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超短波软X射线多层膜研究

超短波软X射线多层膜研究
超短波软X射线多层膜研究

上海交通大学

博士后学位论文

超短波软X射线多层膜研究姓名:冯仕猛

申请学位级别:博士后

专业:光学

指导教师:窦晓鸣

20030405

上海更通大学博士后出站报告

两年研究工作概要

短波段软x射线多层膜可广泛地应用于同步辐射、空间望远镜、软x射线显微镜、软x射线激光、x射线微探针荧光分析、等离子体诊断等多个领域。因此研究软x射线多层膜对其它相关科学的发展是有很大的现实意义。

国内研究软X射线多层膜存在的主要问题有:基础理论研究薄弱,基本理论仍然以可见光光学薄膜理论为基础,没有对短波软X射线在薄膜中的反射机制进行系统的物理描述:二是多层膜材料配对研究范围小,基本上是属于跟踪性质的研究,没有自己的创新思想:三是测量技术落后。

本课题的研究主要解决以下几个问题,一是研究短波段软x射线在材料原子中的反射机制,以此为基础完善多层膜材料配对理论;二是寻找软X射线短波段新材料配对,使之理论上有比较高的反射率;三是研究测量光能量分辨率对多层膜测量反射率的影响。

通过本课题的研究,我们主要取得以下几项具有创新的研究成果:(1)提出了短波段软x射线在材料原子中的反射理论,以此为基础进一步完善了短波段软X射线多层膜材料配对理论。(2)发现了新的材料配对~Sb怒多层膜在各种入射条件下都比较高的理论反射率。(3)关于测量光能量分辨率对多层膜测量反射率的影响,我们进行了相当详细的研究并建立比较完整的数学模型。研究结果表明:如果入射光为非单色光,多层膜的设计波长处反射率比单色光获得的反射率低,而多层膜非设计波长处,非单色光获得反射率比单色光获得的反射率高。如果测量光能量分辨率相同,长波软X射线多层膜反射率受到的影响相对较小,而短波多层膜反射率受到影响相对较大。即设计波长越短的多层膜,其测量反射率对光的单色性越敏感。对于确定的软X射线多层膜,对入射光能量分辨率有~个极限值要求,低于极限值,多层膜反射光曲线在一定范围内是一条直线,没有反射峰产生。(4)提出了根据测量反射率拟合入射光能量分辨率并以此判断多层膜实际反射率的方法。

通过两年的课题研究,在上述领域取得了一些开拓性的研究成果,推动了本课题研究的向前发展,同时提高了我的科研水平,扩大了知识面,为以后的工作打下了很好的基础。

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1前言

1.1X射线反射镜的用途

短波段软x射线多层膜可广泛地应用于同步辐射、空间望远镜、软x射线显微镜、软x射线激光、x射线微探针荧光分析、等离子体诊断等多个领域。软X射线短波多层膜反射镜是实验室测量激光核聚变能量的关键元件之一,从而引起各国政府的高度重视,所以倍受关注。该波段的反射元件也是我国国防建设急需的关键元件之一,对于精确确定实验室模拟核爆炸当量有非常重要的意义;高能物理研究中利用其反射特性实现远距离中子传输,便于进行相关科学实验研究;另外它还可以运用于微量元素的检测等。因此短波段软X射线多层膜研究对相关科学研究的发展有非常重要的意义。

1.2国际研究现状

进入20世纪80年代以后,随着超精加工技术和纳米级薄膜制备技术水平的提高,软x射线多层膜有了突破性的进展。人们在理论、制备技术、工艺及检测等方面均做了深入细致的研究,取得了显著成果。目前世界上已有多家研究小组能制备出性能优良的正入射软X射线多层膜。在较长波段(^>10rtm),正入射多层膜反射镜的制作已趋于成熟,在13nm处采用电子束蒸发离子束辅助抛光方法获得了69%、磁控溅射方法获得了68%、离子束溅射方法获得了66%的正入射反射镜1一,其结果接近理论值。在更长的25-30rim波段,用离子束溅射制c/si多层膜反射率25%3。在较短波段,由于软X射线多层膜膜层很薄,此时对基片表面粗糙度和膜厚控制精度要求极为苛刻,进展也较为缓慢。日本科学家用合金CoCr/C获得了11.3%的测量反射率4;另外用Ni/C组合在波长为2.73rim处在掠入射条件下获得的测量反射率达N40%5:在水窗波段的3.1lnm处,文献报道6C/Sr多层膜获得7%测量反射率:实验研究表明C/q'i多层膜在波长2.77rim和在入射角为59。时获得1l%测量反射率7。用钨与其它材料配对已获得相当的进展8,在掠入射条件下获得7~20%测量反射率。简言之,国外在软X射线短波段多层膜研究已经取得一定的进展,部分元件已经应用在天文望远远镜、同步辐射等大型实验装置上。

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1.3国内研究现状

我国从上世纪八十年代中开始研究软x射线多层膜,经过近二十年的研究,国内在此方面研究取得一定的进展。目前国内代表性的研究结果有:在13—14nm波段,国内制备Mo/Si多层膜在北京同步辐射装置上获得了50%一60%N量反射率,接近于国际先进水平,该多层膜已经成功运用在激光等离子实验中和其它科学研究实验装置上。18—20nm波段,制备的多层膜已获得20%以上的正反射率。我国在短波段的多层膜研究已取得一定的进展:用离子束溅射方法制备波长为4.77nm的Co/C多层膜在掠入射角为130时获得25%以上的测量反射率9:在1-2nm波段,用磁控溅射方法制备W/Si多层膜在掠入射角度为lO。时也获得10%以上测量反射率m,这些元件部分已使用在激光核聚变测量装置上。

国内在长波段软X射线多层膜研究是比较成功的,但短波段多层膜的研究相对不足。主要体现在:一是基础理论研究比较薄弱,很少对短段波软x射线在薄膜中的反射机理进行深入细致的研究。没有对该过程进行完整的物理描述;二是短波段多层膜材料配对范围小,主要研究了w、Pt、Co与Si、C的材料配对,很少对其它材料进行实验研究;三测量手段落后,实验室制备的多层膜测量反射率大多偏低,这一方面是多层膜本身性质使然,另一方面是测量精度不高。因此导致了国内在短波段的研究处于一个相对停滞阶段。

在此认识的基础上,本课题主要进行了以下研究:(1)探索短波段X射线光在薄膜内反射基本规律,根据短波段软X射线在材料原子中反射的物理机制,探讨如何选择最佳的反射层材料和材料配对,完善软x射线多层膜材料配对理论。(2)选择新材料配对,使之有比较高的理论反射率。(3)研究与这种材料配相适应的结构参数和该类多层膜理论反射特性,优化多层膜结构参数。(4)研究短入射光能蹙分辨率对多层膜测量反射率的影响。(5)实验中制备具有理想界面结构的多层膜,努力使之有比较高的测量反射率,基本满足我国基础科学研究和相关部门的实验需要。

本报告是以上研究工作的总结。

从图2.1.1.1中可以看出,当入射软X射线远离电子固有频率时,材料的折射率非常小,即在一般情况下,材料对软X射线反射能力非常弱。当入射光频率与电子固有频率相当时,材料折射率存在一个突变点,这突变点对应于材料原子的吸收限,如图2.1_1.2表示。在材料吸收系数,材料能够产生强二次软x射线光波,如下节中的讨论。

2.1.2软x射线的第二种反射模型

我们认为,软x射线在介质中还有另外一种反射模型:如果入射光光子能量与材料x射线原子能级相当,即入射光频率等于原子中介电子固有频率,该能级电子会吸收光子并跃迁到激发态,使原子变成电离态。激发态电子是不稳定的,一般情况下该电子要发射一个与吸收光子能量相同的二次光子跃迁到原来的x射线原子能级上,如图2.1.2.1。在特定的方向上,这些相位相同的二次射线光子也能构成反射光。软x射线在原子中的第二种反射方式也可以作为多层膜反射层材料选择的理论依据。如果材料在某个波段有负的原子散射因子,表示材料吸收和发射光子的能力也越强,也就是说,这种材料也可以作为该波段的反射层材料,而且可以获得高反射率。

图2.1.2.1光子与基态电子作用产生吸收和发射过程

在上面的软x射线反射模型中,可以用量子力学的微扰理论进行分析。首先假定在没有受到外界的干扰时,体系处于一个定态,设在没有受到软x射线照射时的哈密顿或,则有不含时间的薛定谔方程为

疗。yP’=E:o’∥?0)(2.1.1.1)(2.1.1.1)式中E10’,y:G)分别表示未受扰动时本征函数和能量,X表示空间坐标a当材料原子受到软x射线照射后,哈密顿存在一个附加项。令日’(f)是体系

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从图2.1.2-2中可以看出,如果入射光光子频率与材料x射线原子能级上电子固有频率相当时,电子在两个能态之间有最大的跃迁几率。表明该电子会吸收光子跃迁到激发态,使原子变成电离态。激发态的电子是不稳定的,一般情况下该电子要发射一个与吸收光子能量相同的二次光子跃迁到原来的能级上。在特定的方向上,这些相位相同的二次射线光子也能构成反射光。

2.2原子散射因子与多层膜的材料配对

根据上文中描述的反射模型,有两种方法可以帮助我们选择反射层材料。一是根据入射光的光子能量,利用材料的X射线原子能级表进行选择,本文在此不述。二是根据HENKER给出原子散射因子与光子能量数据,作出原子散射因子与光子能量的曲线,由这些曲线,我们可以方便地选择多层膜的反射层材料。本文仅仅以Ca、Mg、V、Sb、Ti为例进行分析讨论,如图2.2.1和2.2.2。

30

20

1o

?10

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02004006008001000120014001600

Photoenergy(eV)

图2.2.1Ca、Mg、V的散射因子图。

从图2.2.1中可以看出,Ca在光子能量分别为346eV和25eV存在两个吸收限,分别对应于材料原子能级三III和Mu_Ⅱ,这表示在该波长处,光子能量足以使原子产生电离。这里L吸收限表示光子能量可以使Lu和L珊的一个2P电子电离。根据上面的理论,我们判断在25、346eV处,Ca是一种非常好的反射层材料。同理可以看出,在光子能量为512eV处,V有一个对应于£III最负的原子散

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射因子,所以当入射光的光子能量为512eV时,V可以作为多层膜的反射层材料。Ti在454eV(LHI)、Sb在527eV(Mv)和Mgl300eV都可以作为相应波段的反射层材料,它们和其它材料配对可以获得比较理想的反射率。

60

40

20

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02004006008001000120014001600

Photoenergy(eV)

图2.2.2Sb、Ti的散射因子和光子能量图

在本文中,我们选择以上几种材料作为反射层,和其它材料配对组成多层膜,通过计算机计算它们的理论反射曲线。图2.2.3是用Sb与c、Be和si配对组成的多层膜在光子能量为528eV和掠入射角为120时的理论反射曲线。从图中可以看出,它们有高达70%的软X射线理论反射率,可能是迄今为止在此波段获得的最高理论反射率,说明本文选择材料的思路是正确的。图2.2.4是v、Ca作为反射层材料与Mg配对组成的多层膜的理论反射曲线,其对应的峰值反射率可以达到60%左右。

图2.2.3和2.2.4有两个特点:一是有比较高的理论反射率,它们都高达50%以上,二是半峰宽比较小,就是说该多层膜有比较高的能量分辨率。二是因为此如果入射光的光子能量与材料的吸收限不相同时,多层膜的反射率将会急剧降低。

根据上面的讨论,我们主要选择Sb/C多层膜为对象进行实验研究。

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photoenergy(eV)

图2.2.3:sb与几C、Si等几种材料组合后通过计算机

模拟计算获得的软x射线反射率。

07

06

10121416gz-azirlgarl91e81820

(9)

图2.2.4V、Ca与Mg组合后通过计算机模拟计算获得的软x射

线反射率。

13

0OO00O000O童占u∞口aJ5

0OO0OOO8c∞1。∞c2

上海交通走学博士后&站报告2.3多层膜结构参数选择

14

2.3.1周期厚度与反射层厚度之比吸收层厚度与周期厚度(始Y)的比值是多层膜设计中一个非常重要的参

数。如果不考虑材料对软X射线的吸收,根据反射率的计算公式11

尺。卜孚]2

厚度比为dl/d-千O.5时可以获得最大的反射率,但实际上材料对软x射线存

在吸收,而材料非吸收限吸收是不会产生与入射线波长相同的二次波的,所以多

层膜设计中西肘的值通常都小于O.5。我们已经知道,材料对软x射线的吸收不

但与材料本身的性质有关,而且与入射光的光子能量有关,所以不同的光子能量

下,这一比值是不相同的。在入射光光子能量、掠入射角度和周期厚度确定的情

况下,可以用计算机模拟计算多层膜的软X射线反射曲线,然后根据曲线就可

以确定最佳的dt/d的比值。本文中选择光子能量为528eV入射光、周期厚度为

6.3Hm和掠入射角为120获得不同厚度EE时软x射线的反射率曲线如图2.3.1.1。

图2.3.1.1多层膜在不同的吸收层厚度,周期厚度比值下,其反射率曲线

的变化情况。其中曲线a的Y比值为O.1.b为0.2,c为0.3,d为0.4,

e为0.5,f为0.6,g为O,7,h为0.8,m为0.9

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从该图中可以看出,~是在不同的厂F,Sb/C多层膜的峰值反射率变化比较大(20-70%);二是反射率最大时的尸0.扯O.5之间,这一比值与其它波长多层膜厚度比值是不相同的。一般情况下,入射光的能量越大,其吸收层厚度与周期厚度的比值越接近与0.5:光子能量越小,这一比值就越小.

2.3.2多层膜周期厚度与反射率关系

多层膜的反射率本质是满足布拉格条件的衍射,由简单的布拉格定理

2dsin六=m2

可以知道,对于一般软X射线多层膜,当入射角度和波长确定后,周期厚度是一个固定值。根据上面理论选择的配对材料组成的多层膜,在入射角度和波长确定的条件下,我们计算出不同的周期厚度时的软x射线反射率。本节以Sb,C多层膜为例进行分析讨论。在掠入射角度为12。和光子能量为528eV下,确定吸收层厚度/周期厚度的比值,选择不同的周期厚度,用计算机模拟获得的理论反射率曲线如图2.3.2.1。图2.3.2.1有几个特点:一是当多层膜周期厚度小于最佳周期厚度时(6.3rim),其最大反射率迅速下降;但当周期厚度约高于最佳周期厚度时,多层膜的最大反射率变化不是很大。从图中可以看出,在周期厚度为6.Irma与6.7rim之间,sb/C多层膜仍然有比较高的理论反射率,其反射率在55~70%之间。这就是说,多层膜的这种反射特性有利于软X射线水窗波段多层膜的制各。

图2.3.2.1多层膜不同周期厚度时的反射率曲线,图中标注

数据代表不同周期厚度.

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必须指出的是,因为理论的反射峰值能量只有在光子能量为528eV入射光处有比较高的反射率,而光子能量一旦超出了这范围,其反射率就急剧的下降。所以在测量多层膜的反射率时可能因为入射线的能量分辨率不是足够高导致测量反射率与多层膜的实际反射率相差较大。

2.4结论

本文详细分析了软X射线与多层膜中材料原子的作用原理,并以吸收限为基础讨论多层膜反射层材料的选择原则,根据材料原子散射因子和光子能量的关系曲线选择Sb为反射层材料并和其它材料配对组成多层膜,理论上分析计算了它们在一定掠入射角度下软x射线反射曲线。讨论了不同周期厚度、不同吸收层厚度/周期厚度的值对反射率的影响,对由此可以获得下面的结论:

(1)如果材料原子存在一个吸收限。并且在该波段有相当负的原子散射因子,则这种材料可以为该波段多层膜的反射层材料。而且由此配对的多层膜有比较高的理论反射率,而且获得的反射光能量分辨率相当高。

(2)软x射线多层膜设计中,吸收层厚度/周期厚度的比值与入射光子的能量有关:水窗波段的y比值近似为0.4--0,5,如果光子的能量越大,其比值越接近于O.5。

选择原子散射因子最负的材料为反射层材料与Be、C和Si组成的多层膜,在掠入射角度和光子能量确定的情况下,周期厚度值在一定的范围内波动而不会导致反射率的急剧变化,这对水窗波段多层膜的制备是非常有帮助的。

图3.I.1溅射系统图

3.2C/Sb多层膜结构分析

C/Sb多层膜设计参数:y:反射层厚度/周期厚度=O.45,周期厚度6.3rim,掠入射角度为lO.40。用磁控溅射技术制备C/¥b多层膜,溅射工艺要求:本底真空度应该尽量低,一般为IxlO’torr以下。采用的溅射气压一般为3.5×10。torr。用小角度x射线研究多层膜的周期结构。小角度x射线衍射实验是由一台日本理学D/max-3C全自动x射线衍射仪上完成的,扫描步长为0.Olo,扫描速度为2。/min,测试中根据不同的掠入射角区域而调整加速电压和束流,一般情况下,可分三个区域:0.5。-30、20-5。、4“ioo,其对应的加速电压分别是20kV、30kV、40kV,束流分别是5mA、20mA和40mA。

C/Sb样品的小角度X射线衍射谱见图3.2.1.1。图3.2.1.1中曲线a是实验测量曲线,b是文献’的方法得到拟合曲线,拟合粗糙度为0.55nm,其余两条曲线是放大的衍射谱。小角度X射线衍射谱有三个主要衍射峰,但是每个主峰都很尖锐,半峰宽比较小,显示多层膜有优异的层状结构。

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妊掠入射角2o(。)

图3,2.1.1:C/Sb多层膜的小角度X射线衍射谱,周

期厚度为6.30nm,周期数为100。

3.3多层膜的反射率测量

在北京同步辐射装置上测量了C/¥b多层膜反射率,测量时先固定入射角,用不同能量光进行扫描,获得测量反射率曲线见图313.1曲线a,图3.3.1中可以看出,最大峰值反射率是4.4%左右。

根据多层膜设计周期厚度、界面粗糙度和掠入射角度等相关设计参数,并取入射光E/△E=15和Eo=528eV,由图4.1.1.2中各曲线的作图方法,分别作出入射光强度分布曲线、理论反射率鳇线和德拜因子曲线,三条曲线各对应点的值相乘就可以缛到反射强度分布曲线。用等效函数方法计算入射光强度分布曲线和反射光强度分布随线积分值,用(4.1.2.8)式就可以计算测量反射率,该点反射率是4.6%。要计算多点反射率很困难,本文仅仅选择Eo=498eV、508eV、518eV、538eV、548eV、558eV等计算这些点的反射率,重复上面步骤得到不同中心波长的反射率见图3.3.1中曲线b。

从图3.3.1中可以看出,就是说因为入射光能量分辨率太低,导致了多层膜测量反射率仅仅是4.4%,它不能反映该多层膜对光子能量为528eV软X射线的反射本领:或者说,如果入射光是光子能量为528eV单色光,该样品测量反射率远大于4.4%,最高可以达到48%(图3.3.1中计算出)。

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2O

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3.4结论

450500550600photoenergy(eV)

650

图3.4:C/Sb多层膜测量反射率曲线,掠入射角度10.40

用磁控溅射技术制备C/Sb多层膜有非常尖锐的界面结构,有一定的软x反射率,是一种非常有希望的软X射线多层膜材料组合。该多层膜测量反射率小的一个主要原因是测量光能量分辨率不高,导致其测量反射率远低于实际反射率。这问题将在下章中详细讨论。

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动态膜分离技术研究进展

文章编号:1007-8924(2007)04-0091-05专题综述 动态膜分离技术研究进展 李晓波,胡保安,顾 平 (天津大学环境科学与工程学院,天津300072) 摘 要:介绍动态膜分离技术的概念,着重讨论影响动态膜分离性能的相关因素以及动态膜 在污水处理中的应用效果,指出动态膜技术具有良好的应用前景,但目前仍处于试验阶段,尚需深入研究. 关键词:动态膜;污水处理;研究进展中图分类号:TQ028.8 文献标识码:A 膜分离技术是当今水处理领域研究的热点,国内外均做了大量的研究工作[1-5],然而,膜污染及膜组件昂贵的价格是阻碍膜技术广泛应用的主要原因.动态膜分离技术采用大孔径材料制作膜组件,降低了膜组件的造价;同时,已有研究表明,动态膜的渗透性能更佳、抗污染能力显著提高[6-8].因此,动态膜作为一项新型的特殊膜分离技术正越来越多地受到国内外水处理技术研究者的关注[9-13]. 1 动态膜分离技术 动态膜作为一种分离技术,包含动态膜的载体 及动态膜分离层本身.动态膜的载体指用来承载动态膜的大孔径材料,一般价格低廉、易得,常见的有不锈钢丝网、普通筛网、工业滤布、筛绢等多孔材料和一些高分子材料,如烧结聚氯乙烯管等.动态膜分离层是动态膜分离技术的主体,指依附于动态膜载体之上、执行分离功能的滤饼层或污泥层.它是通过错流过滤或死端过滤的方式将某种固体或胶体微粒沉淀在载体表面上形成的.用于形成动态膜的粒子种类较多,有粘土类矿物、粉状活性炭(PAC )、ZrO 2、MnO 2、聚乙烯醇(PVA )等,也可用被处理的废液中的某种物质作为成膜物质沉淀在载体上形成动态膜,如自生生物动态膜的成膜物质为污水中的活性污泥.目前国内外关于动态膜分离技术的研究主要 集中在影响动态膜分离性能的因素及操作参数的优化方面. 2 影响动态膜分离性能的因素 2.1 pH 的影响 p H 对ZrO 2动态膜和MnO 2动态膜的影响较为 明显,这是由于MnO 2动态膜和大多数ZrO 2动态膜都是通过化学反应来生成膜粒子的. ZrO 2粒子的形成有两种方法:一种是提高含Zr 4+溶液,如无水ZrCl 4的水溶液的p H 来形成[14], 另一种是将ZrOCl 2加入到硫酸溶液中而形成[15].Zr 的水合氧化物在不同p H 下的特性不同,其粒子大小也不同.p H 较低时所生成的粒子粒径较小,随着p H 升高,粒径也逐渐升高.由于小颗粒需要更长的时间堵塞载体的孔隙,所以形成动态膜所需的时间也更长.Altman 等[16]的研究表明,动态膜的形成时间从p H 为3.5时的120min 减少到p H 为6时的45min ;Rumyantsev 等[16]的研究结果则分别是100min 和小于45min.蛋白质的截留率与p H 的关系不是很明显,p H 为3.5、5和6时形成的动态膜的截留率大于p H 为4时的动态膜. MnO 2是KMnO 4的还原产物,其反应式为4KMnO 4+6HCOONa =4MnO 2↓+2K 2CO 3+ 3Na 2CO 3+3H 2O +CO 2↑ 收稿日期:2005-09-06;修改稿收到日期:2006-01-17 作者简介:李晓波(1970-),男,河南省人,博士生,主要从事水污染治理技术的研究. 第27卷 第4期膜 科 学 与 技 术 Vol.27 No.4 2007年8月MEMBRAN E SCIENCE AND TECHNOLO GY Aug.2007

微波的光学特性实验

微波的光学特性实验 2014级光电信息科学与工程李盼园 摘要 微波是一种特定波段的电磁波,其波长范围为1mm~1m。它存在明显的反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。本实验主要对微波的单缝衍射、双缝干涉及布拉格衍射现象进行验证讨论。 关键词 微波、布拉格衍射、光学特性。 实验目的 1.了解微波的原理及实验装置 2.认识微波的光学特性及测量方法 3.明确布拉格公式的解释以及用微波实验系统验证该公式。 实验原理 微波是一种特定波段的电磁波,其波长范围为1mm~1m。它存在反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。但因为它的波长、频率和能量具有特殊的量值,所以它所表现出的这些性质也具有特殊性。用微波来仿真晶格衍射,发生明显衍射效应的晶格可以放大到宏观尺度(厘米量级),因此要微波进行波动实验比光学实验更直观,安全。

1.微波的单缝衍射λ 当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时,就要发生衍射的现象。缝后出现的衍射波强度并不是均匀的,中央最强,同时也最宽。在中央两侧的衍射波强度迅速减小,直至 出现衍射波强度的最小值,即一级极小,此时衍射角为a *sin 1λ ?-=,其中是λ波长,a 是狭 缝宽度。随着衍射角增大,衍射波强度又逐渐增大,直至出现一级极大值,角度为:)43.1(sin 1a λ ?-= 。如图2-1。 图2-1 2.微波的双缝干涉 当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭线上,则每一条狭缝就是次级波波源。由两缝发出的次级波是相干波。当然,光通过每个缝也有衍射现象。为了只研究主要是由于来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的结果,实验中令缝宽a 接近λ。干涉加强的角度为 )* (sin 1b a K +=-λ ?,其中K=1,2,...,干涉减弱角度为:

新型膜分离技术研究进展

新型膜分离技术研究进展 摘要:膜分离技术是一项新兴的高效、快速、节能的新型分离技术。作为一种新型分离技术,在多种领域得到了广泛的应用。综述了反渗透、电渗析、纳滤、微滤、超滤、气体分离、渗透汽化和膜反应器等各种膜分离技术的分离原理、特点,在工业中的应用以及目前存在的问题。最后展望了膜技术的应用前景。 关键词:膜分离;原理;应用;进展 膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。与传统分离方法(蒸发、萃取或离子交换等)相比,它是在常温下操作,没有相变,最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩,具有高效、节能,工艺过程简单,投资少,污染小等优点,因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。 1膜分离技术的分离原理和特点 1.1纳滤 纳滤膜具有纳米级孔径,截留相对分子质量为200-1000,能使溶剂、有机小分子和无机盐通过。纳滤膜的分离机理模型目前的看法主要是空间位阻-孔道模型。与超滤膜相比,纳滤膜有一定的荷电容量;与反渗膜相比,纳滤膜又不是完全无孔的。纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技术,是国内外研究的热点。余跃等[1]废水进行了去除COD和脱色的研究。结果表明,纳滤技术可有效地去除印染废水中的色度和COD。 1.2超滤 超滤的截留相对分子质量在1000-100000之间。超滤过程的分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程,是膜表面上的机械截留(筛分)、在膜孔中的停留(阻塞)、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。徐超等[2]在中试中采用浸没式超滤膜代替传统砂滤工艺处理浊度较低的滦河水,取得较好的处理效果,设备费用降低了。 1.3微滤 微滤是发展最早、制备技术最成熟的膜形式之一,孔径在0.05-10μm之间,可以将细菌、微粒、亚微粒、胶团等不溶物除去,滤液纯净,国际上通称为绝对过滤。微滤分离的实质是利用膜的“筛分”作用来进行的。即:比膜孔大的颗粒的机械截留、颗粒间相互作用及颗粒与膜表面的吸附、颗粒间的桥架作用这三种方式来实现的。 1.4反渗透 反渗透又称逆渗透,一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反,故称反渗透。学界对于反渗透分离机理的解释主要流行以下理论:溶解一扩散模型、优先吸附一毛细孔流理论、氢键理论。 自从上个世纪90年代邓宇发明了非加压吸附渗透海水淡化法以来,反渗透用于海水淡化的研究得到了极大发展[3]。在重金属废水处理领域,美国芝加哥API工艺公司采用B一9芳香族聚酞胺中空纤维膜组件处理镀镍漂洗水,废水中Niz+的分离率为92%[4]。 1.5电驱动膜

减反射膜原理

减反射膜原理 减反射膜又称增透膜、AR膜、AR片、减反射膜、AR滤光片,它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光,从而增加这些元件的透光量,减少或消除系统的杂散光。最简单的增透膜是单层膜,它是镀在光学零件光学表面上的一层折射率较低的薄膜。如果膜层的光学厚度是某一波长的四分之一,相邻两束光的光程差恰好为π,即振动方向相反,叠加的结果使光学表面对该波长的反射光减少。适当选择膜层折射率,这时光学表面的反射光可以完全消除。一般情况下,采用单层增透膜很难达到理想的增透效果,为了在单波长实现零反射,或在较宽的光谱区达到好的增透效果,往往采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜,因此,它至今仍是光学薄膜技术中重要的研究课题,研究的重点是寻找新材料,设计新膜系,改进淀积工艺,使之用最少的层数,最简单、最稳定的工艺,获得尽可能高的成品率,达到最理想的效果。对激光薄膜来说,减反射膜是激光损伤的薄弱环节,如何提高它的破坏强度,也是人们最关心的问题之一。 光具有波粒二相性,即从微观上既可以把它理解成一种波、又可以把他理解成一束高速运动的粒子(注意,这里可千万别把它理解成一种简单的波和一种简单的粒子。它们都是微观上来讲的。红光波的波长=0.750微米紫光波长=0.400微米。而一个光子的质量是 6.63E-34 千克. 如此看来他们都远远不是我们所想想的那种宏观波和粒子.) 增透膜的原理是把光当成一种波来考虑的,因为光波和机械波一样也具有干涉的性质。 在镜头前面涂上一层增透膜(一般是"氟化钙",微溶于水),如果膜的厚度等于红光(注意:这里说的是红光)在增透膜中波长的四分之一时,那么在这层膜的两侧反射回去的红光就会 发生干涉,从而相互抵消,你在镜头前将看不到一点反光,因为这束红光已经全部穿过镜头了. 为什么我从来没有看到没有反光的镜头? 原因很简单,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色,而膜的厚度是唯一的,所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头,一般情况下都是让绿光全部进入的,这种情况下,你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色,因为这反射光中已经没有了绿光。膜的厚度也可以根据镜头的色彩特性来决定。 定义及其设计: 二十世纪三十年代发现的增透膜促进了薄膜光学的早期发展.对于技术光学的推动来说,在所有的光学薄膜中,增透膜也起着最重要的作用.直至今天,就其生产的总量来说,它仍然超过所有其他的薄膜因此,研究增透膜的设计和制备教术,对于生产实践有着重要的意义. 我们都知道,当光线从折射率n0的介质射入折射率为n1的另一介质时,在两介质的分界面上就会产生光的反射.如果介质没有吸收,分界面是一光学表面,光线又是垂直入射,则反射率R为透射率为 透射率为:

新型膜分离技术的研究进展

收稿日期:2011-04-18 作者简介:陈默(1986—),硕士研究生,从事含能化合物的合成研究;王建龙,教授,博士生导师,通讯联系人,主要从事含能化合物合成及炸药中间体的制备、 应用及开发。新型膜分离技术的研究进展 陈 默,曹端林,李永祥,王建龙 (中北大学化工与环境学院,山西太原030051) 摘要:膜分离技术是一项新兴的高效、快速、节能的新型分离技术。作为一种新型分离技术,在多种领域得到了广泛的应用。综述了反渗透、 电渗析、纳滤、微滤、超滤、气体分离、渗透汽化和膜反应器等各种膜分离技术的分离原理、特点,在工业中的应用以及目前存在的问题。最后展望了膜技术的应用前景。关键词:膜分离;原理;应用;进展中图分类号:TQ028.8 文献标识码:A 文章编号:1008-021X (2011)05-0031-03 Research Progress of Membrane Technology CHEN Mo ,CAO Duan -lin ,LI Yong -xiang ,WANG Jian -long (College of Chemical Engineering and Environment ,North University of China ,Taiyuan 030051,China )Abstract :The membrane extraction technique is a new type extraction technique with high efficiency ,high speed and saving energy.Membrane separation technology is applied widely as a new kind of separation technology.The separation mechanism and characteristics of different kinds of membrane technologies were introduced ,including electrodialysis ,reverse osmosis ,nanofiltration ,ultrafiltration ,microfiltration ,gas separation ,pervaporation ,membrane reactor.Further more ,the application and current problems of different membrane technologies were extensively summarized.Finally ,application prospect of membrane separation technology was presented.Key words :membrane separation ;principle ;application ;progress 膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子 薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。与传统分离方法(蒸发、萃取或离子交换等)相比,它是在常温下操作,没有相变,最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩,具有高效、节能,工艺过程简单,投资少,污染小等优点,因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。1膜分离技术的分离原理和特点1.1 纳滤 纳滤膜具有纳米级孔径,截留相对分子质量为200 1000,能使溶剂、有机小分子和无机盐通过。纳滤膜的分离机理模型目前的看法主要是空间位阻-孔道模型。与超滤膜相比,纳滤膜有一定的荷电容量;与反渗膜相比,纳滤膜又不是完全无孔的。纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技 术, 是国内外研究的热点。余跃等[1] 对纳滤技术处理印染废水进行了去除COD 和脱色的研究。结果 表明, 纳滤技术可有效地去除印染废水中的色度和COD 。Salzgitter Flachstahl 电镀厂采用膜技术处理 镀锌废水, 回收其中的Zn 2+ 和H 2SO 4,其结果达到了设计要求[2]。常江等[3] 在完成用新型纳滤膜处 理模拟含Ni 2+ 废水实验室研究的基础上,进行了电 镀镍漂洗废水的纳滤膜处理及镍和水回收利用的工业试验,为大规模工业应用提供了参考数据。杨青等[4] 研究报道将DK 型与NF90型纳滤膜组合可适用于治理高浓度、高盐分的吡啉农药废水污染。1.2 超滤 超滤的截留相对分子质量在1000 100000之间。超滤过程的分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程,是膜表面上的机械截留(筛分)、在膜孔中的停留(阻塞)、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。 徐超等 [5] 在中试中采用浸没式超滤膜代替传 统砂滤工艺处理浊度较低的滦河水,取得较好的处理效果, 设备费用降低了。罗涛等[6] 采用混凝沉淀-超滤工艺对微污染原水进行试验,结果表明,组合

关于太阳能电池减反射膜的研究报告

关于太阳能电池减反射膜的研究报告 作者:杨嘉贺 (江西南昌理工学院南昌 330044) 【摘要】 在太阳电池表面形成一层减反射薄膜是提高太阳电池的光电转换效率比较可行且降低成本的方法。应用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)系统,采用SiH4和NH3气源以制备氮化硅薄膜。研究探索了PECVD生长氮化硅薄膜的基本物化性质以及在沉积过程中反应压强、反应温度、硅烷氨气流量比和微波功率对薄膜性质的影响。通过大量实验,分析了氮化硅薄膜的相对最佳沉积参数,并得出制作战反射膜的优化工艺。 【关键词】太阳电池;PECVD减反射;氮化硅薄膜 一、引言 太阳能光伏技术是将太阳能转化为电力的技术,其核心是半导体物质的光电效应。最常用的半导体材料是硅。光伏电池由P型和N型半导体构成,一个为正极,一个为负极。阳光照射在半导体上时,两极交界处产生电流,阳光强度越大,电流就越强。太阳能光伏系统不仅只在强烈阳光下运作,在阴天也能发电。晶体硅是当前太阳能光伏电池的主流。目前晶体硅电池光电转换效率可以达到20%,并已实现大规模生产。除效率外,光伏电池的厚度也很重要。薄的硅片(wafer)意味着较少的硅材料消耗,从而可降低成本。在查阅了大量国内外相关文献,并结合我国对晶体硅太阳电池技术开发的迫切需要,在制备太阳电池减反射膜(氮化硅薄膜)的工艺中,对气体流量比、微波功率、沉积压强和温度对减反射膜性质的影响进行了研究,通过大量有效的工作及一系列工艺数据,得出了制作减反射膜,分析了氮化硅薄膜的相对最佳沉积参数和优化工艺。 二、减反射膜(增透膜)工作原理 2.1基本概念: 在了解减反射薄膜原理之前,要先了解几个简单的概念:第一,光在两种媒质界面上的振幅反射系数为(1-ρ)/(1+ρ),其中ρ为界面处两折射率之比。第二,若反射光存在于折射率比相邻媒质更低的媒质内,则相移为180°;若该媒质的折射率高于相邻媒质的折射率,则相移为零。第三,光因受薄膜上下两个表面的反射而分成2个分量,这2个分量将按如下方式重新合并,即当它们的相对相移为180°时,合振幅便是2个分量振幅之差;称为两光束发生相消干涉。

生物化工及膜分离技术研究进展

动态与信息 专题报道 生物化工及膜分离技术研究进展 现代生物技术是新兴高技术领域中的重要技术之一,是21世纪高新技术的核心。它在生物学、分子生物学、细胞生物学和生物化学等基础上发展起来,是以重组DNA技术和细胞融合技术为基础,基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大先进技术所组成的新技术群。大力发展生物技术及其产业已成为世界各国经济发展的战略重点,目前最具代表性的应用领域是生物医药和农业。生物技术与化学工程相结合而形成的生物化工技术已成为生物技术的重要组成部分。生物化工技术为生物技术提供了多种高效率的反应器、新型分离介质、工艺控制技术和后处理技术,从而可以促进生物技术不断更新和提高;因而新兴的生物化工技术已经成为当今世界高技术竞争的重要焦点之一。生物化工产品的分离技术也被称为生物技术的下游加工术,是整个生物技术的重要组成部分,它的成功与否,是决定生物技术成果能否转变为具有实用价值和竞争力的产品的重要因素。生物化工产品的分离与化学物质的分离相比具有一定的特殊性,产品大多要求高纯度并具有一定的生物活性,因其易受化学、物理和生物等外界环境因素的破坏而发生变性,因而生化分离过程一般要求在快速、低温、洁净的条件下进行。总之,生物化工产品的分离技术具有一定特殊性。 1 生物化工分离过程的重要性及一般步骤生物化工分离过程是生物化学工程的重要组成部分,一般指的是从发酵液或酶反应液中分离生物产品,它是生物技术转化为生产力过程中不可或缺的重要环节。生物产品一般是从杂质含量远远高于产物的悬浮液中进行分离的,而且产品要求纯度较高,只有经过分离加工过程,才可以制得符合规定要求的产品,因此分离是生物化工工业化的必需手段。与此同时,进行生化分离过程十分困难,这是由于产物原料液的含量极低与产物的高纯度要求之间的差异造成的,而且分离的方法复杂,因此,开发新的分离工艺手段也是提高经济效益的手段。由于生物化工产品不同(如酶或代谢产物),所采用的分离方法也不同。但大多数生物化工分离过程常采用4个分离步骤:1)对发酵液或酶反应液预处理,进行固液分离。在这个步骤中过滤和离心是常用的基本单元操作。在过滤操作中有时为了减少过滤介质的阻力,采用了膜分离技术。但该过程对产物的含量改善作用很小。2)进一步分离。此步骤使产物的含量增加。常用的分离方法有吸附、萃取等,如合成ATP 时用颗粒活性炭作吸附剂。3)高度分离。在这个步骤中分离技术对产物具有一定的选择性,典型方法有层析、电泳等。4)精制,先进行结晶析出再干燥即可。合成ATP时,用离子交换树脂进行浓缩,最后用五氧化二磷干燥器进行减压干燥,可得ATP成品。生物化工过程中常用的分离方法如蒸馏、萃取、过滤、结晶、 元操作过程,而另一些则为新近发展的分离技术,如细胞膜破碎技术(包括球磨破碎和化学破碎等)、膜分离、色层分离等。在此着重介绍膜分离技术。 2 膜分离技术概述 膜分离技术被认为是20世纪末至21世纪中期最有发展前途,甚至会导致一次工业革命的高新技术之一,成为当今世界各国研究热点。膜分离作为一种新发展的高新分离技术,其应用领域不断扩大,广泛应用于化工、食品、水加工业、医药、环境保护、生物技术、能源工程等领域,并发挥了巨大的作用。我国对膜分离技术的研究是从20世纪60年代对离子交换膜的研究开始的。从60年代的反渗透技术到90年代的渗透汽化技术,我国的膜分离技术得到了迅速的发展。经过几十年的努力,目前我国在膜分离技术研究开发方面已成功地研制出一批具有实用价值、接近或达到国际先进水平的成果,如无机膜反应分离技术等。 3 膜分离技术的原理及优点 膜分离是指用半透膜作为障碍层,借助于膜的选择渗透作用,在能量、浓度或化学位差的作用下对混合物中的不同组分进行分离提纯。由于半透膜中滤膜孔径大小不同,可以允许某些组分透过膜层,而其它组分被保留在混合物中,以达到一定的分离效果。利用膜分离技术来进行分离具有如下优点:膜分离过程装置比较简单,同时操作方 032化 学 试 剂2008年3月

光学参数研究现状

双积分球技术 近年来,激光在生物医学上的应用得到人们越来越广泛的关注,其中生物组织光学特性在光与组织体的相互作用中扮演着重要的角色。组织光学特性参数用来表述组织的光学性质,为临床的医疗诊断和治疗提供参数指标,对医学领域的相关应用有重要的指导意义。 生物组织是一种复杂介质,是一种高散射随机介质,研究光与这种随机介质的相互作用并通过相互作用来反映有关组织内部的特征信息是近几年光学技术研究较为活跃的前沿领域之一,并逐步发展成为一种新兴学科分支——组织光学。 组织光学的核心是发挥光子学测量的实时、无损或微创等优势,利用各种光子学技术,通过测量组织光学特性参数的变化来揭示生物组织结构与功能的变化。因此,光学特性参数的测量对组织光学至关重要。 随着激光生物医学的普及,特别是各种新型激光器的出现,激光正广泛应用于生物医学领域的各个方面。令人遗憾的是,目前有关激光生物医学领域的基础研究并未跟上临床应用,实际的应用中还存在着很大的盲目性,“经验"起着很重要的作用。其主要的原因在于,对激光与生物组织相互作用机理认识不足。为 研究光与组织的相互作用,诸多模型被提出来了,这些模型的准确性取决于组织光学特性参数的测量。因此,光学特性参数的准确测量对组织光学至关重要,它是进一步研究光在生物组织中传播的基础,对激光外科,光动力疗法等激光临床应用都有重要的指导意义。 凡是与光学参数有关的关系和规律,均可成为测量的依据和原理,因而组织体光学特性参数的测量方法及所涉及的内容几乎包罗万象。测量组织光学特性参数方法有时间分辩、空间分辩、频率调制,超快时间分辩谱和空间分辨谱,积分球技术甚至神经网络技术等等。各种测量方法各有千秋,双积分球技术是目前公认最为精确的一种测量技术。该技术采用的是一种离体的间接光学特性参数测量方法,是将积分球系统及传输理论的精确解结合起来实现的。在己知生物组织样品厚度的情况下,利用积分球系统测量组织样品的反射率,透射率以及准直透射率,而后再根据特定的组织体光学传输模型就可以获得组织体的主要光学特性参数。它能够同时获取离体生物样品的各项光学特性参数,并且可以分别考虑组织的层状结构,如可以对离体的真皮和表皮分别进行测量,是研究组织光学的一种重要方法。 生物组织中的光传输以及生物组织的光学特性是生物医学光子学重要的研究内容,在医学上对疾病的光诊断和光治疗有重要的理硷和实际的意义。因此本论文对光在生物组织中的传输以及生物组织光学特性参数的测量进行了理论和实验研究。 从光的传输理论出发,在漫射近似下获得了生物组织内光传输的漫射近似方程,并且在不同的边界条件下对无限细光束垂直入射到半无限大组织的漫射方程进行了求解,给出了组织表面漫反射系数的时间和空间分辨的表达式。 生物组织是由不同大小、不同成分的细胞和细胞问质组成的,对可见光和近红外光通常呈现出不透明、混沌和高散射的特点。光在生物组织传播是一个很复杂的过程,其主要特点是生物组织对光波的散射和吸收。 确定生物组织光学特性参数是医学诊断和治疗领域中迫切需要解决的问题,是生物医学光子学研究的热点之一。目前,生物组织光学特性参数的测量方法主要有直接测量法和间接测量法,其中活体组织的无损测量法是研究的热点。出于生物组织结构的多样性和复杂性,从目前国内外报道的研究和测量结果来看,所获得的生物组织的光学特性参数有较大的离散性,表明光传输理论或其他相关的理论尚有待进一步完善,依据光传输理论所建立测量方法与技术尚在理论和实验研究阶段,对于实际医学临床的使用还有大量的工作要做。另一方面,传统的光学参数有时并不适合于实际应用,寻找新的参数,使其能够更准确、更具特异性的体现生物组织的特性,也是今后这方面工作的一个重点。 历史上曾经提出两科t不同的理论来处理光波在随机分布粒子群中的传播问题,一种称为解析理论,另一种称为输运理论。解析理论也称为多次散射理论,它从Maxwell方程或波动方程这种基本微分方程出发,引进粒子的散射和吸收特性,并求出方差和相关函数这些统计量的适当的微分方程或积分方程。原则上,这种理论考虑了多次散射、衍射和干涉效应,在这个意义上说,它在数学上是严格的。但是,实际上它不

防反射膜技术进展研究

摘要:防反射膜是目前平板显示器以及新技术领域重要的产品。结合目前防反射薄膜的相关专利报道,本文综述了防反射薄膜中的低折射层、高折射层、其他性能改进等技术研究的新进展,并展望了防反射薄膜未来研究方向。 关键词:防反射膜,高折射层,低折射层,专利 1 前言 在pdp、crt、lcd等显示器中,从外部向画面照射光线,会发生该光产生反射而无法看见显示图像的情况,尤其是近年来,伴随着显示器的大型化,解决上述问题变成越来越重要的课题,为了解决这个问题,对各种显示器进行各种防反射处理和防眩处理,作为其中一种方法,在各种显示器上使用防反射薄膜。 防反射薄膜是通过在透明支持体上形成具有适宜厚度和比透明支持体的折射率低的膜制品。为了提高防反射性,由多层薄膜形成的防反射层通常具有由高折射率和低折射率层组成的层状结构。防反射膜的生产可以采用物理气相学沉积( pvd)、化学气相沉积( cvd)和化学液相沉积( cld) 3 种技术来制备光学薄膜,上述方法制作防反射膜要求条件复杂,成本高。为避免cvd苛刻的加工条件及制造成本高的问题,当前湿法涂布技术(即涂布法制备防反射薄膜)取代干法工艺是制造防反射膜的发展趋势。然而,采用湿式处理法制备的防反射薄膜与采用干式处理法制备的防反射膜相比,产生表面硬度、耐擦伤性差、光学性能差、耐溶剂性差的技术问题。因此,对涂层材料的折射率研究是推广湿法工艺研究的关键技术,不同折射率涂层的实现,除聚合体系与固化膜层的光学性能相关外,需要加入不同的材料来改善膜的光学参数及机械性能。 2 低折射率层材料研究进展 2.1氟聚合物 为了获得低的反射,优选将折射率尽可能低的材料用于低折射层。由于防反射膜薄膜设置于显示器的最外面,因此,该薄膜需要高的耐擦伤性。为了获得耐擦性高且厚度约100nm 的薄膜,薄膜本身的强度和其与下面层的牢固粘合是必需的。 低折射率的涂层可通过加入低折射率的氟化物或含氟丙烯酸酯聚合物或预聚物来调整涂层涂料的折射率,例如氟化镁、含氟(甲基)丙烯酸酯的共聚物、偏二氟乙烯与四氟乙烯的共聚物及含氟单官能(甲基)丙烯酸酯或含氟二官能(甲基)丙烯酸酯与其他多官能(甲基)丙烯酸酯的共聚物。一般情况下,涂层的折射率与涂层材料分子结构中的氟的百分含量有关,即增加氟的含量会降低涂层的折射率,这些聚合物通过调节分子结构中氟原子取代基的含量及共聚物的结构单元,可在一定范围内调节聚合物的低折射率和其他物理性能,这类含氟聚合物的折射率一般为1.3~1.5,目前已有多种含氟聚合物用于生产。 日本油脂株式会社[1]提供了一种减反射膜,它包括透明基板和一个低折射率材料层,其中低折射率材料层包括如下式(1)所示的含氟多官能(甲基)丙烯酸酯,式中r1、r2、r3和r4是相同或不同的基团,表示氢原子、丙烯酰基或甲基丙烯酰基,且r1与r2中的至少一个以及r3与r4中的至少一个表示丙烯酰基或甲基丙烯酰基;r表示有2个以上氟原子、2~12个碳原子的氟亚烷基,减反射膜由于具有上述低折射率材料层,兼备低折射率、高表面硬度和高粘合力,可应用于各种用途。 美国3m公司[2]使用由官能性含氟聚合物和丙烯酸酯的反应产物形成的低折射层,形成共交联的互穿聚合物网络。反应机理是丙烯酸酯相的多官能成分与含氟聚合物相共价交联。另外,交联使得含氟聚合物相和丙烯酸酯相显著地缠结,由此形成互穿聚合物网络或ipn,可显著改变膜的光反射/吸收特性以及耐久性能。 日本化药株式会社[3]提供了一种防反射膜,其具备基板膜、硬涂层和低折射率层的防反射膜,在基板膜上依次层积有硬涂层和低折射率层,该低折射率层具有比该硬涂层低的折射

高分子分离膜材料研究进展

高分子分离膜材料研究进展 摘要高分子分离膜材料是一类新型水处理材料,其在低成本、低能耗的同时还具有高效、清洁并可富集回收目标物质等优点,可以取代蒸馏、萃取、蒸发、吸附等化工单元,因而广泛应用于医药、电子、食品、环保、化工、冶金、水处理等领域,膜分离技术的核心是高分子分离膜材料。膜分离材料作为一个热门领域,发展一日千里,通过阅读一些文献,本论文着重介绍复合分离膜、智能型分离膜、分子识别功能高分子膜、新型耐高温高分子分离膜等新型高分子分离膜。主要介绍了以上高分子分离膜材料的概念、特性、改性方法应用以及研究进展,最后提出了一些膜分离材料在未来迫切需要解决的问题和研究方向。 关键词高分子分离膜复合分离膜智能型分离膜应用开发 Review on thePolymer Membrane Material Abstract Polymer membrane material is a new type of water treatment materials, and its low cost, low energy consumption also has efficient, clean and enriching and recovering the target substance, etc., can replace distillation, extraction, evaporation, chemical adsorption unit, which is widely used in medicine, electronics, food, environmental, chemical, metallurgy, water treatment and other fields, the core membrane separation technology is the polymer membrane material. Membrane separation material as a hot area, rapid development, by reading some of the literature, this paper focuses on a composite membrane, intelligent membrane, molecular recognition polymer film, the new high-temperature polymer membrane and other new polymer membrane. Introduces the concept, features, applications, and research progress in reforming method above polymer membrane materials, and finally put forward some membrane materials urgent need to address future problems and research directions. Keywords polymer separation membrane ;composite membrane ; intelligent membrane; development and utilization Contents 1 Introduction 2polymer separation membrane materials 2.1 composite membrane 2.2intelligent membrane 2.3moecular recognitio membrane

印刷纸的光学性能标准

印刷纸的光学性能标准 目前国内造纸工业的速发展,纸与纸板的总量,总消费量排在世界第二,而且渐渐形成一套完整的标准化体系,当中,国家标准化法,计量法和产品质量法,是纸产品生产与销售必须遵循的三个基本法。 中国造纸业标准包括了国家标准,轻工业标准和企业的标准,从应用的领域来说,就有产品标准,产品性能测试方法标准和产品测试环境大气候条件标准,与此同时还有质量质量监督检验造纸专业记录器具,轻工业部门计量检定规程。引用我国造纸工业标准化体系表,出版的印刷用纸粉别为涂布纸与非涂布纸两个大类。 出版印刷业大批量使用的纸张,如新闻纸、胶版印刷纸、胶印书刊纸、凸版印刷纸等属非涂布印刷纸类;铜版纸、低定量涂布纸、铸涂纸等涂布印刷纸类。纸张的光学性能从测试依据的光学原理看,白度、色度、不透明度等属纸张的漫反射特性,光泽度、印刷光泽度属纸张的镜面反射特性。本文重点介绍出版印刷用纸的白度、色度、不透明度等光学性能及其测试标准。 一、解析光学性能

1、白度 众所周知,白色纸张可真实、客观地反映出印刷图文的全部色彩,提高文字的反差和清晰度,使复制品色彩鲜艳,达到图文并茂的效果。纸张白度越高,这种效果越显著。然而白度不宜过高,否则反射光线强,对视觉神经刺激过强,易引起视觉疲劳,因而印刷纸并不是白度越高越好,而且,不同用途印刷纸的白度值也不尽相同,据悉,中国少年儿童出版社,从保护少年儿童视力的角度出发,很多课本都采用了低白度纸张,有的图书内文甚至采用豆绿、浅黄色书写纸。黑龙江少年儿童出版社也将教辅书用纸白度降低到76%——85%。教育部规定,儿童用教科书用纸的白度为75%—76%。尽管出版印刷用纸基本为白色或近白色,但都有偏色现象,有的偏蓝、有的偏红,目的是使视觉判断显得更白些,但也要因人而异。不管怎样,同批供应的纸张应白度一致、色调均匀、色差不明显,以避免装订成册的印刷品切口色调出现分层现象。 2、不透明度 印刷用纸不透明度值的高低,直接影响印品的透印情况,各种用途的印刷纸,都必须有足够的不透明度,否则容易发生透印故障。 3、光泽度 印刷品的光泽度与纸张镜面反射特性密切相关。纸张的印刷光泽度是指在的条件下用标准亮光油墨在纸张试样上进行实地印刷,干燥后测定印迹区域的光泽度,以百分数表示。一般纸张光泽度高,印刷品的光泽度则高,印品图文层次鲜明,色彩鲜艳。如铜版纸光泽度

减反射膜

减反射膜(增透膜)工作原理 光具有波粒二相性,即从微观上既可以把它理解成一种波、又可以把他理解成一束高速运动的粒子(注意,这里可千万别把它理解成一种简单的波和一种简单的粒子。它们都是微观上来讲的。红光波的波长=0.750微米紫光波长=0.400微米。而一个光子的质量是 6.63E-34 千克. 如此看来他们都远远不是我们所想想的那种宏观波和粒子.) 增透膜的原理是把光当成一种波来考虑的,因为光波和机械波一样也具有干涉的性质。 在镜头前面涂上一层增透膜(一般是"氟化钙",微溶于水),如果膜的厚度等于红光(注意:这里说的是红光)在增透膜中波长的四分之一时,那么在这层膜的两侧反射回去的红光就会发生干涉,从而相互抵消,你在镜头前将看不到一点反光,因为这束红光已经全部穿过镜头了. 为什么我从来没有看到没有反光的镜头? 原因很简单,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色,而膜的厚度是唯一的,所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头,一般情况下都是让绿光全部进入的,这种情况下,你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色,因为这反射光中已经没有了绿光。膜的厚度也可以根据镜头的色彩特性来决定。 定义及其设计: 二十世纪三十年代发现的增透膜促进了薄膜光学的早期发展.对于技术光学的推动来说,在所有的光学薄膜中,增透膜也起着最重要的作用.直至今天,就其生产的总量来说,它仍然超过所有其他的薄膜因此,研究增透膜的设计和制备教术,对于生产实践有着重要的意义. 我们都知道,当光线从折射率n0的介质射入折射率为n1的另一介质时,在两介质的分界面上就会产生光的反射.如果介质没有吸收,分界面是一光学表面,光线又是垂直入射,则反射率R为透射率为 投射率为: 例如,折射率为1。52的冕牌玻璃,每个表面的反射约为4.2%左右。折射率较高的火石玻璃,则表面反射更为显著.这种表面反射造成了两个严重的后果:光能量损失,使象的亮度降低;表面反射光经过多次反射或漫射,有一部分成为杂散光,最后也到达象平面,使象的衬度降低,从而影响系统的成象质量,特别是电视、电影摄影镜头等复杂系统,都包台了很多个与空气相邻的表面,如不敷上增透膜将完全不能应用. 目前已有很多不同类型的增透膜可供利用.以满足技术光学领域的极大部分需要.可是复杂的光学系统和激光光学,对减反射性能往往有特殊严格的要求.例如.大功率激光系统要求某些元件有极低的表面反射,以避免敏感元件受到不需要的反射的破坏.此外,宽带增透膜提高了象质量、色平衡和作用距离,而使系统的全部性能增强.因此,生产实际的需要促使了减反射膜的不断发展. 在比较复杂的光学系统中,入射光的能量往往因多次反射而损失。例如,高级照相机的镜头有六、七个透镜组成。反射损失的光能约占入射光能的一半,同时反射的杂散光还要影响成像的质量。为了减少入射光能在透镜玻璃表面上反射时所引起的损失,常在镜面上镀一层厚度均匀的透明薄膜(常用氟化镁MgF2,其折射率为1.38,介于玻璃与空气之间),利用薄膜的干涉使反射光能减到最小,这样的薄膜称为增透膜。 现在我们来看一下简单的单层增透膜。设膜的厚度为e,当光垂直入射时,薄膜两表面反射光的光程差为2ne,由于在膜的上、下表面反射时都有相位突变,结果没有附加的相位差,两反射光干涉相消时应满足:

膜分离技术研究进展+文献名称

膜分离技术研究进展 组员:吴佳曦、张雯辉、郭志新、李耀睿、刘汉飞、王伦、张振斌膜分离技术在近20年发展迅速,其应用已从早期的脱盐发展到化工、轻工、石油、冶金、电子、纺织、食品、医药等工业废水、废气的处理,原材料及产品的回收与分离和生产高纯水等,是适应当代新产业发展的重要高新技术。膜分离技术不但在工业领域得到广泛应用,同时正在成为解决能源、资源和环境污染问题的重要技术和可持续发展的技术基础。 膜分离是借助于膜,在某种推动力的作用下,利用流体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的过程。目前常见的膜分离过程可分为以下几种,电渗析(Electrodialysis,ED)、反渗透(Reverse osmosis,RO)、微滤(Microfiltration,MF)、超滤(Ultrafiltration,UF)、纳滤(Nanofiltration,UF)和液膜分离等。 膜技术具有分离效率高、能耗低、无相变、操作简便、无二次污染、分离产物易于回收、自动化程度高等优点,在水处理领域具有相当的技术优势,是现代分离技术中一种效率较高的分离手段。 在环境过程中膜分离技术以其独特的作用而被广泛用于水的净化与纯化过程中。下面分类介绍一下膜分离技术的研究现状。 1 电渗析技术研究现状(刘汉飞) 电渗析是在直流电场作用下,以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择渗透性(与膜电荷相反的离子透过膜,相同的离子则被膜截留),使溶液中的离子作定向移动以达到脱除或富集电解质的膜分离操作。它可使电解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。电渗析技术普遍应用于食品生化行业以及废水处理。下面分类对这几方面的应用现状做一介绍。 1.1 电渗透技术在食品行业中的应用 利用电渗析技术对酱油进行脱盐处理,可以制得低盐酱油并基本保持酱油原有风味,但要损失一部分作为酱油指标的氨基酸态氮和有机酸等有效成分,从而将酱油的含盐量降低。但国内尚无这方面的报导,刘贤杰等采用电渗析技术进行了酱油脱盐的研究。研究结果显示:原酱油食盐含量19.4%,经电渗析处理后,酱油含量降至约9%,食盐以外的有效成分也有一些被除去,比较明显的是作为酱油品质指标的氨基酸态氮,有约8%的损失。酱油风味大致不变,证明了电渗

亲和膜色谱的研究进展

亲和膜色谱的研究进展摘要:亲和膜色谱又称亲和膜分离,其在生物大分子的分离纯化中作为一种综合性的技术出现在80 年代末。亲和膜色谱主要优点是克服了颗粒状多孔载体扩散传质阻力大的缺点,代之以对流传质,这样就可以在较低的操作压和较高的流速下对目标物进行快速的分离和纯化,从而缩短操作时间、提高纯化效率。本文介绍了亲和膜色谱的分离过程,评价了亲和膜基质材料活化、改性方法,给出了配基、间隔臂的选择原则,并简单介绍了亲和膜色谱技术的应用。关键词:亲和膜色谱、分离过程、膜基质、配基、间隔臂、应用 Recent Advances in Affinity Membrane Chromatography Affinity membrane chromatography (AMC) was developed as an integrative technology for the purification of biomacromolecules in the end of 1980s. Affinity membrane are achieved by attaching affinity ligands to the inner suface of the through pores in microfiltration membranes. So the main feature of AMC is the elimination of pore diffusion that exists as themain mass-transfer resistancein conventional column chromatography with porous particles. In an AMC, target products included in a crude mixture can bind to the affinity ligands by passing througe the membrane. Thu,sAMC can be operated at a high flow rate with a low pressure drop, resulting in a large throughput for protein purification. This article reviews the fundamental aspects of affinity membrane chromatography, separating process anidts application. Activating and modifying methods of matrix materials are introduced. The principles of selecting ligands and spacer arms are elucidated.The advances in the theoretical aspect study and trends of AMC are also described. Keywords: Affinity membrane chromatography, membrane matrix, ligand, spacer arm, application 1 前言近年来,生命科学和生物工程得到了迅速发展,蛋白、酶、多肽、疫苗等生物制品成本的30%?60%来自于分离过程。分离过程的成效已成为生物技术发展的一个重要方面。这些生物大分子一般都具有生物活性,一旦脱离了它们原来的生理环境,或与某些金属或载体相接处,很容易改变其分子构象,并失去其固有的活性。它们的热稳定性也比较差,有的需在恒温(如体温)才不变性,有的需在

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