北京科技大学自动化学院仪器科学与技术系
- 作品数：12 被引量：45H指数：4
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- 相关领域：机械工程理学金属学及工艺更多>>
- 基于量子化学计算的谷氨酰胺太赫兹吸收谱模拟被引量：5
- 2015年
- 利用量子化学计算方法模拟物质的太赫兹吸收谱,可以为目标物质的太赫兹吸收特征匹配分子振动模式,对深刻理解谱的形成机理十分必要。模拟结果的可靠性,主要取决于目标物质初始构型的搭建和振动模式计算方法的选择。首先利用太赫兹时域光谱技术获取了谷氨酰胺固态样品的太赫兹吸收谱,为了在理论模拟过程中体现考虑分子间作用的程度,构建了三种常用于有机物太赫兹吸收谱模拟的谷氨酰胺初始构型,单分子、二聚体、晶胞。使用量子化学计算程序基于密度泛函理论对三种初始构型进行了结构优化和振动模式计算。将计算结果通过洛伦兹线型函数拟合为吸收谱与实验吸收谱进行对比发现,二聚体构型的模拟吸收谱从吸收峰个数上优于单分子构型,在此基础上,晶胞构型模拟结果从吸收峰峰位上又较二聚体构型有了明显的改进,随着初始构型考虑分子间作用的程度提高模拟结果逐步逼近实验吸收谱。在得到了可靠的理论模拟吸收谱的基础上,成功对谷氨酰胺固态样品在0.3～2.6THz范围内的三个吸收峰匹配了晶胞内各分子的集体振动模式。研究表明,在固体样品的太赫兹吸收谱理论模拟中,在计算能力允许的情况下,应尽可能选择全面反映分子间作用力的晶胞构型作为计算的初始构型。
- 张天尧张朝晖赵小燕张寒燕芳钱萍
- 关键词：谷氨酰胺量子化学计算单分子晶胞
- 凹陷表面形态对太赫兹透射光谱的影响
- 2023年
- 在太赫兹光谱实验测试中,为了提高系统信噪比,被测试的固态样品表面通常为平行且光滑的形态,然而在安检等实际应用场合中,自然状态下的物体表面可能会呈现出凹陷、凸起等特殊形态,这会对太赫兹光谱产生影响,这些影响与特殊形态的尺寸有关,但最容易忽视的是这些影响也与太赫兹波的空间分布有关。首先,对凹陷表面样品进行了基于高斯光学的太赫兹波透射过程建模,研究了表面具有规则圆柱形的凹陷表面形态对太赫兹透射光谱的影响。通过小孔拟合法对太赫兹光谱系统的高斯光学参数进行了测量,获得了太赫兹波的束腰半径等参数。然后,选用表面被加工成凹陷形态的聚四氟乙烯为实验材料进行太赫兹透射光谱实验,将太赫兹光谱传递函数幅值的理论模型值和实验值进行对比来验证模型的适用情况,通过实验证实了在表面有凹陷等缺损情况时将太赫兹波进行高斯光束建模的必要性。最后,由模型推论出在与太赫兹波传播方向平行和垂直两个维度方向上,凹陷深度和凹陷半径对太赫兹透射光谱的定量影响作用:随着凹陷深度的增加,光谱传递函数幅值周期越来越小,两者之间存在单调的定量关系,且不会受到凹陷半径的影响。利用凹陷深度对光谱传递函数幅值周期的定量影响关系可以实现对凹陷深度的定量检测,当可用频谱宽度为1.2 THz时,凹陷深度的最低检测值为0.53 mm;随着凹陷半径的增加,光谱传递函数幅值均值有着先降低后增加的变化趋势,两者之间不存在单调函数关系且受到凹陷深度的影响。当凹陷半径大于5 mm时,光谱传递函数幅值均值不再随半径的增加而增大,样品表面凹陷对太赫兹波光谱传递函数幅值幅度的影响与凹陷位置也有关系,这两种现象主要与太赫兹波的高斯分布情况有关。研究结论可用于太赫兹波在非极性材料表面缺陷的�
- 于洋张朝晖赵小燕张天尧李迎李星玥吴先毫
- 关键词：表面形态高斯光学
- THz-TDS测试中时域脉冲的本质段及其截取模型被引量：2
- 2013年
- 利用太赫兹时域谱仪THz-TDS测试样品并计算太赫兹吸收谱的形态和幅度,是太赫兹定性、定量分析的主要途径。在实验中我们发现,谱的形态和幅度不仅与样品吸收特性有关,而且与计算中所选取的太赫兹时域脉冲的长度密切相关。太赫兹波在片状样品前后表面的多次反射波是造成这个问题的主要原因。太赫兹时域脉冲分为直接载有样品信息的本质段、低信噪比的噪声段和信息重叠的回波段。通过分析太赫兹脉冲的产生机理及脉冲幅度与衰减过程的关系,给出一个半理论半经验的本质段长度截取模型,由此确定进一步计算太赫兹吸收谱的最佳长度。谷氨酰胺(Gln)、组氨酸(His)和胱氨酸(Cys)三种氨基酸样品的实验表明,该文截点位置截取方法的计算结果是稳定有效的。
- 苏海霞张朝晖赵小燕李智燕芳张寒
- 太赫兹谱定量测试中朗伯比尔定律表征形式分析被引量：14
- 2013年
- 探讨了朗伯比尔定律在太赫兹谱段的应用,研究了单一氨基酸压片样品(谷氨酰胺)和两种氨基酸混合压片(苏氨酸和胱氨酸)在不同浓度情况下对朗伯比尔定律的适用程度。分析了吸光度和吸收系数在描述物质的太赫兹光学特性的区别。通过对比单一组分在1.72 THz附近的吸收系数值和吸光度值,验证物质对太赫兹波在两种吸收表征量下吸收随浓度变化的情况,利用拟合优度的R^2指标研究了各表征量下物质太赫兹吸收与浓度的线性关系的好坏;分析两组分混合物在0.3~2.6 THz有效谱段的两种吸收表征量的太赫兹吸收情况,利用相似性系数和估计浓度误差作为评价指标,明确了在太赫兹谱定量测试中应采用吸光度的加和性而非吸收系数的加和性,进一步明确朗伯比尔定律在太赫兹波段的应用。
- 苏海霞张朝晖赵小燕李智燕芳张寒
- 关键词：氨基酸太赫兹吸光度
- 太赫兹介电谱与组分含量的关系分析及应用被引量：1
- 2014年
- 研究了固体有机样品的太赫兹介电谱与组分体积含量之间的关系。通过分析有效介质理论中的CRI（Complex Refractive Index）模型,得到样品的介电参数与组分体积含量的关系式。利用太赫兹时域光谱技术测得室温下两种氨基酸样品在0.5～2.7 THz的介电性质,样品的折射率、介电系数及介电损耗均随氨基酸体积含量增加而增大。选取氨基酸介电损耗谱特征峰位处的介电参数,根据CRI模型进行拟合,得到折射率与体积含量的线性关系式,介电系数和介电损耗与体积含量的二次函数关系式。研究结果有利于扩展太赫兹波段的定性定量分析手段,并对聚合物基复合材料制备有一定参考意义。
- 张寒张朝晖赵小燕张天尧燕芳鲁亿方
- 关键词：有效介质理论氨基酸体积含量
- THz时域光谱测试中的散射问题被引量：3
- 2014年
- 利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)提取物质在太赫兹波段的吸收谱是太赫兹应用的一个重要方面。THz-TDS实验系统中的被测样片一般是多种成份的微粒与稀释剂(PE)按一定摩尔浓度混合研磨后压制而成的薄圆片。一般认为,吸收谱中出现的随频率缓慢上升的基线是源于样品颗粒对THz波的散射。该基线对准确获取吸收谱中的特征吸收峰的峰高和峰形信息产生了影响,故为了进一步对吸收谱实现准确的定量分析,应设法移除基线,消除样品颗粒散射对吸收谱的影响,使吸收谱中的特征吸收峰更准确的体现被测物质在太赫兹频段内的吸收特性。对基线产生的原因进行了分析,对近年来出现的散射处理方法进行了综述,为了验证文献中去除散射方法的合理性,选取三种氨基酸进行实验,对比了去除散射影响前后氨基酸的摩尔浓度计算精度,结果表明,去除散射影响后部分氨基酸的摩尔浓度计算精度得到了提高,最后综合实验结果提出了THz吸收谱中去除散射影响需要进一步研究的方向。
- 燕芳张朝晖赵小燕苏海霞李智张寒
- 关键词：太赫兹时域光谱吸收谱基线
- 固态样品太赫兹光谱分析中颗粒度和折射率对散射的影响
- 利用太赫兹时域光谱仪(THz-TDS)测试固体样品,获取该样品的太赫兹吸收谱后对其进行定量及定性分析是太赫兹应用的一个重要方面.目前太赫兹吸收谱已成功用于被测样品的定性分析.然而,在传统定量分析中,由样品颗粒引起的太赫兹...
- 燕芳张朝晖
- 关键词：吸收谱颗粒度折射率
- 文献传递
- 非金属涂层缺陷的太赫兹时域谱检测被引量：10
- 2020年
- 涂层内部缺陷易导致其剥离、脱落,严重影响工作性能。太赫兹时域光谱技术具有穿透性强、时间分辨能力高和辐射能量低等特点,可以作为一种新型的无损检测技术。涂层的气泡缺陷在太赫兹时域谱上会表现出明显特征,据此建立了太赫兹透射传播模型,并以常见的环氧树脂胶涂层作为样品,对气泡缺陷进行了太赫兹时域光谱分析。结果表明,利用该模型不仅可以定性地对涂层内有无气泡剥离层进行区分,还可以定量地对气泡厚度、大小进行估算。最终可用于检测截面直径在3.5~8 mm,厚度大于0.6 mm的气泡缺陷。这为非金属涂层起泡、开裂的检测提供了新的思路。
- 李迎张朝晖赵小燕张天尧曹灿
- 关键词：太赫兹时域光谱环氧树脂
- 聚合物及其混合物的太赫兹介电性质测定与分析方法被引量：8
- 2019年
- 聚合物材料因其对太赫兹波的高透过率以及良好的塑形能力在太赫兹研究中扮演了重要的角色,由于材料的介电特性直接关系着折射率、极化率等重要性质,不同的应用场合通常需要材料呈现出特殊的太赫兹介电响应,一方面可以选取不同的聚合物材料,另一方面可以通过多种聚合物的混合实现材料介电性质的调制。聚合物材料合理的选取和设计建立在材料太赫兹介电精确表征之上,然而利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)对聚合物材料进行透射式太赫兹介电表征时,材料内部空气孔隙的存在会影响表征结果的复现性,同时也会影响共混聚合物介电性质的分析和预测。因此以Landau,Lifshitz,Looyenga(LLL)模型为基础提出了考虑空气影响的介电分析模型,并选取了在太赫兹研究中广泛使用的聚合物材料聚乙烯(PE)和聚四氟乙烯(PTFE)对模型的有效性和稳定性加以验证,展开了两种材料单质和混合物两方面的介电分析。在太赫兹波透射样品之后的相位变化信息中提取出样品的介电常数,同一种物质制备的样片间太赫兹介电谱存在明显差异,使用包含气隙影响的LLL模型处理实验数据后,样品介电常数中空气的介电影响被移除,从而得到了两种材料的本征介电常数,在此基础上,使用测得的本征介电常数和混合物样品中两种材料的体积占比信息代入包含气隙影响的LLL模型计算得到了不同配比混合物的太赫兹介电常数的模拟值,并与THz-TDS实验获取的实验值进行了对比。利用所提出的有效介质模型,聚乙烯和聚四氟乙烯在10~40cm^-1波段内移除空气影响后的平均介电常数为2.315±0.003(±0.13%)和2.109±0.003(±0.14%),在不同重量、不同厚度的单组份样品间模型测定的聚合物介电常数保持了良好的重复性,在对混合物的太赫兹介电性质测定与分析中,利用模型计算的混合物介电常数模拟值与THz-TDS
- 张天尧张朝晖Arnold Mark A.
- 关键词：太赫兹光谱介电常数有效介质理论
- 基于样片厚度精确估计的THz吸收系数谱算法被引量：2
- 2012年
- 利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)提取物质在太赫兹波段的吸收系数谱是太赫兹应用的一个重要方面。由于样品的吸收系数与其厚度存在着复杂的非线性关系,而厚度又不便于直接准确测量,往往造成吸收系数谱的失真。根据Duvillaret等用于LiNbO3的厚度估计方法,改进了谷氨酰胺(Gln)与组氨酸(His)在0.3～2.6THz(1THz=1012 Hz)波段的吸收系数谱的测定和计算。为了说明改进后的吸收系数谱的合理性,设计了一系列实验对比了同种氨基酸在不同浓度下吸收系数的线性符合程度。结果表明,改进后计算出的氨基酸吸收系数与浓度之间存在更好的线性关系,符合Lambert-Beer定律的描述,这为进一步的定量分析奠定了基础。
- 李智张朝晖赵小燕苏海霞燕芳
- 关键词：太赫兹时域光谱氨基酸吸收光谱
