切向极化压电陶瓷晶堆中扭转振动的传播速度研究

随着超声马达、超声塑料焊接、超声疲劳试验以及超声旋转加工等新技术的发展,扭转振动超声换能器的理论及实验研究受到了普遍重视。在功率超声领域,类似于纵向振动夹心式换能器的扭转振动夹心换能器具有结构简单、机电转换效率高等优点。在纵向振动夹心式换能器中,压电激励元件为轴向极化的压电陶瓷晶堆,而对于扭转振动夹心式换能器,其激励元件为切向极化的压电陶瓷晶堆。文献[1]对夹心式扭转振动超声换能器进行了研究,推出了压电晶堆扭转振动的等效电路以及换能器的共振频率方程。在此基础上,本文对晶堆中的扭转振动传播速度进行了进一步的研究,试图为夹心式扭转振动超声换能器的理论及实验研究提供较系统的设计理论。     

基于第三代半导体的压电电子学和压电光电子学器件

当一个均匀的应变施加到非中心对称的半导体单晶上时,半导体内部将产生压电势,其表面将产生静态的压电极化电荷,这种现象普遍存在于第三代半导体(如ZnO, GaN, CdS)中.应变引起的这种压电势或压电极化电荷可以静态和/或动态地调控界面电荷的输运和光电过程.通过将压电、光激发和半导体特性进行耦合,诞生了两个全新的研究领域,即压电电子学和压电光电子学.十几年来,这两个领域得到了广泛的关注,并在基础科学和器件应用方面取得了巨大的研究进展.本文对近年来这两个领域在器件应用方面的实验进展情况做了简要综述,并对这两个学科的未来发展进行了展望.     

磁共振弹性图中压电陶瓷驱动的横波成像

磁共振弹性图成像(magnetic resonance elastography, MRE)是一种测量生物组织弹性模量的非侵害性技术. MRE技术除了需要磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)系统以外, 一个不可缺少的硬件是激发组织内部产生横波的机械振动器. 本研究开发一种新型的和磁共振成像系统电磁兼容的机械振动器. 该振动器由压电陶瓷驱动. 振动器和琼脂糖制成的仿体一同放入头线圈中, 送入磁共振成像系统的磁体腔中, 振动器和波动成像序列同步工作, 对横波进行磁共振成像. 波动成像序列由FLASH (fast low angle shot)序列修改而成, 是一种对运动敏感的相位对比度序列. 在实验过程中考察了仿体硬度、振动器频率、运动敏感梯度参数以及病床振动对波动图像的影响.     

压电双层膜驱动管内移动微小型机器人的研究

提出了一种新型管内移动微小型机器人, 采用压电双层膜驱动器和惯性冲击式原理(IDM), 实现在直径为Φ16~18 mm的直管内的稳定运动. 对惯性冲击原理进行了理论分析和动态仿真, 通过实验, 验证了微小型机器人的运动原理和运动能力. 实验结果表明, 在峰值为50 V和频率为1100 Hz的锯齿波电压驱动下, 该微小型机器人的直线运动速率可以达到3.5 mm/s. 理论分析与实验结果验证了惯性冲击原理在本设计中的可行性和有效性, 并为管内移动微小型机器人的优化设计提供了理论依据.     

光驱动F_oF_1-ATP合酶复合物顺时针旋转的观察

将含有10个组氨酸的嗜热菌F1b亚基通过杂交引入光合细菌载色体(Chromatophores)复合物的FoF1-ATP合酶中.对该杂交复合物的生化性质研究表明,其具有较好的质子转运能力,杂交的FoF1-ATP合酶能够有效地催化载色体的光合磷酸化,其F1b亚基的10个组氨酸可与Maleimido-C3-NTA连接后再与FITC标记的肌动蛋白微丝连接.光照后在荧光显微镜下观察到,与该杂交复合物b亚基连接的荧光微丝顺时针方向旋转,即质子动力势(pmf)引起的FoF1-ATP合酶F1b亚基(或a3b3六聚体)上荧光微丝的顺时针方向旋转.初步建立了FoF1-ATP合酶在pmf推动下F1b亚基(或a3b3六聚体)旋转的研究体系.     

自闭症儿童头部旋转运动人际同步缺陷及其与自闭特征的关系

自闭症儿童在社会互动中身体运动的人际同步低于典型发展儿童.除身体运动外,头部旋转运动在互动中也传递了交流信息.为探索自闭症儿童头部旋转运动的人际同步是否也表现出这种缺陷,本研究招募了47名4～6岁的儿童,包括自闭症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)儿童23名、典型发展(typically developing, TD)儿童24名,以及15名教师,采集了每名儿童与熟悉的教师间社会互动的视频,并比较了ASD组和TD组在yaw、pitch和roll三个方向上头部旋转运动的人际同步.为进一步理解头部旋转运动同步与自闭特征的关系,采用自闭症谱系商量表测量了自闭特征并与头部旋转运动同步进行了相关性分析.结果发现, ASD组儿童与社交同伴的头部旋转运动是同步的,但是yaw和roll方向上的同步程度低于TD组.儿童在互动中表现出的yaw方向上的头部旋转运动同步与自闭特征中的注意转换呈显著负相关.结果表明,自闭症儿童的头部旋转运动表现出人际同步缺陷,这一缺陷与其注意转换相关.本研究从注意的角度揭示了自闭症儿童在自然社会互动过程中的社交行为特点,具有较好的生态效度,有助...     

光驱动F0F1-ATP合酶复合物顺时针旋转的观察

将含有10个组氨酸的嗜热菌F1β亚基通过杂交引入光合细菌载色体(Chromatophores)复合物的F0F1-ATP合酶中. 对该杂交复合物的生化性质研究表明, 其具有较好的质子转运能力, 杂交的FoF1-ATP合酶能够有效地催化载色体的光合磷酸化, 其F1β亚基的10个组氨酸可与Maleimido-C3-NTA连接后再与FITC标记的肌动蛋白微丝连接. 光照后在荧光显微镜下观察到, 与该杂交复合物β亚基连接的荧光微丝顺时针方向旋转, 即质子动力势(pmf)引起的FoF1-ATP合酶F1β亚基(或α3β3六聚体)上荧光微丝的顺时针方向旋转. 初步建立了F0F1-ATP合酶在pmf推动下F1β亚基(或α3β3六聚体)旋转的研究体系.     

基于半导体光放大器偏振自旋转的全光2R再生

提出了一种基于半导体光放大器(SOA)偏振自旋转效应的全光2R(再放大和再整形)再生方案. 通过建立理论模型, 对全光2R再生性能进行了数值仿真, 并完成了在10 Gbit/s的速率下的实验验证. 实验结果证明: 通过全光2R再生后, 信号光的消光比提高了8.3 dB. 在误码率测试方面, 功率代价改善了6 dB. 该方案结构简单, 可以实现光子集成.     

光驱动FoF1-ATP合酶复合物顺时针旋转的观察

将含有10个组氨酸的嗜热菌F₁β亚基通过杂交引入光合细菌载色体(Chromatophores)复合物的F_oF₁-ATP合酶中. 对该杂交复合物的生化性质研究表明, 其具有较好的质子转运能力, 杂交的F_oF₁-ATP合酶能够有效地催化载色体的光合磷酸化, 其F₁β亚基的10个组氨酸可与Maleimido-C₃-NTA连接后再与FITC标记的肌动蛋白微丝连接. 光照后在荧光显微镜下观察到, 与该杂交复合物b亚基连接的荧光微丝顺时针方向旋转, 即质子动力势(pmf)引起的F_oF₁-ATP合酶F₁β亚基(或α₃β₃六聚体)上荧光微丝的顺时针方向旋转. 初步建立了F_oF₁-ATP合酶在pmf推动下F₁β亚基(或α₃β₃六聚体)旋转的研究体系.     

基于极性晶格振动的本征型超常电磁介质

具有反常电磁参数的新型介质材料由于其新颖的物理性质和广阔的应用前景引起了 越来越多的关注, 其使用频率范围也逐渐由微波段向可见光频段发展. 目前, 典型的超常介 质材料主要由人工设计的金属周期结构来实现, 但是到红外以上的光频段, 这类人工结构面 临着加工技术、物理学和材料学极限等方面制约. 因此, 摆脱人工结构而探索材料本征特性 与电磁波的相互作用行为, 寻找来自材料本身的超常电磁特性, 将成为高频超常电磁介质和 器件的重要发展方向之一. 在红外波段本征超常电磁介质的研究方面, 利用极性晶格振动和 电磁波相互作用机制实现超常介电常数是一个新的研究方向. 本文较详细地介绍了该机制 原理及其在实现超常电磁介质方面的应用和取得的主要研究成果.     

基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动

通过电学有效驱动磁畴壁运动是自旋电子学领域的重要研究内容之一,其中零磁场下基于自旋轨道力矩效应驱动磁矩翻转是一种重要的磁畴壁运动调控方式.为了进一步实现低功耗、高速度、高效率的磁畴壁运动,本文研究了非共线自旋源所产生的区别于传统型自旋轨道力矩对磁畴的驱动行为.我们利用微磁学模拟研究了自旋流中类Rashba的S_y、类Dresselhaus的S_x和垂直于膜面的S_z三种自旋极化下自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动,阐明了对布洛赫畴壁(Bloch wall)、奈尔畴壁(Néel wall)和头对头畴壁(head-to-head wall)的驱动及畴壁性质的影响,探究了Dzyaloshinskii-Moriya相互作用下磁畴壁运动中倾斜角的影响.本文对于理解基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动具有一定意义,可为新型自旋电子器件的开发和应用提供物理基础.