位缺陷,增强器件的持续光电导效应.

弦上驻波实验扩展研究

基于弦上驻波的本科基础实验教学内容,在普通物理实验中的"弦上驻波现象的研究"实验的基础上,从弹性模量的测量,弦线性能对弦线横向振动的影响、混沌效应的研究三个方面做了扩展研究,并对其原理和内容作出系统、详尽的阐述.以有效地拓展学生的知识面,提高学生的综合实验素质水平,深化学生的创新活动和思维熏陶。

溶液的质量分数与折射率关系的实验探究

最小偏向角法和掠人射法是测量液体折射率具有代表性的几何光学法,通过比较2 种方法测量液体折射率的结果,对比分析出最优方案,并验证了蔗糖溶液浓度与折射率的线性关系,探究了折射率与人射光波长关系,并分析实际操作的可能性.

空间滤波的实验研究

运用空间域和频率域方法讨论了阿贝-波特实验和空间滤波实验中光波分别经过单透镜2f系统和4f系统时透镜的傅里叶变换和物体的频谱,探究了物体成像过程中的分频和合频过程,分析了空间滤波实验中透镜孔径对实验的影响.应用Matlab仿真模拟了低通滤波、方向滤波、显色滤波等图像处理技术,验证了夫琅禾费衍射下的巴比涅原理.

STEAM教学模式在高中电磁现象教学中的应用

在学习完电磁的基本内容之后,将"STEAM"教学模式运用到电磁现象的教学过程中,为学生设计目标,并且为其提供有关电磁方面的实验材料,让学生在有限的时间内运用电磁相关知识,自主动手创造出满足既定目标的成品,通过该教学模式便可解决学生学习电磁知识遇到的"认知障碍",使学生熟练应用所学习到的知识.

基于银纳米线的类皮肤超级电容器的制备及性能研究

采用微波焊接法结合紫外固化胶制备了具有高导电性的类皮肤银纳米线电极,并将其作为导电电极制备了类皮肤超级电容器.利用扫描电子显微镜表征了银纳米线电极大面积均匀分布,探究了类皮肤银纳米线电极的弯曲循环稳定性.测试了类皮肤超级电容器的电化学性能和机械稳定性,以及在可穿戴电子领域的应用.结果表明:类皮肤银纳米线电极具有高导电性和高机械稳定性,进而保证了类皮肤超级电容器的高面电容以及良好的机械稳定性,且跟随人体运动时仍能正常工作.

基于聚合物共混的有机场效应晶体管光电性能研究

采用聚合物共混的方法制备了体异质结薄膜,将其作为光敏半导体层制备了有机场效应光晶体管.利用原子力显微镜表征了共混薄膜的分相情况,探究了器件提高激子解离效率的机理,并对比了聚合物共混前后有机场效应晶体管的光电性能变化和相分离情况.结果表明:制备的聚合物共混光晶体管在微弱光线条件下(0.038 mW/cm 2,808 nm)具有较高的光敏性(为106).通过共混聚合物半导体材料制备体异质结薄膜可以有效地提高激子解离的效率,通过双层绝缘层能进一步降低光晶体管的暗电流,从而提高器件的光敏性.

基于ZnO中空纳米纤维的甲醛气体传感器研究

以静电纺聚乙烯吡咯烷酮(PVP)纳米纤维为牺牲性模板,利用原子层沉积结合高温煅烧工艺制备ZnO中空纳米纤维,并以此为敏感材料构建了甲醛气体传感器.传感器的最佳工作温度为200℃,对体积分数为5×10^(-5)甲醛气体的灵敏度最高可以达到73.通过对比研究得知,传感器的灵敏度与ZnO中空纳米纤维的表面耗尽层空间占比正相关. ZnO中空纳米纤维独特的中空结构和较小的壳层厚度,增大了表面电子耗尽层在纤维中的空间占比,从而提高了传感器的灵敏度.

单层MoSe_(2)单晶的光学及电学性能探究

采用Au箔作为生长衬底,通过化学气相沉积法制备了高质量的单层MoSe_(2)单晶.通过光学显微镜、扫描电子显微镜、扫描透射电子显微镜等对其形貌和结构进行了表征,研究了单层MoSe_(2)单晶的光学及电学特性.结果表明:单层MoSe_(2)具有非线性光学特性,并具有直接带隙结构(带隙宽度约为1.56 eV)及较好的光致发光特性.当其作为场效应晶体管器件的半导体沟道材料时,器件的载流子迁移率为1.6 cm^(2)/(V·s),开关比约为104.

单层WS_(2x)Se_(2(1-x))合金的制备及其光学性能探究

为了全面理解过渡金属硫族化合物合金成分变化对其带隙及光学性能的影响,通过调控非金属生长源S粉和Se粉的比例,采用化学气相沉积法,制备了一系列具有不同成分的大尺寸单晶WS_(2x)Se_(2(1-x))合金.通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、光致发光光谱等对其形貌、结构及光学性能进行了研究.实验结果表明:单层单晶WS_(2x)Se_(2(1-x))合金成分均匀且具有非线性光学特性.随着合金中非金属S含量的增多,单层WS_(2x)Se_(2(1-x))合金的拉曼峰发生蓝移;且其带隙也随S的增多而逐渐变大,发光和吸收峰位均逐渐蓝移.

基于单T网络的忆阻混沌电路

利用RC单T选频网络构成的正弦波振荡电路和三次光滑模型忆阻器,通过不同的耦合方式,设计了并联型和串联型忆阻混沌电路.通过分岔图、Lyapunov指数和相图分析了电路的基本动力学特性,观察到了当耦合电容值变化时电路呈现的倍周期分岔、周期窗口和快慢效应等复杂动力学行为.电路仿真得到的实验结果与数值计算结果基本一致.

金纳米颗粒溶液的光热转换效率测量

激光照射金属材料表面会引起材料内部性质的变化,金属材料会对光产生吸收并可以将其转化为热能,导致材料表面温度的变化.金属材料的不同形貌、尺寸对光的能量转换效应是不同的,光热转换效率是材料吸收光能转换成热能的重要参数.在材料尺寸相同条件下光热转换效率大小与入射波长、激光器的功率密度、溶液浓度等因素有关.本文选取金纳米棒材料作为研究对象,通过改变入射波长、激光功率等条件研究金纳米棒光热转化效率,借此建立一种微观物质的能量转换的测量研究方法.

面向感存算一体化的光电忆阻器件研究进展

脑启发神经形态计算系统有望从根本上突破传统冯·诺依曼计算机系统架构瓶颈,极大程度地提升数据处理速度和能效.新型神经形态器件是构建高能效神经形态计算的重要硬件基础.光电忆阻器作为新兴的纳米智能器件,因具备整合光学感知、信息存储和逻辑计算等功能特性,被认为是发展类脑视觉系统的重要备选.本文将综述面向感存算功能一体化的光电忆阻器研究进展,包括光电忆阻材料与机制、光电忆阻器件与特性、感存算一体化功能及应用等.具体将根据机制分类介绍光子-离子耦合型和光子-电子耦合型光电忆阻材料,根据光电忆阻特性调节方式介绍光电调制型和全光调制型光电忆阻器件,根据感存算一体化功能介绍其在认知功能模拟、光电逻辑运算、神经形态视觉功能、动态探测与识别等方面的应用.最后总结光电忆阻器的主要优势以及所面临的挑战,并展望光电忆阻器的未来发展.

声波多次往返叠加对相位比较法测量声速的影响

相位比较法测量声速实验中,由于声波在传输过程中存在衰减、反射以及在收、发换能器之间多次反射叠加,当收、发换能器间距较小时,发射信号和接收信号合成的李萨如图形变化规律与理论不一致,即,接收器移动1个波长的距离,示波器中观察到合成直线段在同相和反相区域分别连续出现多次,该现象影响了学生对实验现象的判断和实验测量.本文通过理论计算分析,声波在收、发换能器之间的多次往复反射叠加次数增加,声波传输衰减小和换能器表面反射系数大会增大该现象产生的强度和持续的空间范围,理论计算直观地说明了接收器接收的声压信号与空气振动信号之间的关系和利用相位比较法测量声速的合理性.

基于果胶材料的阻变存储器离子缓冲层研究

采用微波辅助法制备了生物果胶薄膜,并作为缓冲层,制作了Ag/pectin/a-C/Pt阻变存储器.利用原子力显微镜表征薄膜表面的电流分布,探究了果胶薄膜的离子缓冲机理.分析了基于果胶薄膜的阻变存储器的阻变性能和阻变机制.结果表明:该缓冲层能够降低器件开关电压的波动性,提升高低阻态开关比.通过调控限制电流,在单一器件上实现了多阻态信息存储.

ZnO纳米棒的光学特性探究

为了深入理解一维ZnO纳米材料的优异光学特性,利用油酸锌的高温热分解反应制备了直径约为6.6 nm的ZnO纳米棒,通过X射线衍射仪、电子显微镜以及拉曼光谱仪等对其结构、形貌及光学特性进行了探究.结果表明:该ZnO纳米棒的激子吸收峰相对于体相ZnO材料发生了明显蓝移,体现了该材料的量子限域效应.除了常见的紫外激子发射峰和源自深能级跃迁的可见发射峰之外,还观察到位于394~412 nm的紫光发射峰,该发射峰与激光热效应及ZnO纳米棒表面的有机配体有关.

利用PGNAA方法对煤质进行检测的MOCA模拟研究

利用MOCA软件模拟利用PGNAA方法对煤质进行检测的过程.通过改变屏蔽体的厚度,确定最优铅厚为2cm;改变泥煤、褐煤、烟煤3种煤样的厚度,模拟优化快中子和慢中子比例;通过改变探测器与源之间的距离来确定探测器放置的合适位置.根据模拟结果优化实验装置设计,为实际检测分析提供参考.

基于标记中子方法检测墙体爆炸物扣除本底方法

利用电磁等技术确定墙体内可疑区域,采用标记中子方法检测可疑区域是否含有爆炸物,是快速、准确、可靠的技术手段.为了降低高密度墙体的影响,更准确判断墙体内是否存在爆炸物,分别采用全能峰面积(TPA)法,科沃尔(Covell)峰面积法,沃森(Wasson)峰面积法对2种元素C、O的特征峰进行本底扣除.采用扣除本底后的C、O特征峰计数比(C/O)值来确定墙体内是否存在爆炸物,与不扣除本底计数时的C/O值相比,其适用性得到较大提高.