应用于扫描探针显微镜的石英音叉机械模型研究

石英音叉作为力传感器广泛地应用于各种扫描探针显微镜,主要涉及石英音叉的同相振动和反相振动两种振动模式.通过实验方法和有限元仿真方法对石英音叉的两种振动模式进行研究,发现石英音叉的双臂之间以及双臂与音叉的基部之间都存在耦合作用,双臂之间的耦合使音叉的反相共振频率升高,双臂与基部之间的耦合使音叉的同相共振频率降低.针对两种振动模式的动态特性建立了石英音叉的机械模型并进行合理简化.简化模型是一个四弹簧三质点系统,计算了简化模型的参数.通过一个音叉臂等效质量变化与音叉反相共振频率变化之间的定量关系证明了简化机械模 关键词： 扫描探针显微镜 石英音叉 振动模式 机械模型     

驻波实验中"二分频"现象的探讨

在大学物理实验教材中常用音叉弦振动形成共振驻波来测量音叉的振动频率,但对其中的"二分频"现象无相关的理论解释,本文在建立与‘‘二分频"现象相似的模型中,用数值计算的方法演示了这一结果.     

胶体金纳米颗粒的表面等离子体发射特性

利用电化学方法制备出粒径为20-80 nm的胶体金纳米颗粒。研究其荧光发射光谱特性,在485nm处观察到表面自由电子集体激发导致的表面等离子体共振发射峰,其位置不随激励光波长的变化而移动。当激励光波长为485 nm时,观察到最强的发射峰。在240和640 nm处,还观察到倍频发射峰和3/4分频发射峰。增加金纳米颗粒粒径,观察到发射谱的峰值增大而发射峰的位置只有很小的红移。     

NiTi合金中马氏体相的低频力学谱研究

我们用最近研制成功的LMA型低频力学谱测试系统对NiTi合金马氏体相进行了在很大频率范围内(0.003～1Hz)的低频等温力学谱和温度谱的测量.我们研究的形状记忆合金NiTi(Ni 50.2 at%)试样长34 mm,直径1 mm细丝.经一定热处理,分别在333 K. 343 K和353 K做了内耗随频率的变化的测量.实验表明:频率越小,内耗越大,也就是内耗随频率减少而增大.同时我们采用阶梯升温的方法在八个温度下每个温度测量三种频率(1 Hz, 0.1 Hz, 0.01 Hz)的内耗,结果清楚地表明:不同频率下,内耗峰都出现在372 K(99℃).而且频率越低,峰高越高.这是具有相变峰的特点:相变峰的峰温不随测量频率不同而变化,相变峰高度随频率减少而增大.我们还测量了在1 Hz与0.5 Hz频率下内耗随温度的变化.本文用马氏体相的位错理论初步讨论了上述实验结果.     

过阻尼谐振子的随机共振

研究了由交叉相关高斯白噪声驱动的过阻尼谐振子的随机共振,其中加法噪声被周期信号所调制,运用平稳关联函数的傅里叶变换,导出了过阻尼谐振子随机模型信噪比的精确表达式.结果揭示:在过阻尼谐振子的随机模型中存在二类随机共振.一类随机共振表现为信噪比随乘法噪声强度Q变化的曲线存在共振峰,另一类随机共振表现为信噪比随振子频率ω变化的曲线存在共振峰.大幅度改变信号频率Ω值的大小,信噪比随乘法噪声强度Q变化的曲线有单峰,一峰一谷和单调变化三种不同的形式.     

音叉受迫振动与共振现象的研究

研究了在不同测试条件下音叉的受迫振动与共振的规律.实验结果表明:音叉的共振频率与音叉双臂质量分布有关,所加的质量块越靠近音叉的节点,共振频率变得越小;改变磁性阻尼的大小,阻尼越大,共振频率和幅度越小;当驱动线圈与接收线圈同时向音叉节点处移动时,音叉幅频特性曲线的共振幅度逐渐减小,但共振频率逐渐增大.如果保持驱动线圈位置不变,接收线圈向音叉节点处移动时,共振频率基本保持不变,而共振幅度越来越小.     

Rashba效应对量子线中束缚磁极化子性质的影响

采用改进的线性组合算符和幺正变换相结合的方法研究了Rashba效应对抛物量子线中强耦合束缚磁极化子性质的影响.计算了抛物量子线中强耦合束缚磁极化子的有效质量和振动频率,对Rb Cl材料的数值计算结果表明:量子线中强耦合束缚磁极化子的振动频率随受限强度和回旋频率的增加而增大;有效质量与磁极化子的受限强度、回旋频率和电子面密度有关,在Rashba效应影响下有效质量随上述各量的变化曲线都发生了分裂.     

外磁场与带轴夹角对非晶FeSiB/Cu/FeSiB三明治薄带巨磁阻抗特性的影响

采用层间胶合方法制备了淬态非晶FeSiB/Cu/FeSiB三明治薄带,研究了同尺寸单层薄带和三明治薄带的巨磁阻抗(giant magneto-impedance, GMI)随外磁场与带轴夹角β的变化特性.结果表明,FeSiB单层薄带在7.0 MHz最佳响应频率下,GMI仅约30%,外磁场与带轴夹角对单层薄带GMI几乎没有影响;三明治薄带的GMI效应则十分显著,在0.6 MHz最佳响应频率下,纵、横向GMI比分别达到272%和464%, GMI随β的增大而增强;所有β角的三明治薄带GMI曲线都出现各向异性峰,各向异性峰随β的增大而展宽.根据磁畴转动模型推导了薄带横向磁导率与各向异性场及β之间的函数关系式.结果显示,三明治薄带GMI随夹角β变化的特性与理论推算的横向磁导率变化有较好的一致性,而单层薄带则不然.该磁畴转动模型能定性解释三明治薄带GMI随外磁场方向变化特性.     

相干平行板电容器对外场的动态响应

基于介观体系动态响应的自洽理论,讨论了介观相干平行板电容器的电容.结果表明相干电容器的电容对外场频率有很强的依赖关系,并且是随频率变化的复变函数.该电容随频率的变化关系呈现出一个非常有意义的特性,即电容虚部曲线有一个较尖锐的峰,它正好与电容实部的极小位置相对应,而进一步研究发现它们与该电容体系中的类等离子体激发相联系.另外,也讨论了介观电容的尺寸效应,发现当极板间距很大时,电容值和宏观的几何电容结果趋于一致.     

基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器优化设计

为了进一步提高基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器探测灵敏度,在一次泛频振动模式下采用一个比商用标准音叉外形尺寸大5倍的定制大音叉,并对其性能进行优化.通过理论和实验研究得出了音叉与激光的最佳作用位置,发现音叉的一次泛频振动有两个波腹点,且在距离音叉根部8 mm处,音叉振臂的振动幅度最大.微型声音谐振腔由三种不同内径的不锈钢毛细管加工而成,与音叉组成共轴配置石英增强光声光谱光谱测声器,用来进一步增强信号幅值.在最佳微型声音谐振腔配置下,获得了30倍的信号增益因子,有效提高了石英增强光声光谱光谱测声器的探测灵敏度.     

四子孔径光学合成孔径成像系统空间排布性能分析

对三种空间排布结构的四子孔径光学合成孔径成像系统性能进行了分析.根据避免有效频率信息丢失的原则,分别计算了三种结构各自对应的空间排布限制条件.在此基础上得到了三种结构的有效频率覆盖范围和等效孔径.结果表明,当频率覆盖范围要求比较高时,只能选择三臂结构;当环形均匀结构和三臂结构具有相同的有效频率覆盖范围时,按照抑制次峰的选择标准,三臂结构要优于环形均匀结构;当环形优化结构和三臂结构具有相同的有效频率覆盖范围时,环形优化结构的点扩展函数次峰要明显大于三臂结构,而且环形优化结构的光学传递函数缺乏三臂结构的对称特性.     

基于声吸收谱峰值点的天然气燃烧特性检测理论

天然气的成分构成会随产地来源变化而不同, 使其具有不同的燃烧特性和经济价值.本文利用声吸收谱峰值点随气体成分变化而改变的声分子弛豫现象, 提出一种天然气燃烧特性检测理论.它基于两频点上声测量值可合成声吸收谱峰值点, 且依赖于频率的声吸收谱可由峰值点重建的物理原理; 可利用峰值点对应的特征量——弛豫频率和弛豫吸收最大值与气体成分的关系, 从两个维度同时定量检测天然气成分.该理论避免了传统上测量声吸收谱峰值点方法需要不断改变气体腔体压强的问题, 还具有无需测量气体密度的优点.     

DNA温度效应的Raman光谱研究

测定了不同温度下DNA纤维和溶液的拉曼光谱。结果表明: 当温度变化时, 碱基、磷酸根等特征振动都不同程度的受到影响, 谱线强度、频率随温度呈非线性变化。在所有的振动模式中, 腺嘌呤A的特征振动受到温度的影响最大。除了磷酸根的谱线1 101 cm-1以外, 其余谱线的波数变化均随温度的升高向低波数移动, 而且波数的移动主要集中在变性峰的起始点70 ℃左右。另外还讨论了拉曼谱线强度随温度的变化关系, 得到了38,82 ℃(纤维为85 ℃)2个峰, 其中38 ℃与DNA的功能活跃区有关, 82 ℃(和85 ℃)为DNA的变性点, 与DSC(差示扫描量热法)的测量结果一致。     

以内耗技术探索Pb-Sn合金熔体的结构变化

以改进的低频扭摆内耗仪研究了液态PbSn合金连续升温过程的内耗行为.结果表明:合金在液相线以上500—800℃温区内出现内耗峰,其峰温不随频率变化,峰高与升温速率成正比,与振动频率成反比,这与固态相变内耗峰的特征相吻合;合金成分不同,内耗峰峰温不同;非共晶成分合金熔体的内耗曲线上出现次峰.这一现象揭示了PbSn合金熔体随温度可能发生结构转变.对PbSn合金进行差热分析,熔体出现的热效应峰与内耗峰的温区大体对应,进一步揭示熔体的内耗峰可能是由结构转变引起的. 关键词： 液态结构 内耗 Pb-Sn合金     

PbB_4O_7晶体的太赫兹光谱和软光学声子

对实验测量的PbB4O7晶体样品的太赫兹(1012Hz)光谱、拉曼光谱以及红外—可见—紫外光谱进行了分析.在0.25—2.5THz波段介电函数随频率变化曲线ε(ν)出现共振型尖峰.四方面的分析表明PbB4O7晶体中存在软光学声子:1)介电函数随频率的变化曲线ε(ν)满足LST(Lyddane-Sachs-Teller)关系;2)在共振峰的频率附近(3.10THz)有很强的拉曼散射峰;3)吸收系数随频率的变化曲线α(ν)满足极化激元的特征;4)透过晶体的光子的色散关系ν(k)发生断开的畸变.PbB4O7晶体中存在软光学声子的意义在于,在满足产生极化激元的条件下,透过晶体的光子的频率会发生劈裂,分为升高和降低的两支,有可能利用这种原理来改变光子的频率.     

用于固态功放反射式宽带预失真器设计方法

提出了一种特定增益和相位补偿的反射式宽带线性化器设计方法,并通过此方法设计了一种补偿固态功率放大器失真特性的预失真电路。利用肖特基二极管产生非线性补偿,根据电路拓扑结构,利用matlab优化工具找到单频点处特定增益补偿和相位补偿特性的并联负载值,改变频点,并重复上述步骤,可进一步得到特定增益和相位补偿所需的并联负载随频率的变化关系（即Z_L～f曲线）。利用ADS仿真软件优化设计使二极管后端阻抗随频率的变化逼近Z_L-f曲线。仿真的电路增益补偿和相位补偿分别为6 dB和?40°。最终实测频率范围为9.4～11.4 GHz,增益扩张在3.9～4.4 dB,相位补偿在?32.3°～?41.5°,频带特性良好,并且相对带宽达到了19.2%。通过改变二极管直流偏置电压,还实现了补偿曲线的斜率可调。     

MBa_2Cu_3O_(7-δ)( M=Y,Sm,Gd,Eu)高温超导体的远红外反射光谱

本文报道多晶MBa_2Cu_3O_(7-8)(M=Y,Sm,Gd,Eu)高温超导体的远红外反射光谱,其频率和温度范围分别为40--360cm~(-1)和 4.2--300K。对于不同M的样品,反射光谱具有相似的结构。在测量范围内,所有样品都有5个反射峰,最低频率的两个峰均属B_(iv)对称类,分别对应Ba,Cu,O离子团振动以及M,O离子团振动,其余3个峰来自CU—O键的弯曲振动;另外,不同M的样品的反射率曲线都具有三处反转结构,即正常态和超导态的反射率曲线的高低位置发生互换。这些反转结构可能与超导能隙有关。     

石英晶振用于石英增强光声光谱系统的优化实验研究

研究了音叉式石英晶振的个体尺寸、安放角度、探测部位以及外部污染对整个石英增强光声光谱系统(QEPAS)的探测灵敏度影响。测试了国内外十种不同音,结果表明顶端为楔形构造的音叉式石英晶振比规则的长方体构造的音叉拥有更高的品质因数(Q值)。在相同的测试条件下探测水的吸收线(7 306 cm-1)时获得更高的灵敏度,探测信号的强度相差高达50%。在研究音叉安放角度对探测信号影响的实验中,发现音叉的旋转角度与俯仰角度对探测信号的强度几乎没有影响,但是当光束以角度φ斜入射时,更多的噪声被带入到测量中。在正入射的情况下音叉的最佳响应位置在距离音叉底部约3.1 mm。定性研究了外部杂物污染对音叉频率的影响,发现随着污染物的附着,石英音叉的频率会呈现降低的趋势,提供了一种改变音叉式石英晶振的共振频率的方法,为石英音叉用于较低调制频率的探测提供了一种理论可能,这对于石英增强光声光谱技术用于V-T弛豫率较慢的痕量气体检测有重要的意义。     

垂直振动激励下颗粒材料有效质量和耗散功率的研究

研究了垂直振动激发下钨颗粒的动态有效质量(ω) 和耗散功率p(ω)随频率ω 的依赖关系. 实验发现, 在给定的振动幅度下, 自由表面样品有效质量的实数部分M₁ (ω) 、虚数部分M₂ (ω) 以及耗散功率p(ω)随频率的变化曲线均出现一个尖锐的共振峰. 随着在颗粒上表面施加压强的增大, M₁ (ω), M₂ (ω) 和耗散功率p(ω)曲线的峰值频率向高频移动, 且峰值高度也相应增大. 进一步研究发现, 有效质量实数部分的共振频率f_g 随表面压强P的变化满足分段幂律规律, 当P较小时, 幂指数为0.3, 当P较大时, 幂指数减小为1/6. 颗粒系统的品质因子的倒数1/Q随压强P的变化满足指数衰减规律.     

QEPAS系统中石英音叉模态仿真计算与研究

对石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)系统中常用的石英音叉进行了有限元模态计算，获得石英音叉前6阶振型与模态频率，认知了第4阶对称摆动振型为有效振动，利用单因素法分析了石英音叉的音臂长度l₁、音臂宽度w₁、音臂厚度t、音臂切角θ、音臂圆孔直径d及音臂圆孔高度h对低阶有效共振频率(Fre)的影响，敏感度依次为： l₁> w₁>d>θ>t>h，考虑实际设计情形，筛选出了l₁，w₁，d与h四个石英音叉设计变量，采用Box-Behnken实验设计方案与RSM(response surface methodology)方法，以Fre为函数目标，建立l₁，w₁，d与h的二次回归响应面模型，得到了参数之间的交互作用，利用Design-Expert软件对响应面模型进行设计参数反求，结果表明，在15 000 Hz≤Fre≤25 000 Hz计算区域内误差较小，基本满足QEPAS系统的计算需求，所提出的研究与设计方法具有一定通用性，可为QEPAS系统中石英音叉结构参数设计提供参考。