光现象资源箱 型号：QWG1208   实验清单： 光在空气中直线传播实验 面镜成像观察实验         透镜成像观察实验 影子观察实验

含电路板、散装元器件、制作说明书等

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原理介绍： 光在与微粒的相互作用中，会将自身携带的动量传递给微粒，对微粒施加力的作用。在光镊中，处在激光中的粒子所受的力有两种：一部分是电磁场分布不均匀导致的梯度力，梯度力将微粒吸引向光阱的中心；一部分是光子与粒子相互作用导致的散射。针对不同大小的粒子，大致可以分为三类： 一、微粒的尺度远大于激光波长，可以采用几何光学近似模型，光线在微粒经过折射反射，将动量传递至微粒上； 二、微粒尺度跟激光波长相近，这种情况下可以通过电磁场麦克斯韦方程组求解； 三、微粒尺度远小于激光波长，微粒在光场中被激发为偶极子，受到偶极子与强聚焦光场的相互作用力； 相关内容： 动手调节光路，利用光镊捕捉并操控小球； 基于空间光调制器的光镊系统，通过研究不同算法从而得到加载在空间光调制器上的全息图、更加深入地研究特殊模式光束在光学微操纵中的应用、拓展光镊与其他学科交叉的应用前景以及对光场偏振态、相位、振幅的联合调制等等。 应用领域： 作为非侵入型的力学操控系统，光镊可以应用于细胞生物学、气溶胶科学、物理化学等交叉学科的基础研究，包括细胞微环境的改变、形变拉伸、微粒力学参数的测量等等。将全息光镊与图像识别结合，可以做到自动捕获粒子和分拣， 将全息光镊与光学显微镜相结合，可以量化细胞、分子的动力学特性，在细胞生物学中有巨大的研究空间； 方案介绍： 光路图：   上图为本方案全息光镊装置的光路示意图。首先激光经过扩束后，直径与空间光调制器有效区域的短边直径相等，扩束后的激光依次通过线偏振片、半波片和非偏振分光棱镜。用半波片旋转线偏光角度，使之工作在相位模式下，空间光调制器的入射角控制在在 5°以内。 经过空间光调制器反射的光经过由两个傅里叶透镜组成的缩束系统，该系统能改变光斑尺寸确保光束直径与显微物镜的入瞳直径匹配。对于外围光强较弱的高斯光束，利用此缩束系统将激光直径稍大于显微物镜入瞳直径。 经过缩束系统的激光经过 45°直角反射镜，二向色镜将激光透射进入显微物镜，同时让照明光源透过，从而使 CMOS 相机采集到样品像。空间光调制器位于第一个傅里叶透镜的焦距处，全息图与物镜入瞳是共轭像面，所以全息图经过显微物镜做傅里叶变换后在显微物镜焦平面即样品面上再现期望的光场分布。   特点： 此方案采用的开普勒式缩束系统透镜间的焦平面与样品面是共轭的，在透镜焦平面加入高通滤波器或在空间光调制器上叠加闪耀光栅后，后续光学元件按照一级像排列，从而移去零级光的影响。 加载全息图后 X-Y 位置可实时调整，快速叠加不同焦距菲涅尔相位图、闪耀光栅相位图等； 空间光调制器可供多种语言调用（labview、C、Python 等）；可编程实现不同数目、不同排列的光阱阵列；   配置标准：   序号 配置 规格 序号 配置 规格 1 激光光源 637nm 激光最大功率1w 4 显微物镜 PLN100× 油浸   NA 1.25 2 空间光调制器 1920*1080   2π 5 照明光源 波长470nm 功率760mw 3 CMOS相机 1280*1024 60FPS 6 相机筒镜 f=200mm 等系列其他配置

本发明公开的具有可光致细胞脱附的二氧化钛/白蛋白/生物信号分子复合涂层，自下而上依次有基底、二氧化钛纳米点层以及白蛋白与生物信号分子层，其中，二氧化钛纳米点层中二氧化钛纳米点的尺寸为20～300nm，密度为1.0×109～1×1011/cm2，白蛋白与生物信号分子层充满二氧化钛纳米点之间的间隙，并覆盖二氧化钛纳米点。其制备：包括制备二氧化钛前驱体溶胶；依次将前驱体溶胶、白蛋白与生物信号分子的混合物旋涂在基底上并进行热处理。该所得到的复合涂层具有良好的生物相容性有利于细胞的初始附着、增殖和后续脱附。可广泛用于体外细胞培养和组织工程等生物医学工程领域。

项目涉及的产品是钛基合金，具体包括钛铁合金、钛铝合金以及钛铝钒合金等，其广泛用于冶金、国防、军工、航空、航天以及生物医学等领域。目前，现有的钛及钛合金等钛材的利用流程仍全是高钛渣/金红石-高温氯化-真空还原-精制-海绵钛-破碎-真空熔炼-钛材这一高能耗、高污染的高成本生产工艺。东北大学在国家973、国家自然科学基金以及企业重大科技攻关等项目的联合资助下，针对现有金属热还原法直接制备钛基合金存在的钛氧化物还原不彻底等技术难题，发明了基于喷吹金属蒸气深度多级还原直接冶炼钛基合金的新技术，并突破了其喷吹金属蒸气深度还原装备的技术难题，建成了吨级规模的基于喷吹深度多级还原装备。成功制备出氧含量低于0.6%的低氧高钛铁；氧含量低于0.1%，氮含量低于200ppm的钛铝合金及钛铝钒合金，目前已完成20kg规模的放大试验，建成了吨级规模的基于喷吹深度多级还原核心装备，进入产业化和推广应用阶段。核心成果已获得国家发明专利６项，整体技术及装备水平世界领先。 项目研究形成了从方法-产品-装备的原始创新，突破直接热还原法制备钛基合金的技术难题，实现了钛合金的短流程清洁制备，为国家安全建设和社会经济建设提供了战略物质保障社会经济效益显著。未来5年，我国特种钢精炼用高钛铁合金用量可达30万吨，若投资建立一条深度多级还原直接冶炼低氧高钛铁的生产线，可实现年产量5000吨的规模，其总产值可达2.5亿元以上，年均创造效益约5000万元。建设一条1000吨规模的钛铝基钛合金生产，其总产值可达2亿元以上，年均创造效益约5000~8000万元。因此项目建设将极大地拉动地方经济。

随着我国战略性新兴产业（如高速铁路、大飞机）和高端装备制造业（如部分高速精密机床）的发展，高端轴承进口增长较快。目前高铁轴承全部进口，部分高速精密机床轴承还需进口。从长远看，对我国战略性新兴产业的成长将产生不利影响。钛镍合金是一种金属间化合物，具有优良的耐磨性、耐蚀性。钛镍合金TiNi60是一种Ti、Ni质量原子比为40: 60的金属间化合物，具有低密度、高硬度、优异的耐蚀性以及良好的摩擦学性能且在热处理前易于加工，可望在高速轴承中得到应用。TiNi60的密度为6.7 g/cc，比普通轴承钢密度小30%左右，密度小这一特点，可实现轴承的轻量化和高速化。本项目主要是解决现用滚动轴承材料难以满足高速滚动在高铁、高速机床等高技术领域应用中高强度、低摩擦、高耐磨性要求的问题，采用高真空感应熔炼技术制备出优异性能的高速滚动轴承材料-钛镍60合金，并采用可生物降解润滑剂的超滑技术对高速球轴承会为耐磨、减摩起到事半功倍的作用，为高端轴承的国产化奠定基础，为我国装备制造业的发展贡献力量。本项目的前期工作，针对球轴承材料TiNi60采用蓖麻油润滑获得了超低摩擦系数（最低达到0.004）。该项技术完全由本课题组研发，完全具有自主知识产权，此外该技术具有生产过程环保、能耗小、制造成本低、产品易系列化和原材料无危险性、毒性等突出特点。因此可以肯定该项技术、该类产品的出现为我国轴承市场注入了新鲜的“血液”。可以预见该技术的市场前景是非常广阔的，其产品的市场竞争优势也是非常明显的。

随着我国战略性新兴产业（如高速铁路、大飞机）和高端装备制造业（如部分高速精密机床）的发展，高端轴承进口增长较快。目前高铁轴承全部进口，部分高速精密机床轴承还需进口。从长远看，对我国战略性新兴产业的成长将产生不利影响。钛镍合金是一种金属间化合物，具有优良的耐磨性、耐蚀性。钛镍合金TiNi60是一种Ti、Ni质量原子比为40: 60的金属间化合物，具有低密度、高硬度、优异的耐蚀性以及良好的摩擦学性能且在热处理前易于加工，可望在高速轴承中得到应用。TiNi60的密度为6.7 g/cc，比普通轴承钢密度小30%左右，密度小这一特点，可实现轴承的轻量化和高速化。本项目主要是解决现用滚动轴承材料难以满足高速滚动在高铁、高速机床等高技术领域应用中高强度、低摩擦、高耐磨性要求的问题，采用高真空感应熔炼技术制备出优异性能的高速滚动轴承材料-钛镍60合金，并采用可生物降解润滑剂的超滑技术对高速球轴承会为耐磨、减摩起到事半功倍的作用，为高端轴承的国产化奠定基础，为我国装备制造业的发展贡献力量。本项目的前期工作，针对球轴承材料TiNi60采用蓖麻油润滑获得了超低摩擦系数（最低达到0.004）。该项技术完全由本课题组研发，完全具有自主知识产权，此外该技术具有生产过程环保、能耗小、制造成本低、产品易系列化和原材料无危险性、毒性等突出特点。因此可以肯定该项技术、该类产品的出现为我国轴承市场注入了新鲜的“血液”。可以预见该技术的市场前景是非常广阔的，其产品的市场竞争优势也是非常明显的。

钛（Ti）是发展中的稀有金属，轻金属，由于它具有比重小，比强度高、耐腐蚀、高温性能好等一系列无以伦比的优异性能，被广泛应用于航空、航天、舰艇制造、化学及石化工程，乃至医疗、建筑、工艺品等领域。钛材在民用工业中的应用发展迅速，在化工、石化、制盐等行业设备更新和技术改造中得到越来越广泛的使用，替代不锈钢和其它材料，取得明显的社会和经济效益。我国钛材民用仅有20

目前国内在流态化氯化生产中，普遍要求高钛渣的粒度在40目～160目范围内，-160目的粒度要求小于20%～30%。而且每生产一顿四氯化钛就会产生高达68.7kg的氯化收尘渣，扬析率更达到16.3%。但从矿物处理上角度上考虑，颗粒越小越有利于除钙镁等杂质，从氯化反应的角度考虑其比表面积越大，反应速率也就越大，所以针对如何利用流态化工艺对细粒级高钛渣氯化需要进行研究。 细粒级高钛渣沸腾氯