高熵合金相增强金属玻璃基复合材料的制备与性能

采用铜模吸铸法制备了由大块金属玻璃和高熵合金组成的双相复合材料,其名义成分为(Zr_(59)Ni_(21)Al_(20))_(90)(Ni_(2.1)TiAlFeCrCo_(0.8))_(10)。利用X射线衍射仪、差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、维氏硬度计、万能试验机等研究了复合材料的组织和性能。结果表明:该复合材料的压缩断裂强度为2.61 GPa,塑性应变达到了13.61%,远高于Zr_(59)Ni_(21)Al_(20)金属玻璃,还继承了金属玻璃优异的耐蚀性能。采用铜模吸铸法制备的双相复合材料兼具金属玻璃和高熵合金的优异性能。

Fe_(85)Zr_(10)B_(5)三元非晶合金的非晶形成能力及磁热性能

采用单辊甩带法成功制备了Fe_(85)Zr_(10)B_(5)非晶合金,并对其非晶形成能力、磁性能和磁热效应进行了研究。结果表明:Fe_(85)Zr_(10)B_(5)非晶合金具有较大的过冷液相区宽度、γ参数和临界截面厚度,表明其优异的抗晶化热稳定性和非晶形成能力。Fe_(85)Zr_(10)B_(5)非晶合金在325 K的居里温度(Tc)下表现出3.26 J/(kg·K)的磁熵变峰值(-Δ_(m)^(Speak)),高于其他Tc相近的Fe基非晶合金。Arrott曲线和(-Δ_(m)^(Speak)∝H0.74的线性关系表明了Fe_(85)Zr_(10)B_(5)非晶合金典型的二级磁相变行为,这使该合金具有超宽的工作温度区间和较大的磁制冷能力(约546.4 J/kg)。Fe_(85)Zr_(10)B_(5)非晶合金在室温热端温度附近较高的(-Δ_(m)^(Speak)和磁制冷能力,表明其作为磁制冷工质的重要组成部分在室温磁制冷领域具有广阔的应用前景。

基于蒙特卡罗法硬膜血肿厚度计算的数值仿真研究

为实现对颅脑硬膜血肿的快速检测与评估,本研究基于近红外光谱技术(Near Infra-Red Spectroscopy,NIRS)与蒙特卡罗算法建立适用于正问题的5层颅脑组织进行仿真,采用控制变量法以10组血肿厚度模型的出射光子数量为基础,定义源-检测器灵敏度(Source-Detector Sensitivity,SDS)变量参数,构造基于幂律衰减模型和指数律衰减模型的正向函数矩阵.对正问题获取的数据进行数学模型重构即逆问题的实现,以6组血肿厚度进行逆向理论计算,对比参照值,血肿厚度小于0.7 cm,两种函数模型平均绝对误差均小于3.6%;血肿厚度为0.75 cm,幂律衰减模型平均绝对误差比指数律衰减模型小于4.3%,误差小于6.3886%.结果显示该方法对准确判断是否含有血肿以及血肿厚度预测具有可行性,检测灵敏度与检测距离具有对数相关性,幂律衰减模型比指数律衰减模型预测平均值更接近参照值,构建效果更好.

近红外光谱的阵列扫描式灵敏度法探测颅脑血肿

利用近红外光谱技术对脑组织进行检测实现脑血肿的定位一直以来都是无损光学诊断的研究热点。为了实现开放式全方位的精准探测,基于功能性近红外光谱技术提出一种新的方法—阵列扫描式灵敏度法,即建立全方位阵列探测器,通过单边阵列式扫描检测来获取不同探测位置的光通量,计算每个探测器的探测灵敏度,就能得到全方位的探测信息。首先,建立单层有限元模型,设置光学参数、光源、探测位置及边界条件,将仿真结果与蒙特卡洛的运行结果进行对比,验证有限元模型条件设置的准确性。其次,根据人脑组织结构建立脑部模型,在模型中插入血肿,选择波长为850 nm的近红外光作为光源,设置该波长下各层生物组织的光学参数,模拟光子在正常脑组织与含血肿脑组织中的传播,在距光源不同位置的探测器处检测到多组光通量数据,处理数据后发现有限元仿真软件在图像、数据方面反映了血肿对光的传播有极大影响。为研究探测到的光通量信息与血肿位置之间的关系,基于近红外光谱技术采用阵列扫描式灵敏度法分别改变组织内血肿的方位、横向位置与纵向深度,在距光源不同的探测位置处检测到多组光通量数据,处理数据后建立血肿位置与对应探测灵敏度之间的关系图进行分析。结果显示采用阵列扫描式灵敏度法,近红外光谱技术能准确探测血肿的方位信息与横向信息,且血肿位于源—探测距离中间时,探测效果最佳,而纵向深度只影响光子穿过较深层组织的概率,位置越深,光子的穿过率越小,探测灵敏度越小。由此得出,基于阵列扫描式灵敏度法可以实现颅脑组织内一定深度处血肿的快速准确定位,为近红外光谱技术的光学成像、检测组织内部肿瘤等提供了新思路和有效参考。

新型单模半导体激光器实验教学中的关键基础问题讨论

半导体激光技术是光学工程硕士研究生的核心专业课程,在掌握激光原理的理论基础知识之上,进行实验研究是十分关键的一个环节,而在半导体激光器的研究与开发中,单模法布里-珀罗半导体激光器是最近几年才发展起来的一种新型结构的激光器。笔者对此新型单模半导体激光器件的基本结构和工作原理做介绍,多模激光器在内置反馈外腔的作用下,由于强烈的模式竞争,很容易实现激光器输出具有较高边摸抑制比的单模激光谱,输出的单模激光随激光器操作温度发生漂移。对学生在实验研究过程所遇到的注入锁定行为的关键物理问题做详细的探索性分析和讲解。注入功率和波长失谐是促使激光器发生注入锁定行为的2个重要参数,随波长失谐的增加,使激光器发生注入锁定行为的阈值功率也将被提高,注入功率越高,使激光器发生锁定行为的波长失谐范围也越大。