基于微型X射线闭管的X射线荧光谱仪是深空探测新一代元素就位分析技术，研制了一款微型微焦斑X射线闭管作为X射线荧光分析的激发源。设计了一种新型的单极静电聚焦透镜，仿真模拟了电子聚焦光学结构尺寸对电子束运动轨迹的影响，并对静电聚焦结构的形状和尺寸进行了优化。完成了微型一体化X射线源的加工和装调，搭建了X射线源性能测试装置。微型一体化X射线源工作电压2~50 kV、X射线强度不稳定性为0.3%、高压不稳定性为0.21%。在高压50 kV、电子电流50 μA的情况下，微型一体化X射线源的总功耗5 W，焦斑尺寸177 μm×451 μm，可以满足深空探测行星表面物质成分原位分析需求。

受限于高氯离子迁移性能, 大量品质较低的脱硫石膏在石膏制品中无法被有效利用。本文研究了Q相(Ca20Al26Mg3Si3O68)对脱硫石膏中氯离子迁移性能的影响规律与机理。结果表明, 在脱硫石膏中以10%~30%(质量分数)的比例掺入Q相, 其水化产物主要为二水硫酸钙、钙矾石和AH3凝胶, 脱硫石膏样品中氯离子固化率和绝干抗压强度均得到了较大提升。掺入30%的Q相对脱硫石膏性能提升效果最佳, 此时氯离子固化率达19.55%, 石膏的绝干抗压强度提升了约51.5%。结合XRD、SEM和综合热分析探明了Q相-脱硫石膏水化产物中钙矾石、AH3凝胶对氯离子固化和石膏力学性能改善的作用机理。

水性漆绿色环保、 节约资源, 越来越受到消费者的青睐, 具有广阔的市场潜力和发展前景。 由于水与有机树脂的相容性较差, 水性漆漆膜硬度、 耐磨性、 耐老化性等性能较差。 为了提高水性漆的各项性能, 以樟子松为基材, 利用傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared, FTIR)技术探究了樟子松与丙烯酸水性漆的结合机理； 采用纳米SiO2和TiO2来改性丙烯酸水性漆并对樟子松进行涂饰, 研究改性后的水性漆对漆膜硬度、 耐磨性、 耐老化性等性能的影响。 结果表明, 水性漆涂饰樟子松后, 3 349 cm-1处的O—H伸缩振动吸收峰峰值下降, 说明松木与水性漆之间形成了更稳定的氢键； 1 727 cm-1处羧基中的CO伸缩振动峰强度低于纯水性漆, 而1 239 cm-1处酯基中的C—O伸缩振动峰值高于樟子松, 表征了水性漆中的羧基与樟子松中的羟基发生了酯化反应； 在1 109 cm-1处出现了C—O—C中的C—O不对称振动峰, 表明樟子松与水性漆中的羟基发生了醚化反应。 研究揭示了丙烯酸与樟子松除物理结合外, 还发生了化学反应, 使漆膜与木材结合更牢固。 同时, 对纳米材料改性后的丙烯酸水性漆漆膜的性能分析表明, 改性水性漆具有和商用水性漆一样高的漆膜附着力与耐水性； 纳米SiO2改性水性漆在漆膜硬度、 耐磨性方面表现更优, 而纳米TiO2改性对水性漆漆膜耐老化性能的作用较大。 综合各方面因素, 认为在底面漆中均加入3%纳米SiO2改性的水性漆最适用于室内木制品, 此时漆膜硬度达3H, 附着力、 耐水性均达1级； 在面漆中加入1%纳米TiO2改性的水性漆最适用于户外木制品, 此时漆膜硬度达H, 耐水性达1级, 耐老化性也最优。 该研究可为纳米改性水性漆方面的研究提供理论参考, 对促进水性漆的优化改性、 拓宽其应用范围、 提高其附加值具有指导意义。

基于射频磁控溅射法制备了以非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)作为有源层的底栅顶接触式薄膜场效应晶体管(Thin Film Transistor, TFT), 其长/宽比为300μm/100μm。研究了该器件在无激光和在三种不同波长激光照射下的光敏特性。实验表明, 器件在波长分别为660、450和405nm三种激光照射下的阈值电压Vth分别为4.2、2.5和0V, 均低于无激光时的4.3V, 且器件的阈值电压随激光波长减小单调降低, 此外, 随着激光波长的下降, “明/暗”电流比K由0.54上升到8.06(在VGS=6V且VDS=5V条件下), 光敏响应度R由0.33μA/mW上升到4.88μA/mW, 可见激光波长越短, 可获得更强的光电效应, 光灵敏度也更高, 该效应表明该器件在光电探测等领域具有广阔的应用前景。

深空探测时, 由于星敏感器受到多种复合运动影响, 使拍摄星图存在严重运动模糊, 信噪比低。采用Sureshrink小波方法去噪, 能够有效保留星图的边缘信息和灰度信息; 根据星图梯度符合拉普拉斯分布的先验信息, 提出一种基于最大后验概率估计方法的星图去模糊模型, 并对动态模糊星图进行去模糊处理。仿真结果表明, 高动态时, 经过所提出的去模糊方法处理后的星图不会出现维纳滤波方法中的振铃影响, 处理速度和提取质心精度优于Richardson-Lucy滤波, 质心精度优于0.1个像素, 满足动态星敏感器的处理精度和速度要求。

针对井下近钻头处随钻测斜仪内径受限、井下环境温度梯度大等特殊恶劣环境,设计了一种用于测量石油井眼轨迹惯性的椭圆柱形光纤陀螺。由于光纤环存在热致非互易相移问题,以光纤环的Shupe误差为基础,采用4极对称绕法,建立了椭圆柱形光纤环的三维温度瞬态响应数学模型。结合光纤陀螺实际的工作环境,利用有限元法对椭圆柱形光纤环进行了数值仿真,定量分析其工作温度梯度下光纤环的Shupe误差,实验验证了模型的正确性。在光纤长度、光纤环层数和光纤环半径一定的条件下分别对圆柱形光纤环和椭圆柱形光纤环施加相同的温度激励,比较两种光纤环的热致误差速率。结果表明:椭圆柱形光纤环热致误差速率比圆柱形光纤环小35%~39%,在满足井下测量仪器体积受限的同时,可提高井眼轨迹惯性测量的精度。

细胞纳米结构的探测对癌症的早期诊断以及筛查具有非常重要的意义。 空域低相干相位显微镜可以探测细胞的纳米结构获取系统参数, 但是显微镜的系统参数和细胞纳米结构参数之间存在着复杂的非线性相关关系, 需要研究方法加以定量分析。 因此, 基于一维高斯场模型加一维多层介质模型模拟空域低相干相位显微镜的背散射光谱, 实验结果表明模型预测结果与实际测量结果基本一致。 对已知纳米结构的组织切片光谱建模, 通过统计方法分析了系统参数与细胞纳米结构参数的相关关系, 验证了系统参数确实能反映细胞纳米结构参数的变化, 并量化了系统参数的反映水平。 研究成果为基于空域低相干相位显微镜的癌症早期诊断提供了新的理论基础和方法依据。

在采用天文光学自主导航方式进行深空探测时, 导航星的视星等高, 为获取清晰的星图, 星敏感器焦距长、曝光时间长, 同时受探测器多种运动复合的影响, 星图易产生模糊拖尾现象, 很难用基于硬件的常规方法有效复原。研究复合运动模糊星图的建模方法, 可揭示星敏感器与导航星的真实相对运动对星图像质的影响规律, 从而用软件算法复原高像质星图, 提高星敏感器的动态性能。由于缺乏确定的参数模型, 复合运动模糊星图建模难度较大。提出了一种基于可分离模糊核的复合运动模糊星图建模的新方法, 研究星敏感器角运动和角振动对成像的影响, 并与常用的分步模糊方法比较。仿真表明: 基于可分离模糊核方法的仿真星图更符合星敏感器实际运动对星图退化的影响; 星敏感器的复合运动特别是旋转运动对质心提取效果具有显著影响, 严重时会导致星敏感器无法定姿。