1 长沙理工大学物理与电子科学学院, 柔性电子材料基因工程湖南省重点实验室, 长沙 410114
2 湖南省产商品质量监督检验院, 长沙 410116
3 中南大学资源加工与生物工程学院, 矿物材料及其应用湖南省重点实验室, 长沙 410083
4 中国地质大学(武汉)纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心, 武汉 430074
高岭石广泛应用于光催化领域, 其在光催化反应中的作用机制错综复杂。本工作从高岭石作为传统载体、功能性载体和光催化剂3个方面, 综述了高岭石在光催化领域的研究进展, 并系统阐述了高岭石结构与光化学性能之间的关系, 对面临的问题和未来发展趋势进行了总结和展望。
高岭石 光催化 杂铝硅酸盐 非对称层结构 kaolinite photocatalysis doped aluminosilicate asymmetric layered structure
1 厦门大学电子科学与技术学院, 福建 厦门 361005
2 厦门大学物理科学与技术学院, 福建 厦门 361005
近年来, 二维材料由于其独特的性质而受到了广泛关注。 在制备二维层状晶体的各种方法中, 机械剥离法获得的薄层二维材料晶体质量高, 适用于基础研究及性能演示。 然而用机械剥离法从衬底上获得的材料具有一定的随机性, 可能包含了少许相对较厚的部分。 实现对这些二维薄层材料有效、 快速且智能化的表征有利于促进二维材料性能的进一步研究。 提出了一种基于深度学习的表征方法, 通过搭建的编解码结构的卷积神经网络语义分割算法, 可以根据光学显微镜图像进行分割和快速识别二维材料纳米片。 卷积神经网络作为深度学习在图像处理领域中的典型算法, 能够对光学显微镜图像中的复杂信息进行特征提取。 首先采用机械剥离制备MoS2纳米片样本, 通过光学显微镜采集高光谱图像并对样本进行标记, 根据样本的厚度范围标记出不同的区域, 对标记后的图像进一步处理, 包括图像的颜色校准和剪切操作, 得到用于网络训练和测试的数据集。 针对光学图像中二维纳米薄片存在的低对比度、 碎裂等特点, 编码时加入残差结构和金字塔池化模型, 有助于特征信息的提取; 解码时融合编码路径中提取的浅层特征信息, 以提高网络分割精度。 实验中采用带权重的交叉熵损失函数解决类别数量不平衡问题和采用数据增强扩大数据集。 对训练后的网络测试结果表明, 模型像素精度为97.38%, 平均像素精度为90.38%, 均交并比为75.86%。 之后通过迁移学习成功地对剥离的单层和双层石墨烯纳米片样本进行了识别, 均交并比达到了81.63%, 表明该方法具有普适性。 通过MoS2和石墨烯纳米片的识别演示, 实现了深度学习在二维材料的光学显微镜图像中的成功应用。 该方法有望在更多的二维材料上得到扩展并突破自动动态处理光学显微镜图像的问题, 同时为其他纳米材料的高光谱图像处理提供参考。
二维材料 高光谱显微图像 卷积神经网络 金字塔模型 特征融合 Two-dimensional material Hyperspectral microscopy image Convolutional neural network Pyramid model Feature fusion 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1965
1 中海油服油田化学研究院，廊坊 065201
2 南京工业大学材料科学与工程学院，南京 211816
废弃玻璃粉作为一种高SiO2含量的固体废弃物，可以有效防止油井水泥石在高温下的强度衰退，从而提升深井、超深井固井水泥环长期封隔完整性。本文研究了150 ℃、21 MPa下，不同粒径废弃玻璃粉对水泥石抗压强度、渗透率和微观结构的影响。结果表明：150 ℃、21 MPa下净浆水泥石180 d抗压强度为8.57 MPa，较1 d衰退76.04%;掺入废弃玻璃粉可以提高水泥石抗压强度的长期稳定性,在内掺40%(质量分数)粒径为45 μm的废弃玻璃粉情况下，水泥石在180 d时抗压强度为31.85 MPa，较1 d仅衰退3.95%，渗透率为1.28×10-2 mD，较1 d降低16.88%；掺入废弃玻璃粉改变了水泥石150 ℃、21 MPa下的物相组成，净浆水泥石的主要结晶相为氢氧化钙和水硅钙石，掺入不同粒径废弃玻璃粉的水泥石主要结晶相为硬硅钙石和托贝莫来石；内掺40%粒径为45 μm的废弃玻璃粉的水泥石中托贝莫来石晶粒尺寸稳定；随龄期增加，净浆水泥石孔结构向大孔径发展，内掺40%粒径为45 μm的废弃玻璃粉的水泥石的孔结构更加致密，180 d内各龄期均以凝胶孔为主。
废弃玻璃粉 油井水泥 高温 微观结构 抗压强度 渗透率 waste glass powder oil well cement high temperature microstructure compressive strength permeability
1 郑州大学 机械与动力工程学院, 郑州 450001
2 河南省智能制造研究院, 郑州 450001
基于牛顿粘性定律和计算流体力学(CFD), 在实际项目的基础上探究了五种不同垂直截面形状的翅片式散热器在强迫对流条件下的散热性能, 最终根据其各自的散热性能和经济性筛选出最佳垂直截面形状的散热器为三角形截面翅片散热器, 与传统的矩形截面翅片散热器相比, 其散热性能提升了4.23%, 材料成本下降了17.95%。
热电制冷 翅片式散热器 风冷热沉散热 计算流体力学 thermoelectric cooler fin heat sink heat dissipation of heat sink CFD
强激光与粒子束
2021, 33(9): 094002
1 厦门大学嘉庚学院, 福建 漳州 363105
2 厦门大学 物理科学与技术学院, 福建 厦门 361005
Ge材料由于在近红外波段具有较大的吸收系数、高的载流子迁移率、以及与Si工艺相兼容等优势而被视为制备近红外光电探测器最理想的材料之一。针对Ge光电探测器制备过程中面临的挑战, 文中综述了近年来笔者所在的课题组在Ge探测器材料、器件及工艺方面的研究进展。首先介绍了Si基Ge材料的制备工艺, 利用低温缓冲层生长技术、Ge/Si键合技术、Ge浓缩技术等分别制备得到高晶体质量的Si基Ge材料。研究了Ge材料n型掺杂工艺, 利用离子注入结合两步退火处理(低温预退火和激光退火)以及利用固态磷旋涂工艺等分别实现Ge材料n型高掺浅结制备。最后探究了金属/Ge接触势垒高度的调制方法, 结合金属中间层和透明导电电极ITO制备得到性能良好的Ge肖特基光电探测器。
Ge光电探测器 Si基Ge材料 n型掺杂 肖特基势垒高度 Ge photodetectors Si-based Ge materials n-type doping Schottky barrier height 红外与激光工程
2020, 49(1): 0103004
电子科技大学 信息与通信工程学院, 成都 611731
提出一种脉冲位置调制光标记(PPM)与正交幅度调制(QAM)净荷相结合的光标记交换系统。利用仿真对携带40Gbit/s 16QAM净荷和2.5Gbit/s 2PPM标记的系统传输特性进行验证。通过优化系统频率间隔, 得到BER=10-9时, 标记和净荷的接收灵敏度与光信噪比(OSNR)分别为-28.51dBm/13.65dB和-22.03dBm/15.02dB。经96km光纤传输后, 传输代价均未超过1.5dB。结果证明: 16QAM/2PPM光标记交换系统具备良好的传输特性。
光标记交换技术 脉冲位置调制 高速光通信 正交幅度调制 optical label switching pulse position modulation high speed optical communication quadrature amplitude modulation
厦门大学 物理科学与技术学院, 福建 厦门 361005
为了实现高效的微光探测以及满足量子通信的需求, 需要研发制备具有高增益、低噪声和高带宽的高性能红外探测器, 基于硅衬底材料的锗硅雪崩探测器(Avalanche Photodiode,APD)被认为是有希望实现近红外通信波段高效弱光探测的探测器件。本工作设计研究了一种横向收集结构的锗硅APD, 并对其结构参数对电场分布的影响进行了仿真模拟。发现该结构中硅倍增层的掺杂浓度、尺寸等对器件电场分布具有很重要的影响, 并且利用能带理论对其进行了解释说明。倍增层掺杂浓度提高后, 增强的结效应导致该器件中出现了有趣的双结结构, 横向的n+-n-结与纵向的p+-i-p--n-结共同作用于电场分布, 并且实现了纵向雪崩与横向载流子收集。在-30 dBm 1 310 nm光源正入射下, 新设计的横向吸收结构APD经过优化带宽可以达到20 GHz; 线性响应度07 A/W; 由于采用了键合方法, 其暗电流可以下降至10-12 A。基本满足近红外通信波段弱光探测的高速、低暗电流、探测能力强等要求。
半导体探测器 雪崩光电二极管 锗硅 电场控制 semiconductor detectors avalanche photodiodes Ge/Si electric field control
HgTe/CdTe量子阱是研究拓扑绝缘体新奇物性的一个很好载体。采用Kane八带k·p模型, 对电场驱动Hg1-xCdxTe/CdTe量子阱拓扑相变及其相变前后的光吸收性质进行了研究, 并使用BHZ模型对吸收系数进行了解析计算和分析。结果表明: 在电场能够驱动Hg1-xCdxTe/CdTe量子阱拓扑相变后继续增大电场, 其能带可变为墨西哥帽形状, 联合态密度将会增强, 导致光吸收相比于无电场时显著增强, 与解析计算结果相吻合。对于平行界面偏振光（TE）吸收曲线在带边还形成了双峰结构。文章结果可用于新型红外光电探测器、激光器以及频率选择器等量子阱器件的研究和设计。
拓扑相变 量子阱 光吸收 topological phase transition quantum well optical absorption
南京邮电大学信号处理与传输研究院, 江苏 南京 210003
轨道角动量(Orbital angular momentum, OAM)复用通信系统性能不可避免地受到发、收两端OAM态非对齐的影响。针对OAM态复用通信, 提出了一种将多输入多输出(Multiple-input multiple-output, MIMO)均衡技术用于降低OAM系统发、收两端非对齐对系统性能带来影响的方案。所提方 案利用MIMO均衡技术纠正或部分纠正复用OAM态在发、收两端非对齐时的模间串扰。数值仿真结果表明所提方 案可有效地降低OAM非对齐通信系统模式间的串扰,提升了系统的误码率性能,在位置偏移和角度偏斜量较小 情形下,系统误码率可提升1～2个数量级。
光通信 轨道角动量复用通信 非对齐 多输入多输出均衡 误码率 optical communication orbital angular momentum multiplexed communication misalignment multiple-input multiple-output equalization bit error rate
