太赫兹科学技术在生物医学中的应用研究

介绍了近十年来国内外太赫兹科学技术在生物医学领域的研究与应用进展.重点总结了太赫兹辐射的生物效应、太赫兹光谱技术和太赫兹成像技术,在生物医学领域的研究与应用的3个大类的成果.有关太赫兹辐射的生物效应,分不同频率、不同功率和不同辐射时间下样品的生物学反应来介绍.又根据探测样品属性不同分为生物体、生物组织、生物细胞、生物细胞器和生物大分子等6个层次的内容.充分论证了太赫兹科学技术对生物医学的安全性和适用性.由于太赫兹光谱包含丰富的生物分子及分子间的组成信息和构象信息,在生物医学领域的研究与应用最多.对不同生物大分子的太赫兹特征频谱进行了解读,对太赫兹光谱技术的应用进行了梳理,目的为让更多的人了解太赫兹科学技术的优越性和应用前景.在太赫兹渡成像技术方面,总结了其在癌变组织诊断、皮肤烧伤探测等方面的研究应用.为使迷人的太赫兹波科学与技术更好的服务于人类,尝试较为全面地对太赫兹科学技术在生物医学领域取得的研究成果进行归纳与总结,同时也探讨了现阶段在生物医学领域所存在的不足,以及今后努力的方向.     

太赫兹技术在军事和安全领域的应用

由于太赫兹波处于电磁波谱的特殊频段,属于电子学向光子学过渡区域,具有辐射小、透射性好、方向性强、频谱宽、通信传输容量大、对很多极性生物大分子有指纹谱等特点。因此太赫兹光谱技术、成像技术和雷达通信技术在军事和安全领域具有重要的应用价值。综述了近年来太赫兹技术在国内外军事、安全领域的应用成果,探讨了存在的问题,并对该技术在该领域的应用进行了展望。     

基于调频连续波的太赫兹透视测距技术

由于太赫兹波能够穿透非金属、非极性材料,太赫兹技术能够弥补激光技术的不足,实现对目标内部的透视测距。研究分析提出基于线性调频连续波的太赫兹透视测距技术,实现了多种材料的厚度以及多层介质材料的介电常数的非接触式测量,进一步拓展了太赫兹线性调频连续波的应用范围,为材料介电常数测量提供了新途径。以3种常见的材料作为检测目标,利用0.11～0.17 THz、0.17～0.22 THz、0.22～0.33 THz、0.33～0.50 THz 4个频段的太赫兹线性调频连续波实验验证方法的有效性,并证明厚度测量和介电常数测量的精度随信号带宽的增加而提高,误差最小均可达到1%以下。此外,以雷达天线罩陶瓷材料作为检测目标,应用太赫兹透视测距的原理,结合二维扫描架获取样品的全部信息,实现了对内部缺陷的透视成像与定位。     

碳纤维复合材料不同深度缺陷的太赫兹检测研究

太赫兹(THz)无损检测技术具有非破坏性、非电离和非接触的优点,在航空航天领域纤维增强复合材料无损检测中得到了较快的发展和应用。在碳纤维复合材料层合板的4个不同深度(0.225、0.450、0.675、0.900 mm)插入聚四氟乙烯作为人工缺陷,采用太赫兹时域光谱和成像系统对其进行成像和光谱分析,探讨太赫兹波辐射下缺陷的成像效果和光谱特性。研究结果发现,在0.25~2.0 THz频率范围内,太赫兹反射成像可以成功检测出碳纤维复合材料中不同深度缺陷:随着缺陷深度的增加,太赫兹频域成像信号和光谱信号随缺陷深度线性增大,吸收系数成像信号和光谱信号随缺陷深度线性减小;随着频率的增加,缺陷的功率谱密度先增大后减小,吸收系数缓慢增大。该结果可以为碳纤维复合材料缺陷深度的可视化和定量化分析提供参考依据。     

太赫兹光谱技术的应用进展

近年来太赫兹（THz）技术快速发展,在安全检测、航空航天、生命科学、化学等领域应用日趋广泛。由于许多炸药及其相关材料在THz波段具有特征吸收,许多非金属、非极性材料对THz波是透明的,且太赫兹波具有低能性,THz光谱技术在安检中具有巨大的应用潜力。本文介绍了太赫兹波的特性和国内外在太赫兹领域的研究进展,详细介绍了太赫兹波在爆炸物、毒品和包装材料检测中的应用,并讨论了在应用中存在的困难和面临的挑战。     

太赫兹波技术在药学上的应用研究

太赫兹(THz)辐射是一种新型的远红外相干辐射源,太赫兹时域光谱技术是利用太赫兹脉冲研究物质物理化学性质的一种新兴光谱技术,具有很多独特的性质。由于很多极性生物大分子的振动和旋转能级都处于在太赫兹波段内,因此利用太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术研究药品的结构,分析药品的成分,对控制药品的质量稳定性具有重要的意义。综述了近些年来太赫兹技术在药品领域上的应用成果,探讨了存在的问题,并对发展前景进行了展望。     

调频连续波太赫兹雷达方案研究及系统验证

太赫兹雷达由于其极高的分辨率而日益受到研究者的重视。该文展示了一种工作在220 GHz频段的线性调频连续波体制太赫兹雷达的设计方案和实验结果。该雷达采用超外差结构,以获得更低的相位噪声和更大的动态范围。在雷达发射机基带部分采用了直接数字波形合成技术以获得稳定、快速的线性调频信号频率源,扫频时间40 μs,扫频带宽14.4 GHz。实验结果表明,解线频调结果与理论分析值相吻合,该雷达非常适合用于高分辨率安检成像和无损检测。     

太赫兹石墨烯贴片式高温传感器的设计与研究

设计了一种太赫兹石墨烯贴片式高温传感器，可解决现有温度传感器测温量程小、尺寸较大和灵敏度较低的问题。该传感器由六边形石墨烯薄膜、氧化铝衬底和金三层结构组成。通过优化石墨烯结构尺寸、氧化铝衬底厚度，得到大量程、高灵敏度的太赫兹MEMS高温传感器的特征尺寸。结果表明：该温度传感器在3.0～5.0 THz频段内，测温范围可从25℃～1 050℃,灵敏度为0.259 GHz/℃,整体体积为20μm×21μm×14.5μm。该传感器具有优异的传感性能和较大的测温量程，可为高温环境下的航空发动机、火箭发射系统、恶劣环境监测等系统的测温提供一种技术方法。     

太赫兹测试测量技术与仪器研究进展

本文主要介绍基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术,主要包括THz信号发生、THz信号功率和频谱检测及矢量网络分析等相关仪器的实现方案和目前国内外达到的主要技术指标。     

室内实测数据太赫兹合成孔径雷达成像研究

合成孔径雷达实现高分辨率成像要求平台作理想匀速直线运动,相对传统微波SAR而言,太赫兹波的波长更短,SAR平台高频微小振动对常规微波频段 SAR影响几乎可以忽略,对太赫兹合成孔径雷达（Terahertz synthetic aperture radar ,T Hz‐SAR）的影响必须精细处理,研究适用于 T Hz‐SAR的成像补偿算法是必要的。本文建立 T Hz‐SAR非理想情况下的回波模型,分别从时域和频域详细分析运动误差对回波的影响。提出了一种基于回波数据的T Hz‐SAR成像运动补偿算法,采用中心频率0．3 T Hz的SAR系统进行实验,使用RD算法对目标进行二维高分辨成像,得到3个角反射器的二维SAR图像。实验结果验证了系统的可行性和所给处理算法的有效性,为外场车载或机载的T Hz‐SAR成像奠定了基础。     

直接碳燃料电池的研究进展

指出了直接碳燃料电池(DCFC)相比于其他燃料电池的优势;从电解质的角度,对熔融氢氧化物DCFC、熔融碳酸盐DCFC和固体氧化物DCFC的工作原理、发展现状及存在的问题进行了归纳;对DCFC的发展进行了展望.     

超导磁储能系统发展现状与展望

超导磁储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)技术具有响应时间快、功率密度高、生命周期长等特点,在电网电压质量调节、频率控制、脉冲负载供电等方面具有重要的应用价值,被列为《能源技术革命创新行动计划(2016—2030)》之先进储能技术的主要突破方向。介绍了SMES的系统组成原理和系统先进性,概述了SMES在电力系统、舰船供电等场景的应用,综述了SMES近期有代表性的大型项目和研究状态,并从特性互补、提高性能的角度讨论了2种与氢电池和电化学电池组合使用的SMES混合系统。最后,指出了SMES发展和大规模应用所面临的几点挑战,并给出了相应的应对策略。     

电网和电网技术发展的回顾与展望--试论三代电网

总结了国内外电网和电网技术的发展过程,将其划分为3个阶段,借鉴社会科学中的代际传承理念,提出了三代电网的概念,并且比较分析了三代电网的主要特征。20世纪前半期的电网属于第一代电网,以小机组、低电压、小电网为特征,是电网发展的兴起阶段;20世纪后半期的电网属于第二代电网,以大机组、超高电压、互联电网为特征,标志着电网进入规模化发展阶段;从21世纪初开始建设并设想到2050年在世界范围内实现的第三代电网,以非化石能源发电占较大份额和智能化为主要特征,是可持续发展和智能化的电网模式。文中电网指广义电网,即包括发电、输电、配电和用电在内的电力系统,因此,三代电网也可称为三代电力系统。分析了当前电网发展面临的新形势和新挑战,对未来40年的电网和电网技术发展进行了展望。