中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
液晶空间光调制器通过改变驱动电压强度控制液晶分子排布实现对光的调制。紫外区域可用的液晶空间光调制器随光聚合式3D打印等应用的兴起，重要性日益显现。然而绝大多数液晶材料都是有机物，在紫外波段存在光吸收和光反应。为了拓宽液晶材料的应用波段，本文通过选择在应用波段不发生紫外吸收和光反应的官能团，设计了一类可在325~400 nm波段应用不发生光吸收和光反应的液晶材料，并对液晶材料的紫外-可见光光谱进行仿真以验证设计的合理性。将耐紫外液晶化合物配置成混合液晶材料后与常见的两种混合液晶材料的紫外稳定性进行比较。在经过120 min的325 nm紫外光源的辐照后，液晶材料的吸光度和相变温度几乎不变，双折射率变化0.04%，阈值电压变化1.39%，响应时间变化0.32%。
液晶材料 紫外稳定性 双折射率 liquid crystal material UV stability birefringence
1 西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室, 四川 绵阳 621010
2 西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室, 四川 绵阳 621010中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
4 西南科技大学分析测试中心, 四川 绵阳 621010
5 四川轻化工大学化学与环境工程学院, 四川 自贡 643002
华法林作为口服维生素K拮抗剂几十年来广泛应用于治疗血栓类疾病。 因此针对华法林的物理化学性质的研究成为了人们的重点。 通过含时密度泛函理论(TD-DFT), 模拟了华法林分子在水溶液状态下与人血清蛋白结合过程中几种状态的紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)与荧光光谱, 研究不同状态在激发过程中的跃迁方式和电荷转移过程, 以及光谱的差异, 探究整个动力学过程的激发态变化机理。 结果表明, 华法林在水溶液中紫外-可见吸收光谱表现出双吸收现象, 双吸收现象主要由不同的激发态跃迁导致。 未去质子化前, 主要吸收峰波长为291 nm, 去质子化后, 吸收强度降低, 波长红移, 当华法林与血清蛋白结合后发生电荷转移导致吸收增益, 波长307 nm吸收峰强度最高。 通过计算第一激发态(S1)的结构和激发能模拟华法林不同状态的荧光光谱, 最初状态下荧光峰为360 nm, 去质子化后, 荧光强度降低, 波长红移, 结合后结构变化导致荧光增益。 根据华法林的荧光光谱变化情况, 说明其在整个动力学过程中存在不同的荧光发射过程。 通过分子前线轨道分析和电子-空穴分析研究整个动力学过程的电荷转移情况, 表明华法林单体的荧光发射过程为局域激发, 与蛋白质结合后荧光发射过程为电荷转移激发, 结合后的荧光增益特征使华法林可以作为荧光探针。 该研究揭示了华法林与蛋白结合过程中光谱变化机理, 为以后探究分子结合动力学过程提供新型研究手段和理论支撑。
华法林 人血清蛋白 光谱 含时密度泛函理论 分子动力学模拟 Warfarin Human Serum Albumin Spectroscopy TDDFT Molecular dynamic simulation 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2099
1 国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
2 西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室, 四川 绵阳 621010中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621010
近红外光谱涵盖了有机分子中C—H, N—H和O—H等含氢基团的倍频和合频产生的光谱, 提供了分子的结构、 组成、 状态等信息, 是研究有机物含氢基团振动的重要方法, 常用于食品、 农作物等的定性定量分析。 生化领域内所研究对象也都含有氢基团, 这些含氢基团吸收频率特征性强, 受分子内外环境影响小, 近红外光谱特性更稳定, 故可用于化学战剂和危险化学品检测。 沙林是一种神经性化学毒剂, 研究其结构、 化学特性及光谱性质时, 为保证安全, 实验中常用模拟剂样品代替测试, 但目前尚无公允的沙林毒剂近红外模拟剂。 采用密度泛函理论(DFT), 基于Gaussian程序包, 利用B3LYP/def2-SVP对沙林分子进行基态结构优化, 计算了沙林分子的精细结构和分子基频振动模式, 引入广义二阶微扰理论(GVPT2)建立了模拟生化毒剂近红外光谱的理论模型, 得到近红外振动峰与主要振动模式, 由倍频(Overtones)和合频(Combination Bands)振动绘制得到近红外光谱。 对沙林在近红外区域内的含氢基团进行解析, 对其特征峰进行指认, 得到沙林分子在1 150、 1 362和1 500 nm处的三个特征峰及其振动模式, 其中1 150 nm峰是由多个倍频和合频的组合振动贡献产生; 1 362 nm是一个较宽的吸收振动峰, 主要由分子中与C原子相连的原子合频和其他的非C, H原子产生的倍频或合频引起的; 1 500 nm位置的近红外振动峰主要由C8相关的振动模式贡献产生。 通过密度泛函理论建立沙林的近红外光谱理论模型, 通过实验验证了其理论模型的可行性, 为寻找其近红外光谱模拟剂提供理论支撑。
化学战剂 近红外光谱 含时密度泛函理论 Chemical warfare agents (CWA) Near infrared spectrum Time-dependent density functional theory (TDDFT) 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1765
1 河南科技大学 机电工程学院, 河南 洛阳 471003
2 河南科技大学 机械装备先进制造河南省协同创新中心, 河南 洛阳 471003
基于阿基米德螺线方程提出一种等间距螺旋电极压电驱动器, 该文分析了其电极结构与驱动原理, 采用丝网印刷法对该驱动器螺旋电极进行了印制, 并完成待测元件的制备。搭建了位移测试平台测试元件的静态性能, 并对其静态的径向位移及平面扭转角进行了研究。试验结果表明, 直径25 mm、厚2 mm、电极宽0.6 mm、电极中心距1.2 mm的等间距螺旋电极压电驱动器在频率0.5 Hz、电压200 V的正弦激励信号作用下, 径向峰值位移可达1.02 μm, 为传统电极压电元件的1.57倍, 扭转角度可达0.12 mrad, 与传统型压电驱动器相比, 该元件具有较大的径向位移输出,且产生的扭转角度明显。
等间距 螺旋电极 压电驱动器 制备 扭转角 equally spaced spiral electrode piezoelectric actuator preparation torsion angle
1 河南科技大学 机电工程学院, 河南 洛阳 471003
2 河南科技大学 机械装备先进制造河南省协同创新中心, 河南 洛阳 471003
采用丝网电极印刷法制备了局部环状电极压电驱动器, 并对其动力进行了测试研究。搭建了夹持力测试平台, 对局部环状电极压电驱动器和传统压电驱动器的径向夹持力进行测试和分析。实验结果表明, 分别在频率为0.2 Hz和峰值200 V的方波和正弦波激励下, 局部环状电极压电驱动器带电极区的径向夹持力峰值分别为0.60 N和0.58 N, 两种夹持力峰值响应分别是传统元件的2.72倍和2.76倍。无电极区的反向夹持力峰值为0.29 N和0.28 N, 其略大于传统元件的夹持力峰值, 实验结果同时验证了局部环状电极压电驱动器的正交异性。
环形电极 压电驱动器 径向夹持力 制备 正交异性 ring electrode piezoelectric actuator radial clamping force preparation orthogonality
河南科技大学 机电工程学院, 河南 洛阳 471003
该文制备了PZT-52压电陶瓷柱, 采用丝网印刷法在压电陶瓷基体表面附着电极, 研究了管状陶瓷表面电极的印刷工艺流程。利用油浴热极化法对元件进行极化实验, 通过对元件自由位移的检测, 研究了极化时间对压电驱动器位移的影响, 分析了极化时间对电畴转向和银电极成型质量的影响原理。结果表明, 随着极化时间的增加轴向驱动位移逐渐增强, 在极化电压为500 V, 极化温度为110 ℃, 极化时间为60 min时, 叉指形电极管状压电元件最大轴向位移为0.30 μm。
叉指形电极 管状压电驱动器 电极制备 极化时间 轴向位移 interdigitated electrode tubular piezoelectric actuator electrode fabrication polarization time axial displacement
1 西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室, 四川 绵阳 621010
3 四川轻化工大学化学与环境工程学院, 四川 自贡 643002
4 中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
5 国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
多肽类物质在生物医药等领域是一种重要的生物大分子, 而紫外-可见吸收光谱和荧光光谱是研究生物分子精细结构的重要手段。 采用密度泛函理论(DFT/RI)计算了生长激素释放肽(GHRP-6)和催产素(Oxytocin)两种多肽的结构模型和分子前线轨道; 在含时密度泛函理论(TDDFT)的基础上, 引入了TDA等近似, 建立了多肽类物质的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱的理论模型。 结果表明, 实验测得到GHRP-6的紫外-可见吸收光谱最大吸收波长为279 nm, 计算得到的最大吸收波长为282 nm, 误差为3 nm, 误差百分比约为1%; Oxytocin紫外-可见吸收光谱的实验值为275 nm, 计算值为269 nm, 误差百分比约为2%。 GHRP-6荧光光谱计算值为368 nm, 实验值为360 nm, 误差百分比约为2%; Oxytocin荧光光谱计算值为305 nm, 实验值为312 nm, 误差百分比约为2%。 GHRP-6产生荧光的发射波长与色氨酸产生的荧光波长范围相近, 说明GHRP-6产生荧光的主要贡献为色氨酸残基上的π→π*轨道跃迁, Oxytocin荧光峰位置与酪氨酸产生的荧光波长范围相近, Oxytocin产生荧光的主要贡献为酪氨酸残基上的π→π*轨道跃迁。 根据该模型计算得到的光谱与实验结果吻合度较高, 表明该模型能够准确计算多肽类物质紫外-可见吸收光谱和荧光光谱, 为实验提供可靠的理论依据。
多肽 紫外-可见吸收光谱 荧光光谱 含时密度泛函理论 分子前线轨道 Peptides Ultraviolet-visible absorption spectra Fluorescence spectra TDDFT Molecular frontier orbital 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3172
1 河南科技大学 机电工程学院, 河南 洛阳 471003
2 河南科技大学 机械装备先进制造河南省协同创新中心, 河南 洛阳 471003
该文设计了一种新型叉指型电极(IDE)结构形式的螺旋电极压电扭转驱动器, 推导并建立了螺旋电极平面有效电极区域内点的应变理论方程。利用ABAQUS对该理论方程进行验证, 并着重研究了电压、径向尺寸、圆盘厚度对该压电驱动器应变的影响。结果表明, 螺旋电极压电扭转驱动器能够产生较大的切向应变和径向应变输出; 增大电压, 减小压电圆盘径向尺寸和压电圆盘厚度, 有利于提高驱动器的驱动性能; 在螺旋角、压电圆盘径向尺寸和电压一定时, 螺旋电极压电扭转驱动器的切向应变达到普通电极型的17.5倍, 径向应变是普通电极型的1.6倍。
螺旋电极压电扭转驱动器 螺旋电极 切向应变 径向应变 螺旋角 spiral electrode piezoelectric torsional actuator spiral electrode tangential strain radial strain spiral angle
强激光与粒子束
2020, 32(9): 092008
强激光与粒子束
2020, 32(9): 092004
