硅球密度绝对测量

单晶硅球密度的绝对测量是阿伏加德罗常数测量的关键技术,是目前国际热点研究领域.本文综述了包括我国在内的国际单晶硅球密度测量的最新进展,涉及硅球密度测量的技术原理、测量领域、影响因素、测量装置及最佳测量能力等,分析了硅球密度测量的主要难点和关键技术,预测了相关研究的技术前景及发展趋势.     

阿伏加德罗常数测量与千克重新定义

阿伏加德罗常数(N_A)是一个联系微观尺度和宏观尺度的基本物理常数, 它的精确测量可用于重新定义国际基本单位千克和摩尔, 因而有助于推动国际单位制的发展. 现代N_A 测量方法为X 射线晶体密度法, 它以单晶硅为材料, 通过测量其摩尔质量、宏观密度和晶格常量得到N_A, 该方法涉及到的关键技术包括单晶硅材料的生长、大尺寸单晶硅球加工、硅原子量测量技术、X 射线干涉术、精密光学干涉技术、超薄膜厚度及成份测量技术等. 本文综述了现代N_A 测量的研究进展、研究难点和未来的研究方向, 并以千克重新定义为例, 分析了N_A 测量研究在基础计量学领域的重要作用.     

三坐标测量机测球直径的校正和误差分析

三坐标测量机(CMM)以其测量精度高、稳定性好、操作方便快捷的特点广泛的被应用.但是在使用三坐标测量机测量有些几何要素时,有时测量准确度不是很高.文章对坐标测量原理进行简述,重点分析三坐标测量机测球直径的校正与误差.     

三坐标测量机测球直径的校正和误差分析

三坐标测量机(CMM)以其测量精度高、稳定性好、操作方便快捷的特点广泛的被应用。但是在使用三坐标测量机测量有些几何要素时,有时测量准确度不是很高。文章对坐标测量原理进行简述,重点分析三坐标测量机测球直径的校正与误差。     

极尖区电离层离子与地磁活动及太阳风的相关分析

对2001~2003年间Cluster星簇穿越极尖区期间观测到的电离层起源的离子(O⁺离子, He⁺离子和H⁺离子)特性进行了统计分析, 主要研究了这些离子的数密度与地磁活动以及太阳风动压之间的关系. 结果表明: O⁺离子数密度和地磁活动指数Kp之间存在着正相关关系, He⁺离子数密度和地磁活动指数Kp不相关, O⁺离子和He⁺离子数密度都和太阳风动压之间存在着显著的正相关关系; H+离子数密度与太阳风动压之间存在着正相关关系, 而和地磁活动指数Kp不相关. 最后, 对这些离子的特性与太阳风动压及地磁活动之间的关系进行了讨论.     

质量单位千克复现初探

新定义的启用意味着千克原器将逐渐被以自然常数为基础的量子基准取代,基于新定义的千克单位复现将很快被提上议事日程.本文阐述了射线晶体密度法(X-ray crystal density, XRCD),即原子计数法测量阿伏伽德罗常数的基本原理和方法,包括晶格常数、同位素、浓缩硅、硅球直径及表面氧化层测量等.探讨了以原子计数法复现质量单位千克的基本技术路线和方案,并就复现方案进行了不确定度评估,将为国际单位制改制之后我国质量量值复现提供技术参考.     

考古生物指标记录的中国西北地区5000 a BP水稻遗存

西山坪遗址花粉、种子、植硅体等考古生物指标记录和加速器¹⁴C测年, 显示甘肃天水5070 cal a BP已开始种植水稻并在5070 ~ 4300 cal a BP时段持续存在, 是目前已知中国西北最老、最西北端的稻作遗存. 这一发现将史前稻作农业记录向西拓展了至少2个经度, 有助于准确判定5000 a BP这一重要时点东亚稻作农业的分布区域, 探讨新石器时代稻作农业传播的时间、路径和方式.     

锰离子增强磁共振成像在大鼠嗅球神经传导及早期确定脑缺血中心研究中的应用

以二价锰离子(Mn²⁺)为示踪剂的磁共振成像是近年来发展起来的可在体、动态地追踪神经传导通路和研究大脑功能的一种脑成像新技术. 利用这项技术对静息状态下Mn²⁺在大鼠嗅球层状结构间的传递过程以及大鼠急性脑缺血模型中的钙离子(Ca²⁺)超载过程进行了研究, 得到了大鼠嗅球高空间分辨率的层状结构图像, 并测得静息状态下Mn²⁺在嗅球层状结构间的表观传递速率大约为0.2 mm/h. 急性大鼠脑缺血研究结果表明, 缺血早期存在Mn²⁺沉积区域的面积(代表缺血过程中存在Ca²⁺超载的区域)仅为扩散加权图像中的高信号区域面积的(55±15)%, 提示以Mn²⁺为示踪剂的磁共振成像比常用的扩散加权成像能更为准确地早期确定缺血中心区域.     

U-Pb同位素定年标准锆石的Hf同位素

利用配有193 nm激光的Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS), 采用新发表的Yb的同位素丰度和本研究中测定出的Yb和Hf之间的质量歧视关系, 在原位和扫描模式下, 对标准锆石91500进行了一系列的Hf同位素测定实验. 结果显示, 不同束斑直径和模式下获得的Hf同位素比值在误差范围内相同, 并与文献报道值一致. 因此, 无论是原位还是扫描模式, 均可在LA-MC-ICPMS仪器上获得可信的锆石Hf同位素组成; 同时也表明我们所采用的干扰元素的校正方法对于取得令人满意的Hf同位素测量准确度是合适的. 运用上述方法对目前微区U-Pb定年工作中常用的4种标准锆石进行系统测定发现, 91500, CZ3, CN92-1和TEMORA的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值分别为0.282316±4(n = 34); 0.281704±6 (n = 16), 0.282200±6 (n = 20)和0.282684±14 (n = 24), 对应的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf平均值分别在0.00031, 0.000036, 0.00083和0.00127左右. 研究发现, 相对CN92-1和TEMORA而言, CZ3和91500具有非常狭窄和稳定的Lu/Hf比值及Hf同位素变化范围, 是Hf同位素LA-MC-ICPMS测定的理想标准锆石.     

DNA电子结构和磁性研究

用自旋极化的MS-Xa方法研究了DNA碱基中折叠构型的六环N2C4原子簇的电子态密度、自旋能级劈裂及原子磁矩. 研究发现, 在系统的基态(-7.01635´10³ eV)附近, 至少还存在着4个亚稳态: -7.01626´10³, -7.01616´10³, -7.01606´10³和-7.01597´10³ eV. 它们的电子结构不尽相同, 呈现出不同的物理性质. 结果表明, 该原子簇在基态时呈现出具有弱反铁磁性的金属性质, 而在第一亚稳态时, 该原子簇呈现出具有亚铁磁性的半金属性质. 在费米面附近, 折叠构型的六环N₂C₄原子簇的电子态密度分布与某些磁性半导体的电子态密度分布非常相似.     

丁二酸改性二氧化硅胶体球的制备及其胶体晶体的组装

采用Stöber法在乙醇介质中合成二氧化硅(SiO₂)胶体球. 为提高SiO₂胶体球的表面电荷密度, 将丁二酸化学键合于SiO₂胶体球表面. 扫描电子显微镜(SEM)结果表明样品平均粒径为473 nm, 单分散性较高、平均标准偏差小于5%; 傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)结果证明丁二酸一端的羧基与SiO₂胶体球表面的羟基发生了酯化反应; Zeta电位和标准氢氧化钠滴定测试结果显示, 经表面改性后, SiO₂胶体球在水溶液中的Zeta电位从-53.72 mV提高到-67.46 mV, 表面电荷密度从0.19 μC/cm²提高到0.94 μC/cm². 通过垂直沉积法在水溶液中制备出有序性较好的密排结构的SiO₂胶体晶体. 在SEM下, 观察到这种胶体晶体是面心立方(fcc)密排结构. 透射光谱表明, 所制备的胶体晶体在(111)方向具有光子晶体的带隙性质.     

激光反馈测振方法的研究

激光反馈现象在1963年为人们发现,同年Ashby应用该原理测量等离子体的密度,1964年Clunie对该现象进行了一些实验研究。本文从原理上讨论激光反馈测振,以及分析测振中存在的问题。     

鄂尔多斯高原巴汗淖湖泊记录的全新世气候变化

通过对鄂尔多斯高原中部的巴汗淖湖泊沉积物的环境代用指标综合分析, 以AMS ¹⁴C测年为基础, 重建了鄂尔多斯高原全新世的气候变化历史. 分析结果显示: 鄂尔多斯高原约7.65 ¹⁴C ka BP前气候寒冷干燥; 7.65 ~ 5.40 ¹⁴C ka BP气候温暖湿润, 其中7.65 ~ 6.70 ¹⁴C ka BP气候相对暖湿, 以湿度条件改善更明显, 随后6.70 ~ 6.20 ¹⁴C ka BP气候偏暖干, 6.20 ~ 5.40 ¹⁴C ka BP研究区温湿组合状况最佳; 5.40 ¹⁴C ka BP后鄂尔多斯高原总体向干凉方向发展, 但在4.70 ~ 4.60 ¹⁴C ka BP和4.20 ~ 3.70 ¹⁴C ka BP出现两个明显的相对湿润时期; 约3.70 ¹⁴C ka BP后巴汗淖湖泊完全干涸.     

那曲河流域季风结束前后大气水汽中δ 18O变化特征

在青藏高原中部那曲河流域2004年8~10月收集了大气水汽样品. 研究结果表明, 该流域大气水汽中 δ ¹⁸O值存在一定的波动, 尤其在季风撤退前后, 波动最为显著. 而且大气水汽中δ ¹⁸O与露点温度的波动趋势是明显反向的. 降水事件对该流域大气水汽中δ ¹⁸O波动具有绝对的影响. 在整个大气水汽样品收集时段, 降水发生时, 大气水汽中δ ¹⁸O都为低值. 不同的水汽来源对该流域大气水汽中δ ¹⁸O具有一定的影响, 特别是强烈的西南季风活动带来的海洋性水汽导致该流域大气水汽中δ ¹⁸O出现相对低值, 而当该流域主要受大陆性水汽影响时, 大气水汽中δ ¹⁸O相对较高.     

加拿大海盆河水组分的平均停留时间

通过对西北冰洋海水中¹⁸O, ²²⁶Ra, ²²⁸Ra的分析, 应用δ¹⁸O-S-PO*示踪体系计算了水体中河水组分和海冰融化水组分的份额, 并根据陆架区与深海盆²²⁸Ra/²²⁶Ra)_A.R.与河水组分之关系的差异估算海盆区河水组分的平均停留时间. 结果表明, 加拿大海盆的河水份额明显高于陆架区, 证实该海盆是陆架所输送河水的主要储存区. 楚科奇陆架、波弗特陆架水体中的²²⁸Ra活度浓度介于0.16~1.22 Bq/m³之间, 比中、低纬度陆架区的数值来得低, 反映出海冰融化水的影响. 陆架水²²⁸Ra/²²⁶Ra)A.R.与河水组分份额之间具有良好的线性正相关关系, 而加拿大海盆水体的²²⁸Ra/²²⁶Ra)A.R.落在该拟合线下方, 反映出水体离开陆架区往深海盆运移过程中²²⁸Ra的放射性衰变损失. 根据陆架水与海盆水²²⁸Ra/²²⁶Ra)A.R.与河水组分份额之关系的差异估算出加拿大海盆河水组分的平均停留时间为5.0~11.0 a. 该停留时间决定了北大西洋深层水形成区域上层水体淡化对北冰洋入海径流响应的滞后时间.     

模拟月壤微波介电特性的实验研究与统计分析

为配合我国即将发射的绕月星载微波辐射计对月观测资料反演的需要, 在野外采集大量地球玄武岩和斜长岩样品及对其进行主元素化学分析的基础上, 配制了9个模拟月壤样品, 并各制成0.8, 1.0, 1.2, 1.4和1.6 g/cm³五个密度等级; 然后在0.5~20 GHz的频率范围内, 用同轴线终端开路法在HP8722C矢量网络分析仪上对其介电常数进行了测量, 并对测量结果进行了处理和统计分析. 研究表明, 在密度、频率和组分三个参数中, 密度对介电常数的作用最为明显, 频率次之, 组分的影响最小. 三者对介电常数实部的影响所占比例大约为45%, 33%, 22%, 对虚部的影响约为55%, 27%, 19%. 介电常数实部随密度和频率的变化符合较严格的线性关系, 和二者的相关系数分别平均为0.99和−0.73. 虚部和密度或频率在约0.5~10 GHz范围呈线性关系, 但在频率高于10 GHz后, 相关性明显弱化; 组分对介电常数的作用较为复杂, 二者之间很大程度上不遵循简单的函数关系, 相关性最小. 对样品主元素氧化物SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂和ΔFe百分含量的多元回归显示, 它们和介电常数之间倾向于符合一个多元一次函数, Ti氧化物或Fe氧化物或Ti、Fe氧化物组合均未表现出其在对介电常数贡献上的特征组分的作用.     

层级仿生微阵列的制备及黏附性能

采用电火花穿孔技术,制备了直径0.5mm、倾斜度为75°的大孔铜基阴型模板,利用氢硅烷型硅橡胶浇注该模板,得到大直径倾斜阵列,作为一级结构刚毛阵列.接着,采用等离子刻蚀技术制备了3种不同结构(Φ=15,10,5μm)的单晶硅基阴型模板,真空下氢硅烷型硅橡胶浇注,得到3种精细微阵列,作为二级结构刚毛阵列.最后,利用烯硅烷型硅橡胶进行硅氢化反应将二级微阵列键合在一级阵列的支杆末端,得到3种层级刚毛阵列.利用高灵敏力传感器测试了3种层级刚毛阵列的法向、切向黏附性能.结果表明:3种层级刚毛阵列的切向滑动黏附力均随滑移距离先增后减,呈现了各向异性的黏附特性;不同二级结构刚毛阵列的切向、法向黏附强度与其二级阵列的直径、密度密切相关.     

双重辐射源9C束流在其Bragg峰区对细胞致死效应增强的生物物理机制

相对¹²C束流而言, β缓发粒子衰变放射性⁹C束流在其Bragg峰区附近深度对细胞的致死效应明显增强, 这已经在我们先前的研究中证实. ⁹C束流的相对生物学效应(RBE)较¹²C束流要大1倍以上. 本研究旨在探讨造成这一重要实验现象的生物物理机理. 首先, 建立模型计算了用于实验时产生的⁹C束流的阻止沉积几率密度分布, 模型考虑了初始束流的动量分布, 束流随贯穿深度增加由核反应导致的离子通量衰减和能量损失岐离等效应. 发现⁹C束流对细胞致死效应增强的区域出现在入射9C离子的阻止沉积区域. 其次, 以⁹C束流入射处剂量为1 Gy为例, 根据计算得到的入射⁹C离子阻止分布几率密度推导了⁹C束流在不同贯穿深度上的沉积离子密度, 进而得到了不同深度上每细胞内平均沉积⁹C离子数; 同时, 由相近剂量平均传能线密度(LET)深度上⁹C和¹²C束流实验上测得的细胞存活率推导出了⁹C及¹²C束流在这些深度上导致的每细胞平均致死事件数. 研究结果表明, 在照射剂量相同时每细胞平均沉积⁹C离子数与⁹C及¹²C束流每细胞平均致死事件数之差竟相吻合. 由此推测, 一个沉积⁹C离子将造成该细胞死亡. 考虑到由⁹C衰变而发射低能粒子的性质, ⁹C离子细胞中沉积可能会在该细胞中造成团簇损伤, 因而本研究结果可作为辐射团簇损伤高效细胞致死的间接证据.     

巴丹吉林沙漠湖泊群与沙山形成机理研究

野外考察在巴丹吉林沙漠湖泊中发现了钙华. 对钙华的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, ¹⁴C, δ¹³C, 矿物成分和沙漠中泉水和湖水的³He/⁴He, ⁴He/²⁰Ne, δ ¹⁸O, δD, pH, TDS和水化学成分进行了分析, 确定湖泊水来源于深部断裂带的补给; 同时推断巴丹吉林沙漠固定沙山的内部存在钙华和钙质胶结层组成沙山的“内核”, 深层地下水从“内核”中涌出, 然后补给到沙山周围的湖泊之中. 日喀则-狼山断裂带将青藏高原的降水和冰川融水输送到巴丹吉林沙漠、古日乃、温图高勒和额济纳盆地地区, 受到强烈蒸发的青藏高原黄河源头的鄂陵湖与扎陵湖的水渗入断裂带并补给至巴丹吉林沙漠及周边地区, 这是阿拉善高原地下水同位素异常的原因. 断裂带中的地下水涌出后形成了巴丹吉林湖泊群, 地下水溶解了岩层中的可溶性矿物, 并在泉眼附近形成了巨大的钙华与钙质胶结层, 致使巨大的钙华露出水面, 风沙带来的砂粒受阻后落在钙华和钙质胶结层上形成沙丘, 岩浆入侵造成深部断裂带中地下水的温度升高, 地下低温热水在涌出地面过程中产生蒸发, 水蒸汽为沙山提供了水分, 最终发展成为潮湿的固定沙山, 在伊和吉格德挖掘到的植物化石(根管结核)表明4700 aBP前沙山已经形成而且没有移动过. 沙山的高度与地下水带来的热量成正相关关系.     

多壁碳纳米管修饰碳糊电极阳极吸附伏安法测定痕量锆

制备了多壁碳纳米管(MWCNT)修饰碳糊电极, 并研究了锆-钙-茜素红(ARS)异多核络合物在该电极上的阳极吸附伏安行为. 该方法用于锆的测定具有较高的灵敏度和较好的选择性. 在极谱分析仪上采用二阶导数线性扫描伏安法进行分析, 在0.128 mol·L^-1氨基乙酸和0.048 mol·L^-1邻苯二甲酸氢钾缓冲液(pH 4.0)中, 在200 mV富集60~120 s, 从200~1200 mV以200 mV·s^-1的速率线性扫描, 络合物吸附在修饰电极表面, 于840 mV (vs. SCE)处产生一灵敏的溶出峰, 为络合物中配体茜素红的氧化所产生. 络合物的峰电流与锆的浓度在6.0×10^-12 ~ 6.0×10^-11 mol·L^-1(富集时间120 s), 6.0×10^-11 ~ 2.0×10^-9 mol·L^-1 (富集时间90 s)和2.0×10^-9 ~ 1.0×10^-7 mol·L^-1(富集时间60 s)范围内分三段呈良好的线性关系, 检出限(S/N = 3)为2.0×10^-12 mol·L^-1(富集时间180 s). 方法用于岩矿样品中痕量锆的测定, 结果满意.