辐射、散射近场测量及近场成像技术的研究进展

关于散射成像的文章散射成像是一种非侵入式的成像技术，可以用于研究材料的内部结构和性质。

它通过对样品所散射的信号进行探测和分析，得出样品内部的图像信息。

在本文中，我们将介绍散射成像技术的基本原理、实验步骤和应用前景。

一、散射成像的基本原理散射成像的原理基于样品中的成分和结构不同，使其对入射光产生不同的散射行为。

这可以通过测量样品所发出的散射光强度来观察到。

当样品受到光辐射时，其成分和结构对光线的反射和散射影响光线的传播。

经过多次散射后，这些光线构成了样品发出的散射光。

散射光的光学性质与样品结构、光线的波长和入射角度有关，因此可以通过调整光源角度和探测器位置来实现散射成像。

二、散射成像的实验步骤散射成像的实验步骤可以分为光学排布、样品制备、数据采集和处理等几个方面。

1.光学排布：选择合适的光源和探测器，配合设计出合适的光路排布，使得光从光源发射到样品，再由样品发出的散射光被探测到。

2.样品制备：根据需要制备样品，并根据光源和探测器的位置，将样品置于特定的位置，并留出一定的空间进行控制。

3.数据采集：调整光源和探测器的角度，分别测量一定角度范围内的散射光强度，得到散射光的分布情况。

4.数据处理：利用计算机进行图像处理，将采集到的散射光数据转换为成像结果，并进行分析和解释。

三、散射成像的应用前景散射成像技术具有广泛的应用前景，特别是在材料科学和生物科学领域。

它可以帮助人们了解材料和生物体的内部结构和变化，探索物质的性质和功能。

例如，利用散射成像技术可以研究金属材料的微观结构、生物细胞的形态和浓度分布、纳米颗粒的尺寸和分布等等。

此外，散射成像技术还可以用于制药、环境监测、光学通讯等领域。

总之，散射成像技术作为一种非侵入式的成像技术，具有很高的应用价值。

它通过测量样品发出的散射光信号，可实现对材料和生物组织内部结构和性质的分析和解读。

随着该技术的不断进步和发展，我们相信将有更多的应用和成果涌现。

辐射近场测试辐射近场测试是指对电子设备或电磁场产生的电磁波辐射进行测量和评估，以确定是否符合相关的辐射标准和限值。

该测试可以用来评估设备的辐射性能，保证设备在正常使用过程中对用户的健康和安全没有危害。

辐射近场测试通常包括以下几个步骤：1. 测试准备：确定测试场地和测试设备，并按照相关的测试标准和要求进行准备。

测试场地应具备良好的屏蔽性能，以确保测量结果的准确性。

2. 测试设备设置：将待测设备放置在测试场地的固定位置，并将测试设备与辐射源（如无线电台、基站等）之间建立连接或通信。

3. 测量参数设置：根据测试要求，设置测量仪器的参数，包括频率范围、功率范围、测量时间等。

4. 测试测量：启动测量仪器，进行辐射近场测试。

通过测量仪器对待测设备周围的电磁辐射进行测量，并记录测量数据。

5. 数据分析与评估：根据测量数据，对待测设备产生的辐射进行分析和评估。

将测量结果与相关的辐射标准和限值进行比较，以确定设备是否符合要求。

6. 结果报告：根据测试结果，编制测试报告，包括测试方法、测试仪器、测试参数、测量数据、数据分析和评估等内容。

报告可以用于设备的质量控制、合规认证等用途。

辐射近场测试是一项重要的测试工作，对保障电子设备的辐射安全具有重要意义。

通过对设备的辐射进行准确测量和评估，可以避免设备产生过高的辐射量，对人体健康和环境造成危害。

同时，辐射近场测试也是对设备性能和质量的一项重要评估指标，可以帮助电子设备制造商不断改进产品设计和生产工艺，提高产品竞争力。

总之，辐射近场测试对于电子设备的安全性和合规性非常重要。

通过进行准确有效的测试，可以保证设备的辐射安全性，保护用户的健康和安全。

电磁散射与隐身技术导论课程大作业报告学院：电子工程学院专业：电子信息工程班级： 0210**学号： 0210****姓名： ******电子邮件：日期： 2018 年 07 月成绩：指导教师：姜文雷达目标RCS近远场变换在现代军事领域中，隐身技术和反隐身技术是重中之重，研究隐身和反隐身技术就要研究目标的电磁散射特性。

雷达散射截面（RCS）是评价目标散射特征的最基本参数之一，其计算和测量的研究具有重要意义。

计算方法有解析方法，精确预估技术和高频近似方法等。

根据测量方式的不同，可以分为远场测量、近场测量和紧缩场测量。

远场测量在室外进行，虽然能直接得到目标RCS，但是条件难以满足(满足远场条件时，被测目标与天线间的距离非常大)，相比之下，在微波暗室中进行的近场测量由于采用缩比测量的方法更容易满足测试条件。

相对于紧缩场测量，近场测量的精度更高，成本也有所降低，于是近场测量越来越成为研究的一个重点。

近场测试到的雷达回波信号并不是工程中所关心的RCS，而如何由近场测量数据得到目标RCS，则是必须要解决的问题。

为了得到目标RCS，将目标等效为一维分布的散射中心，并忽略了散射中心与雷达之间的相互影响，忽略散射中心与测试环境之间的相互影响。

根据雷达回波信号，研究了一种利用雷达近场数据来估计目标总的RCS的方法。

推导了算法的具体过程，将研究重点放在了算法的核心——权重函数上。

分别仿真了单站正视，单站侧视，对称双站，不对称双站几种情况下权重函数的特性，具体表现为不同参数对权重函数幅度和相位的影响。

基于仿真结果，提出了用定标来求得权重函数的方法。

并用不同尺寸的金属球作为实验目标，采用某一个金属球理论RCS 值来定标，求得权重函数之后，用此算法变换出目标的RCS，并与其理论值做比对，验证了算法的可行性。

一、雷达截面的研究背景、发展现状隐身和反隐身技术作为现代战争中电子高科技对抗的重要领域，一直都是各国军事研究的重点，随着各种精确制导武器和探测系统研制成功，隐身技术和反隐身技术越发重要。

近代显微成像技术的研究进展与应用狄伶【摘要】The development of microscope imaging technology was introduced, and the imaging principle and application of fluorescence microscopy, confocal microscopy and super-resolution microscopy were outlined. The technology of stimulated emission depletion (STED) was clarified in the super-resolution microscopy. With the rapid development of computer technology and photo-electricity technology, a new generation of microscopy of living cells is developed, and cells tracking, real-time observation, 3D reconstruction, fluorescence quantification and four-dimensional dynamic analysis can be carried out at molecular and ion levels.%本文简述显微成像技术的发展历史,介绍荧光成像、共聚焦显微成像和超分辨显微成像技术的工作原理及应用.超分辨显微成像技术中主要介绍受激发射损耗技术.随着计算机技术和光电技术的飞速发展,新一代显微成像技术对活细胞微观生命活动实现了分子和离子水平的形态定位、实时动态观察、三维结构重组、荧光定量分析和四维动态分析.【期刊名称】《中国医疗设备》【年(卷),期】2018(033)002【总页数】4页(P107-110)【关键词】显微成像技术;共聚焦显微镜;受激发射损耗;超分辨显微成像技术【作者】狄伶【作者单位】上海交通大学分析测试中心,上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TH74引言显微成像技术是一种借助物理方法观察微小物体的技术手段，它的发展与物理学领域对光的认识密不可分。

低温散射式近场光学显微镜的研发刘凡微;陈思丹;张嘉未;陈欣中;毛寒青;黄思思;陈曦【期刊名称】《电子显微学报》【年(卷),期】2022(41)6【摘要】散射式扫描近场光学显微镜(s-SNOM)是现代光学技术的重要分支。

s-SNOM突破了衍射极限,在红外和太赫兹波段实现了纳米尺度成像。

目前市面上商用的s-SNOM大多适合在常温常压环境下使用。

而很多具有新奇物性的材料需要低温的测试环境。

本文作者设计并搭建了一套采用液氦杜瓦维持低温环境的超高真空近场光学显微镜。

该系统基于原子力显微镜(AFM),可以同时获得样品的形貌和近场光学成像。

自制的压电驱动电机用于探针、样品和抛物面镜的位移控制。

作者用标准样品TGQ1评估了s-SNOM的性能,并对NdNiO_(3)薄膜的金属绝缘体相变(MIT)进行红外近场成像。

测量结果展现了该系统在低温下的优异性能。

低温s-SNOM技术能够为NdNiO_(3)等关联氧化物薄膜相变过程提供介观尺度的丰富信息。

【总页数】7页(P627-633)【作者】刘凡微;陈思丹;张嘉未;陈欣中;毛寒青;黄思思;陈曦【作者单位】清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室;美国纽约州立大学石溪分校物理与天文系;中国科学院物理研究所【正文语种】中文【中图分类】TH742;TG115.21【相关文献】1.反射式近场光学显微镜样品近场光分布特性2.散射型近场扫描光学显微镜的探针振动参数优化研究3.太赫兹散射式扫描近场光学显微镜中探针与样品互作用及其影响探究4.倒置式低温光学显微镜5.散射式扫描近场光学显微系统的研制及应用测试因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

关键 词 ： 电磁 辐射 ； 测 定技 术 ； 辐射 源
电磁波作为我们 Ｅ ｔ 常生活的一部分 ， 在给予人类生活提供方便 定仪有 日本协立公司研制的 “ 干扰场强测量仪器” （ 型号 ： Ｋ；频带 ： 的同时也造成了电磁波污染。虽然 电磁辐射 中单个量子的能量较 ０ ． １ ５ — １ ０ ０ ０ Ｍ； 量程 １ ０ — １ ２ ０ ｄ Ｂ ｕ Ｖ ／ ｍ） 、 德国 Ｓ公 司研 制 的 “ 场强 一 无 小， 只有 １ ０ － ６ － １ ０ 电子 伏 特／ 光子， 但过 大 的 电磁 辐射 强 度 及 作 用 时 线电信号 自动扫描测量仪” （ 型号 ： Ｅ Ｓ Ｐ ； 频带 ： ９ Ｋ 一 １ Ｇ ） 等。在对远场 间达 到一 定 值 时就 会对 人 的 生命 活 动产 生不 良的影 响 。 人 体本 身 有 区 的 辐射 监 测 方 面 ， 国 内重 视 度 不 高 ， 只 有 少 量 的 厂 家 和 研 究 机 构 着微弱的电磁场， 所有细胞运动都在规定 的功能序列 内完成相应的 对其进行纵向研究 ，如无线电仪器二厂生产 的 “ 干扰场强测量仪” 工作 ， 如果受到外界电磁场的干扰 ， 这种序列可能会被 打乱 ， 导致细 （ 型号 ： Ｒ Ｒ Ｉ ＼ Ｒ Ｒ ７ ； 频带 １ ０ — １ ５ ０ Ｋ； 量程 ２ ４ — １ ２ ４ ｄ Ｂ ｕ Ｖ ／ ｍ ） 、 成都 ７ ６ ６厂研 胞 的损 伤 、 死亡 ， 甚 至 是 变异 。其 次 ， 更 加 值 得 注 意 的是 电 磁场 对 人 制 的 “ 广 播 电视 场 强 测 量仪 ” （ 型号 ： Ｚ Ｎ ３ ９ ７ ０ ；频 带 ： ４ ７ — １ ２ ０ Ｍ、 １ ６ ０ — 类 活动中正常磁场的干扰 ， 例如 ， 对 飞机航行信号 、 卫星遥测信号 ２ ３ ０ Ｍ、 ４ ７ ０ — ８ ６ ０ Ｍ； 量程 ２ ０ — １ ２ ０ ｄ Ｂ ｕ Ｖ ／ ｍ） 等。 等 ，这些 干 扰 如果 程 度难 以控 制 就会 造 成 不 同程 度 的代 价 损 失 ， 给 ３ 我 国 电磁 辐射 测 定技 术 发 展趋 势 人类 生 活带 来 隐患 ， 需 要 引起 重 视 。 ３ ． １更 加 注重 测 量仪 器 功 能 的综合 性 和 灵活 性 １电磁 辐 射源 由上 述 关 于 国内 外对 近场 区和 远 场 区 的测 量 技 术 的 阐述 上 可 辐射源， 顾名思义 ， 就是电磁波信号发射或者泄露的来源。 在地 以看到 ， 以美 国为例 ， 其辐射测量系统已经实现近场和远场 的双重 球上 ， 这种 辐射源主要来源于两个方面 ： 一个是 自然辐射 源 ， 如太 精 确 度 ， 其功 能 较 为全 面 ， 且测 量 范 围较 为 广泛 。 我 国对 辐射 测量 的 阳、 黑子等 ； 另一个是人为电磁辐射源。 这里我们主要讲述人为辐射 研究还不足够 ， 目前对两个场 区的测量都是以单一功能为主 ， 在 场 源， 可 以将 其分 为 以 下几 个 方面 ： 区之 间的功能转换尚不可行 ， 在将来 ， 需要投入力量在 功能集成化 ①广播电视电磁辐射。 这种 电磁辐射的特点为大功率 、 全方位 、 和场 区 之 间的转 化 灵 活性 方 面 有 所研 究 ，例 如 可 以通 过 对 圆形 、 方 定点产生 ， 频率的不同产生 的电磁辐射量也不 同， 广播波段一 般有 形 、一字形天线和测量元件的模块 化来 实现 场区功能的灵 活转 变 中波广 播 、 短 波 广播 以及 调 频广 播 等 。 等。 ②通讯 、 雷达与导航设备电磁辐射 。 通讯设备包括发射端 ， 例如 ３ ． ２ 更加 注 重 监测 系统 的智 能化 和 预测 功 能 发射台、 通信站 、 通信基站 ， 传输 网络。 智能化和预测功能是指对 电磁辐射 的综合预警功能 ， 这包括对 ③工业 、 科学以及医学使用 的电磁辐射。 工业使用的高频炉 、 塑 辐射量 的实时监测 、数据传输与处理以及对辐射水平的预测和警 料焊接机 、 高频烘干机等 ； 学科上用 于研 究的超声波设备 、 微 波炉 告 。 这种 趋 势 是 由我 国 的客 观情 况 决定 的 ， 我 国地域 较 广 、 人 口和 辐 等； 电力系统 电磁辐射发电厂 、 变电站等架空输 电线和地下 电缆等 射 源 密度 大 ， 然 而对 电磁 辐 射 的 监测 网点 却 不 足 ， 无 法 短 时 间 内解 产生电磁辐射 ； 交通系统电力辐射。 电气化铁路 、 地铁以及某些城市 决 相 关技 术 难 题 ， 这就 要 求 需 要 建 立 区域 性 的监 测 网 ， 通 过 由规 模 使 用 的有 轨 电车 、 无轨电车等 ， 这 些使 用 电力 的交 通 系 统 也 能 产 生 较 小 的监 测 网点 向大 规 模 网 点进 行 数 据 汇 总 和 分 析 的方 式 应 对 这 电磁 辐 射 。 种客观局面。因此 ， 必须要求各个 网点 的自动监测和数据传输 的能 ２ 国 内外 电磁 辐射 测 定技 术 发 展现 状 力强 ， 同时需要有很强的预测功能 ， 来避免 因为瞬间 的辐射危机而 电磁辐射有两个场共同作用 ， 感应场和辐射场 ， 其 中感应场又 无 法有 足 够 的时 间启 动 相关 应 急 响应 的局 面 。 称 近 区场 ， 以感 应 为 主 ， 辐射 场 又 称远 区场 ， 以辐 射 为 主 。根 据距 离 ３ ． ３更 加 注重 布 点方 式 的合 理 性 的不 同，电磁辐射测定技术可 以分为近场区测定和远场区测定 ， 相 这里所说 的布点方式并不是指移动信号基站等辐射源基站 的 关的测定设备也分为近场 区电磁辐射测定 仪和远场 区电磁辐射测 布置方式 ， 而是对 已经存在的辐射源分布局面进行合理的监测点的 定仪 ， 无论适用于哪一种 电磁场区 ， 相关的测量 仪器都是 由天线和 布 置 ， 我 国对 这 方 面 的研 究 已经 有 一定 的基 础 ， 例如 ， 黄 欣 等 发表 的 主机组成的 ， 前者是用来探测信号 ， 后者则用来计算和输出。 《 电磁辐射固定点监测布点方案》 等， 所以有一定的研究优势 。在 目 ２ ． １ 国内外 近 场 区 电磁 辐射 测定 技 术 前 电磁辐射的测量技术还不够成熟 的情况下 ， 合理的监测点布局方 在进行感应场的测量时 ， 由于其上 限值较大 ， 所 以一般采 用综 式可 以在保证全方位的监控体系下 ， 最大限度的降低在监测点设 备 人 力 和财 力 方面 的投 入 ， 将 这部 分 资 金 转 移到 技 术 研发 上 ， 更 合场强仪进行测量 ， 即非选频式宽带辐射测量仪 。这类 电磁辐射测 建 设 、 定仪一般为宽频带 、 直读式 ， 配备 ２ － ３个三维探 头 ， 测量准确率较 具有实际利用价值 。 高， 仪器便于携带 ， 操纵方便 。根据测量 目的不同 ， 可以选择 电场探 ４结 束 语 电磁辐射污染是一种无形 的污染方式 ， 往往这类污染会在不经 头和磁场探头 ， 前者又分为偶极子和检波二极管探头和热电偶型探 头。 对近场区的探测 ， 国外研究 电磁辐射检测较于我 国早 ， 相关技术 意间造成巨大地生命财产损失。 在环境监测体系 日益发展和完善的 相对较为成熟 ， 例如 ， 美 国目前电磁辐射测定 已实现全 自动环境监 进程 中 ，电磁 辐射 污 染 也 将逐 渐 引 起 中 央级 地 方 环境 部 门的 重视 ， 深 入对其开展硬件 、 软件和测量理念的研究是非常 控， 频段可以高达 ２ ６ Ｇ Ｈ Ｚ 。 我国电磁辐射研究较晚 ， 电磁辐射近场仪 在这个过程 中， 有 船 舶 总公 司 ７ ０ １ 研究所研制 的“ 宽带电磁场强计” （ 型号 ： Ｉ ； 频 带 必要 的 。 ０ ． １ — ３ ０ ０ ０ Ｍ； 量程 ０ ． １ ｕ Ｗ／ ｃ ｍ ２ － ２ Ｏ Ｏ Ｗ ／ ｃ ｍ ２ ； 三维探头） 、 江苏宿迁无线电 参考 文献 １ １ 孙秀莲． 国 内外电磁 辐射检测技术概 况及 其发展 趋势［ Ｊ Ｊ ＿ 山东环 厂研制的“ 微波漏能仪” （ 型号 ： Ｄ Ｃ Ｈ Ｙ 一 ８ ０ １ ； 频带 １ － １ ０ Ｇ ； 量程 ０ ． ０ ０ ５ — ｆ １ ９ ９ ５ （ ２ ） ． ３ ０ Ｍ Ｗ ／ ｃ ｍ ２ ； 非全向探头 ） 等 。可 以看出 ， 在近场区的探测方面 ， 我国 境． ２ ］ 张建 宏 ． 电磁 辐射 污 染与 电磁 环 境监 测 【 Ｊ Ｊ ． 电力 学报 ， ２ ０ ０ ７ （ １ ） ． 的探测范围较窄 、 探测功能的综合性差 ， 此外 ， 其可靠性方面仍有待 『

应用近场线散射技术测量天线辐射方向图
田晓霞
【期刊名称】《国外电子测量技术》
【年(卷),期】2000()4
【摘要】本文描述了天线方向图的一种测量方法。

当一根细金属导线在天线口径面上移动时,馈源处的反射系数会产生变化。

如果天线口径场分布是可分的,那么它的反射系数的变化就与导线位置处积分口径场的平方成比例。

以金属导线散射信号引起的反射系数变化的平方根作为导线位置处的函数,可得到积分口径场,由此可推导出天线这场辐射方向图。

这种测量系统现已建成,其测量结果与传统的远场测量结果相比较一致性很好。

这种测量方法能使我们快速简便地检测天线性能。

【总页数】4页(P13-16)
【关键词】天线;近场线散射技术;辐射方向图;测量
【作者】田晓霞
【作者单位】信息产业部39所
【正文语种】中文
【中图分类】TN820.12
【相关文献】
1.天线柱面近场测量的散射源误差抑制方法研究 [J], 王义;陈运涛;温中贺;刘浩
2.墙壁散射对超低副瓣天线平面近场测量的影响 [J], 于丁;傅德民;刘其中;毛乃宏
3.近场散射测量中的天线方向图修正技术 [J], 徐志浩;李南京;胡楚锋;党娇娇
4.平面近场天线测量中模式滤波技术的应用 [J], 张廷恒
5.辐射、散射近场测量及近场成像技术的研究进展 [J], 张福顺;焦永昌;马金平;刘其中;张进民;毛乃宏
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同步辐射成像技术研究一、介绍同步辐射成像技术是一种新兴的非破坏性测试方法，它能够高精度地测量物质的结构和性质，成为材料科学、生物学、医学等领域的重要研究手段。

本文将介绍同步辐射成像技术在材料科学和生物医药领域的应用，通过对其原理、实验方法和实验结果的分析，探讨其优势和不足。

二、同步辐射成像技术原理同步辐射成像技术利用硬X射线在高亮度同步辐射光源的作用下，穿透物质结构，利用相干性和对比增强的效果来检测并成像样品，并对样品的结构和性质进行分析。

其原理是将同步辐射光注入样品，通过对同步辐射光在样品中的透射、反射、散射等多种效应进行分析，从而获得具有高分辨率和对比度的3D图像，其横向分辨率可达到10~0.1微米级别，纵向分辨率可达到毫米级别。

三、同步辐射成像技术在材料科学中的应用1、材料显微学同步辐射成像技术在材料显微学中的应用主要体现在对材料的内部结构及晶体结构的研究上。

例如，在半导体加工过程中，它能够对化学物质的扩散、衬底、多晶层等结构进行瞬态观察。

2、表面分析同步辐射成像技术可通过多种方法对材料表面进行分析，如通过衍射技术对材料的表面结构进行高分辨率成像，通过显微成像技术对表面特性进行描述及分析。

四、同步辐射成像技术在生物医药中的应用1、生物分析同步辐射成像技术常被用于分析生物大分子，如DNA，荷尔蒙，蛋白质等，通过成像和分析，确定其结构和功能，并对其发生的生理过程进行研究。

2、医学成像同步辐射成像技术在医学成像中的应用越来越广泛，它可以非破坏性地获得高分辨率的人体内部结构图像，可以为病理学研究提供有力的工具，同时也可以用于药物的开发研究。

五、同步辐射成像技术的优势和不足同步辐射成像技术具有高分辨率、非破坏性、对比度高等显著优势。

它的缺点也显而易见，例如成本较高、设备限制性大、成像难度大等。

六、未来发展方向同步辐射成像技术是一项前沿性技术，其将在材料科学、生物医学、化学、地质学等领域发挥更广泛的作用。

１ 近场 辐射传 热的实验方法
由近 场辐射 传热 的发 生机 理可 知 ， 在 研 究近 场 辐射 传 热 的实 验 中 ， 需 要使两 辐射 物体 间 的距 离小 于 １ ０ ｍ。而 且 ， 根 据 物体 间 的距离越 近 近场效 应越 明显 的特 点 ， 距 离越 小 越 能
够 揭示 出辐射 传热 的物 理机 理 。对 １ ｎ ｍ 甚 至更 小 间距 下 的
近 场热辐射 实验测 量 方法 的进 展 ／ 冯 冲等
・ ５ ５ ・
近 场 热 辐 射 实 验 测 量 方 法 的 进 展
冯 冲 ， 唐祯 安 ， 余 隽
（ 大 连 理 工 大 学 电 子科 学 与 技 术 学 院 ， 大连 １ １ ６ ０ ２ ３ ）
摘 要 总结 了实验 测 量近 场辐 射 传 热 的 相 关研 究 ， 指 出对 这 种 传 热 方 式 的 实验 测 量 中 ， 利 用 当前 的 扫 描 探 针
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ｎ ｅ ａ ｒ － ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
在平 衡 状 态 下 ， 由于 与 材料 内能 有 关 的分 子 和原 子 激
发展 起来 。
的热主波波长约为 １ Ｏ ｍ¨ ２ ］ ， 因此， 在通常情况下近场辐射传
热 现象不 易发 生 。工程技 术 的发展 ， 特别 是 微机 电系统 和 纳 米 器件 的发展 ， 为近场 辐射 传 热 的发 生 提供 了条件 ［ ３ ］ 。经 过
研究 发现 ， 近场 辐射 的传热量 可 以大 于 由黑体 辐 射 理论 限定 的物 体辐 射 的最大 值 ， 在 ３ ０ ｎ ｍ 的 辐射 距 离 下 ， 近场 辐 射传 热强 度可 达到 远场辐 射传 热强度 的 ５ 倍［ ４ ］ 。 由辐 射 的近场 作用 而导 致 的增 强传 热 对 微／ 纳 器 件产 生 了两 方 面 的 影 响 ：

近场光学实验技术的使用方法与成像优化近场光学是研究和应用光学现象在纳米尺度下的科学与技术领域。

与传统的远场光学相比，近场光学在成像分辨率和光学探测灵敏度方面有着明显的优势，广泛应用于纳米材料、生物医学、信息存储与通信等领域。

在本文中，将介绍近场光学实验技术的基本原理、常见的使用方法以及如何优化成像效果。

一、近场光学实验技术的基本原理近场光学实验技术是利用探针与样品之间的微观距离，通过局域电磁场的相互作用来实现高分辨成像和光学探测的一种方法。

其基本原理主要包括两个方面：近场效应和探测技术。

1. 近场效应：近场效应是指当光与样品相互作用时，电磁场的强度和分布与样品形状、介电性质等有关。

在近场区域内，光的电磁场具有非均匀性和极化效应，可以实现超分辨成像。

2. 探测技术：实现近场光学成像和探测的关键是选择合适的探测技术。

常见的近场探测技术包括原子力显微镜（AFM）、光纤探针、金属探针等。

这些探测技术可以通过感知局域电磁场的变化来实现高分辨成像和探测。

二、近场光学实验技术的常见使用方法近场光学实验技术的常见使用方法包括近场光学显微镜、近场光学拉曼光谱仪和近场光学操纵等。

1. 近场光学显微镜：近场光学显微镜是近场光学实验技术的常见应用之一。

它可以通过将探测探针置于样品表面附近，实时观察和测量样品表面的形貌和光学性质。

近场光学显微镜具有高分辨率、高灵敏度和非接触测量等优点，适用于纳米材料、生物医学和材料科学等领域的研究。

2. 近场光学拉曼光谱仪：近场光学拉曼光谱是将近场光学技术与拉曼光谱相结合的一种方法。

通过将探测探针置于样品表面附近，可以实现对样品的拉曼光谱分析。

近场光学拉曼光谱仪具有高成像分辨率和高灵敏度的特点，对于研究纳米材料的结构和表面增强拉曼散射效应具有重要意义。

3. 近场光学操纵：近场光学操纵是利用近场光学技术实现对微观物体的操纵和搬运。

通过控制近场光场的强度和分布，可以实现对微观粒子的加速、聚集和操纵。

球模式展开理论近远场变换及快速算法李南京;李元新;胡楚锋【摘要】基于球模式展开理论的近远场变换是天线球面近场测量系统实现的关键,它将待测天线在空间建立的场展开成球面波函数之和,由于其计算公式复杂,因而计算耗费时间长.该文在实际计算中利用快速傅里叶变换及矩阵的思想可以大幅度提高程序运行速度,节省计算时间.采用该方法对角锥喇叭天线的近远场数据进行仿真验证,结果表明外推远场的结果和理论值吻合良好,说明了该方法在保证计算精度的同时,可缩短计算时间.%The theory of near-field to far-field transformation using spherical-wave expansions is the key to implement the spherical near-field antenna measurement system. It can develop the field in the space which is built by antenna expanding into the sum of spherical wave functions. Because of its complex formula, it will consume a long time to compute. The FFT transformation and the ideas of matrix are put into used in this paper, so the compute speed can be improved and the compute time can be saved. Using this method to testify the near-field data and the far-field data of a horn antenna, the results show that the far-field pattern computed from near-field date and the far-field pattern from theoretical integral equations are compared very well. It is approved that this method can guarantee the calculation precision and shortens the compute time at the same time.【期刊名称】《电子与信息学报》【年(卷),期】2015(037)012【总页数】5页(P3025-3029)【关键词】天线球面近场测量;球模式展开理论;近远场变换;快速算法【作者】李南京;李元新;胡楚锋【作者单位】西北工业大学无人机特种技术重点实验室西安 710065;西北工业大学无人机特种技术重点实验室西安 710065;西北工业大学电子信息学院西安710072;西北工业大学无人机特种技术重点实验室西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TN82天线测量按照测试场地通常可划分为：紧缩场测量、远场测量和近场测量［1-3］。

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一种近场条件下散射成像算法的研究
作者：李晓转张长革杨刚王戈
来源：《现代电子技术》2012年第07期
摘要：近场测量是散射特性测量方法中一个常用的方法。

为了由散射数据得到待测目标的散射分布，提出了一种成像算法，并对一维目标进行了详细的推导。

在对一维目标推导正确的基础上，对二维目标也进行了算法推导，从理论上验证了算法在二维空间的适用性。

关键词：近场测量；散射成像；球面波； FFT
中图分类号：TN926-34 文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2012)07-0037-03。

分布式天线系统（DAS）天线测试方法探讨【摘要】通过对200多副DAS天线增益和水平面半功率波束宽度两项技术指标的测量，发现远场与近场测试数据超出测试误差范围。

采用DAS 壁挂天线在远场和近场进行对比测试，得出天线主极化、交叉极化的水平面方向图和增益，并将之叠加得出合成方向图和合成增益，得到天线的水平面半功率波束宽度和增益，且远场合成后的数据与近场基本一致。

由此提出DAS天线远场功率合成测量方法,可为运营商进行DAS覆盖设计提供准确依据，确保移动通信网络有效运行。

【关键词】DAS功率合成测量增益水平面半功率波束宽度方向图中图分类号:TN929. 5文献标识码:A文章编号：1006-1010 （2013） -14- 1DAS简介DAS （Distributed Antenna System,分布式天线系统）是一个由分布于某个建筑物内、专门用于提供无线室内覆盖的多个天线组成的网络。

DAS可以解决高端用户密集城区覆盖问题，减少室外基站的数量和配置，降低室外网络的整体干扰水平，从而提高整个系统的容量，更好地满足用户对质量的要求。

典型的DAS通常采用光信号分配技术，由一个本地接曰单元的射频信号转换为光信号。

这些光信号然后通过光缆分配给多个远端单元，远端单元再将它们转换I口I射频信号，通过天线分配网络实现室内无缝覆盖。

2DAS的优势DAS为电信运营商提供了非常有效的室内信号覆盖解决方案。

DAS能够增加无线接口和传输链路上的中继数量，实现每一条无线链路在建筑物中的任何一处都随时可用。

增加了中继数量就能提高频谱效率，让运营商从容地应对本地话务高峰（例如，用户在餐厅吃午饭时或避雨时）。

基站只需要一条传输线路就能覆盖整个建筑，这不仅极大提高了传输中继效率，而且减少了每个基站的传输开销。

此外，DAS解决方案也便于电信运营商控制建筑物内的覆盖范围，以减少与宏蜂窝网络的相互干扰，从而增加网络的总容量。

降低传输成本也是DAS解决方案的一大特点，电信运营商可以采用统计复用降低传输成本。

1032020年第6期 安全与电磁兼容引言贯彻GJB 151A/B 的RE102项目时[1-2]，产品超标现象普遍，贯标检测结果只是反映了产品的整体辐射发射情况，无法准确识别干扰源位置。

当试验现场缺少有效定位技术手段时，设计师主要依靠工程经验、结合产品现场布置情况，排查可能的干扰源。

这种方法缺乏针对性，导致整改效率低、时间和经济成本高，严重制约RE102项目的合格率提升。

为此，本文提出采用近场测试方法实现电磁辐射干扰问题的快速定位、整改、验证。

1 电磁辐射干扰诊断的近场测试方法1.1 近场测试原理通过近场测试可捕获产品的近场辐射干扰，干扰幅度遵循随传播距离增大逐渐衰减的原则[3]，且近场幅度越大，远距离处的幅度也越大，依照此关系可定位辐射干扰源位置。

近场探头分为磁场探头和电场探头[4]，近场测试中，根据使用场景选择合适的近场探头，通常芯片/器件管脚、信号线缆等的近场区域是磁场占主导地位，通过旋转磁场探头方向获取最大磁场值，避免遗漏辐射源；芯片表面、单根导线等的近场区域是电场占主导地位，选用电场探头沿被测对象表面测量电场。

近场探头将捕获的电场或磁场转换为电压，由频谱仪接收并显示，忽略线缆损耗，电压计算公式如下：U =E /AF 1 （1）U =H /AF 2 （2）式（1）、式（2）中，U 是频谱仪显示的电压值（V）；E 是电场幅度（V/m）；H 是磁场幅度（A/m）；AF 1是电场探头转换系数（1/m）；AF 2是磁场探头转换系数 （1/（m·Ω））。

电场幅度和磁场幅度与电压值成正比。

如果探头转换系数频响平坦，则频谱仪显示的电压值可用于对贯标检测结果作定性比较。

1.2 近场测试系统构建的近场测试系统组成如图1，包括近场探头组、低噪声放大器和频谱仪，系统具备近场测试能力，可以满足产品辐射干扰故障的诊断需求。

摘要针对产品电磁辐射干扰贯标测试中存在的位置分辨率低、定位模糊等局限性问题，构建了由近场探头、低噪声放大器、频谱分析仪等组成的近场测试系统，采用近场测试方法定位辐射干扰源、验证整改效果。

文章编号:1672-8785(2019)06-0027-08近场热辐射的最新研究进展张纪红 王 波(烟台大学机电汽车工程学院,山东烟台264005)摘 要:主要从理论数值模拟和近场辐射实验研究的角度介绍了近几年在近场热辐射传热方面的最新研究成果㊂理论研究的焦点主要集中在石墨烯复合材料㊁人工加工或合成超材料等方面的传热研究㊂实验研究的焦点是实验室基于纳米尺度近场热辐射测量的设备制造与方法创新㊂目前实验上已经实现了最小距离仅为2n m 的极近场热辐射测量㊂近场热辐射的进一步研究可为热光伏㊁辐射制冷以及高效能源收集应用提供理论基础㊂关键词:近场热辐射;理论研究;实验研究中图分类号:O 551.3 文献标志码:AD O I :10.3969/j.i s s n .1672-8785.2019.06.005收稿日期:2019-05-27基金项目:国家自然科学基金项目(11604285);山东省自然科学基金项目(Z R 2016F Q 11)作者简介:张纪红(1988-),女,山东日照人,博士,主要研究方向为微纳米尺度传热㊂E -m a i l :z jh @y t u .e d u .c n R e c e n t R e s e a r c hP r o gr e s s i nN e a r -f i e l dT h e r m a l R a d i a t i o n Z H A N GJ i -h o n g,W A N G B o (S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n dA u t o m o t i v eE n g i n e e r i n g ,Y a n t a iU n i v e r s i t y ,Y a n t a i 264005,C h i n a )A b s t r a c t :F r o mt h e p e r s p e c t i v e o f t h e o r e t i c a l n u m e r i c a l s i m u l a t i o na n dn e a r -f i e l d r a d i a t i o ne x pe r i m e n t a l r e -s e a r c h ,t h e l a t e s t r e s e a r c h r e s u l t s i nn e a r -f i e l d t h e r m a l r a d i a t i o nh e a t t r a n s f e r a r e i n t r o d u c e d .T h e f o c u so ft h e o r e t i c a l r e s e a r c h i sm a i n l y o n h e a t t r a n s f e r s t u d i e s i n g r a p h e n e c o m p o s i t e s ,a r t i f i c i a l p r o c e s s i n g a n d s yn t h e t -i cm e t a m a t e r i a l s .T h e f o c u s o f e x p e r i m e n t a l r e s e a r c h i s o n l a b o r a t o r y e q u i p m e n t m a n u f a c t u r i n g a n dm e t h o d i n -n o v a t i o nb a s e do nn a n o s c a l en e a r -f i e l dt h e r m a l r a d i a t i o n m e a s u r e m e n t s .V e r y n e a r -f i e l dt h e r m a l r a d i a t i o n m e a s u r e m e n t sw i t h am i n i m u md i s t a n c e o f o n l y 2n mh a v e b e e n e x p e r i m e n t a l l y i m pl e m e n t e d .F u r t h e r r e s e a r c h o n n e a r -f i e l d t h e r m a l r a d i a t i o n p r o v i d e s a t h e o r e t i c a l b a s i s f o r t h e r m a l p h o t o v o l t a i c ,r a d i a n t c o o l i n ga n d e f f i c i e n t e n e r g y h a r v e s t i n g a p p l i c a t i o n s .K e y wo r d s :n e a r -f i e l d t h e r m a l r a d i a t i o n ;t h e o r e t i c a l r e s e a r c h ;e x p e r i m e n t a l r e s e a r c h 0引言从上世纪六七十年代开始,关于近场热辐射的研究逐渐被报道㊂受当时科学技术水平的限制,近场热辐射研究的进展比较缓慢,也没有得到重视㊂经过半个多世纪的研究,随着纳米技术㊁微加工技术的发展,近场热辐射的研究变得越来越重要㊂在已知宏观尺度时,辐射传热机理常用普朗克黑体辐射理论来解释㊂当辐射体间的换热间距跟辐射波长在同一数量级时,普朗克定律不再适用㊂此时近场热辐射会受到许多因素影响,比如表面极化激元的作用㊁倏逝波的产生以及光量子隧穿效应等㊂就研究方法而言,斯蒂芬--玻耳兹曼定律显然已不能准确地描述近场范围内的热辐射㊂1958年,R y t o vS M等人[1]建立了涨落耗散理论和涨落电动力学㊂研究表明,基于该理论成果采用格林函数方法可对处于热平衡状态下物体的近场热辐射进行有效研究㊂在研究的材料方面,自从2004年安德烈㊃海姆和康斯坦丁㊃诺沃肖洛夫发现了二维晶体的碳原子结构即石墨烯[2],由于石墨烯具有良好的光学和电子特性,石墨烯迅速成为纳米尺度传热领域的研究重点㊂2012年,康斯坦丁㊃诺沃肖洛夫在‘N a t u r e“上发文指出,石墨烯将被集中并广泛应用于电子㊁复合材料㊁能源再生与存储㊁传感器以及生物医药等领域[3]㊂从材料和结构的角度看,当前各类极化激元的出现使各种材料库更加丰富,新材料的发射谱与热辐射谱的重合有可能使得这些材料能用于近场热辐射增强,大大促进近场热辐射的研究㊂近年来,对近场热辐射传热的研究已经不局限于单一材料的研究,基于石墨烯的一些复合材料和以六方氮化硼为主的人工合成材料成为目前研究的主流㊂同时,近场热辐射的应用也成为近年来研究的热点㊂近场热辐射应用的研究对废热回收㊁再生能源发展㊁辐射制冷等技术起着至关重要的作用㊂本文主要是从近场热辐射理论数值模拟㊁近场辐射实验研究和一些基于近场辐射热传导的应用方面,综述了近场热辐射的最新研究进展㊂1近场热辐射理论数值模拟截止到2010年,对近场热辐射的理论数值模拟主要集中在将模拟模型进行简化方面㊂大致分为三类简化模型,一类是纳米粒子之间的模型,第二类是半无限大介质与纳米粒子之间的模型,第三类是两半无限大介质之间的模型[4]㊂近年来,研究的侧重点有所改变,主要集中在对已有的一些常规材料的深入研究以及对组合超材料(如六方氮化硼双曲材料)的研究㊂另外,基于石墨烯的表面等离激元耦合对近场热辐射的影响也成为研究热点㊂1.1几种常规材料的近场辐射研究华中科技大学的吴昊等人[5]将模拟模型简化为两个半无限大平板,研究了钨与掺杂硅平板之间的近场热辐射换热㊂该团队首先根据麦克斯韦方程和波动耗散理论求解并矢格林函数,得到两无限大平板之间的热流辐射密度计算公式㊂计算结果显示,当两平板之间的距离下降到纳米级别时,辐射热流得到极大增强㊂在以上计算结果的基础上又分析了薄膜对近场辐射热流的影响㊂通过分析半无限大平板和薄膜之间㊁钨薄膜与硅薄膜之间以及加了金属基底的钨薄膜与硅薄膜之间的近场热辐射发现,可以通过调节薄膜的厚度来调制近场热辐射热流㊂哈尔滨工业大学的宋志鑫等人[6]首先在涨落耗散定理基础上利用M A T L A B软件分析计算了二氧化钒的近场态密度,并详细研究了二氧化钒薄膜在倏逝波模式下近场热辐射的增强㊂研究表明,相对于黑体辐射来讲,在共振频率处表面极化声子的局域辐射态密度会产生非常明显的增强效应㊂哈尔滨工业大学的张宇鹏等人[7]在涨落电动力学基础上,结合格林函数方法,分析了碳化硅-真空多层膜的传热系数㊁态密度㊂研究了折射率㊁探测间距㊁介质层的厚度等结构参数在近场下对辐射场吸收功率的变化规律㊂研究表明:(1)在表面波激发频率处,减小探测间距会明显增强辐射场的吸收功率㊂(2)多层膜结构中,真空层和碳化硅层的厚度会对传热系数产生影响㊂(3)对半无限长的碳化硅结构,纳米粒子的吸收功率会出现两个极大值,分别出现在碳化硅表面波激发频率和纳米粒子强吸收频率处㊂1.2组合超材料以及基于石墨烯的表面等离子激元耦合的近场辐射研究研究表明,利用石墨烯表面等离激元相互耦合以及构建基于石墨烯的复合结构都可以达到增强近场热辐射的目的㊂众所周知,不同材料的共振频率不同,这就导致材料间的表面波不能相互耦合,所以不同材料之间近场辐射的换热强度很低㊂北京航空航天大学的吴会海等人[8]利用并矢格林函数方法和涨落耗散理论,对手性超材料和双曲超材料(碳化硅纳米线阵列)进行研究,得出可以通过调节手性参数和填充系数优化材料在近场热辐射中的性能㊂同时,该学校的朱克勇等人[9]也通过建立两半无限大平板双曲材料模型,研究了碳化硅纳米线阵列的双曲超材料的填充系数和不同双曲模式对近场热辐射以及穿透深度的影响㊂经过计算分析表明,填充系数越大,穿透深度越小㊂哈尔滨工业大学的白阳等人[10]首先在电磁超材料中引入磁电流元,采用格林函数方法结合涨落耗散理论,从理论上给出了半无限大电磁材料在真空中的热辐射局域态密度的解析表达式㊂接着研究了金属--电介质--金属渔网状电磁超材料㊂研究发现,这种电磁超材料在近红外波段开辟了新的近场热辐射和热传输增强频带㊂该作者提出了一种由金属--介质多层膜构成的双曲型电磁超材料结构,并通过优化设计在共振频率处获得了此种结构的传热系数,相对于S i C体块材料,其值增强了30%㊂北京航空航天大学的刘伟等人[11]把石墨烯覆盖到六方氮化硼双曲材料上,研究六方氮化硼的表面声子极化激元与石墨烯表面等离激元的耦合作用,并在此基础上计算了不同参数对辐射热流的影响㊂经计算得知,六方氮化硼的近场辐射热流会因为石墨烯覆盖而大幅度增强㊂同时浙江大学的尹格等人[12]也研究了石墨烯--六方氮化硼等3种复合结构(见图1)的特性㊂经分析得知,石墨烯表面的等离激元和双曲色散型极化晶体的双曲声子激元相耦合会产生出新激荡模式㊂作者对单层石墨烯之间的近场热辐射进行系统研究发现,石墨烯表面等离激元耦合可使近场热辐射得到增强㊂以此为基础,计算了石墨烯--六方氮化硼复合结构间的近场热辐射㊂计算表明,其传热特性有明显的提高㊂最后作者还证明了石墨烯表面等离激元对微球与平板之间的近场热辐射的增强效果明显提高㊂图1浙江大学的尹格在计算中采用的石墨烯--六方氮化硼复合结构的示意图已知在谐振模式下两个物体之间的近场辐射热传递会显著增强,南昌大学赵启梅等人[13]首先利用石墨烯和硅材料堆叠成的双曲超材料结构,基于石墨烯的表面等离激元和超材料的表面等离激元耦合,实现了近场热辐射的增强㊂然后利用有限元仿真,用两个单层共面石墨烯纳米带结构的石墨烯等离激元耦合,理论上实现了一系列光电太赫兹器件,证明了太赫兹波对近场热辐射的贡献,促进了纳米光学的发展㊂南昌大学周婷等人[14]利用涨落耗散理论㊁涨落电动力学㊁有效介质理论和并矢格林函数方法,着重研究了基于石墨烯多表面耦合多层结构的近场热辐射特性㊂在组合辛普森方法基础上,经理论计算发现,在石墨烯的化学势和真空距均比较小时,石墨烯对近场热辐射的调控有重要影响㊂例如在对石墨烯-碳化硅-超材料结构进行分析时,石墨烯的化学势取0.1e V时,当真空距设为10n m,碳化硅薄膜的厚度取为10n m,所得的结果约为黑体结果的103倍,这表明石墨烯对热辐射系数的增强有显著作用㊂2近场辐射实验研究根据近场热辐射发生的机理可知,对近场热辐射的实验研究需两个实验物体间的距离小于10m ㊂间距越小,越能揭示近场热辐射传热的机理㊂因此,众多科研工作者设计了不同方法使两辐射体之间的距离更小㊂早在十年前,法国国家科学研究院光学研究所G r e f f e t 教授所在的科研小组就已经通过研制一套系统使辐射物体之间的间距从2.5m 减小到30n m ㊂但在2013年前,大部分实验研究还是在微米级别㊂随着微纳米技术的进步,近年来实验研究的两辐射体之间的距离已经达到纳米级别㊂就实验方法的研究而言,大连理工大学电子科学与技术学院的冯冲等人在2013年发表的论文中将此类实验的主要方法总结为可变间隙法[15],此种方法到目前为止还是常用的实验研究方法㊂本文中,我们将实验研究材料分为常规材料与组合材料,对近几年的实验方法进行了总结㊂2.1 常规材料的近场辐射实验研究近场热辐射传热研究的主要目的之一是为了提高能源转换和热管理技术的潜在性能,但能够应用于工程应用的近场热辐射传热设备尚未实现㊂将近场热辐射传热从实验室转化为工程应用的过程中,最大的挑战是制造独立的㊁结构坚固的设备,同时最小化寄生传导对总热效率的相对贡献㊂犹他大学机械工程系辐射能量转移实验室的J o h nD e s u t t e r 团队[16]在能量转换和热测试方面建立了近场热辐射传热测试在实验室和工程应用上的桥梁㊂该团队使用标准的微/纳米制造技术方法成功地制备并表征了近场热辐射传热设备㊂该设备的发射器和接收器的厚度均为525m ,表面积为5.2ˑ5.2m m2㊂其特征是由硅谷微电子提供的表面粗糙度小于0.2n m 并在制造微柱的发射极基体中蚀刻了直径为215m ㊁深度为4.5m 的凹坑㊂该团队利用微米级深坑来制作直径相对较大的微柱(此处为20~30m )㊂这些凹坑使微柱明显长于发射端和接收端之间的公称间隙间距,从而使寄生传导对总热效率的贡献最小㊂这些微柱将发射器和接收器分开,在几微米深的凹坑内,将微柱高度扩展到几微米,同时保持间隙间距在100~1000n m 范围内,从而实现了在间隙小于110n m 的宏观平面上测量掺杂硅的近场热辐射传热㊂通过实验该团队测试得到的最大近场热辐射超过黑体极限约28.5倍㊂该实验装置是实现近场热辐射传热在能量转换和热管理方面潜在应用的关键,同时该实验首次实现了在横向尺寸均超过1m m 的宏观表面进行纳米级间隙间隔成像的测试㊂用深亚波长距离分离的物体之间的辐射传热可以超过传统的热辐射定律,因此一些理想的装置需要依赖于深亚波长区域(即距离小于150n m )的平行结构之间的辐射传热以及它们之间的高温梯度㊂而这些装置在此之前都没有在实验中得到呈现㊂美国康奈尔大学的R a ph -a e l S t -G e l a i s 团队[17]利用高精度微电子机械位移控制装置,采用数值模拟和实验测量相结合的方法研究了深亚波长平行纳米结构间的近场辐射传热㊂实验中,由于高拉伸应力下高机械稳定性结构使热屈曲效应最小,实现了在大热梯度下小距离的分离,并且保证了实验中两个表面完全平行,最终实现了在冷热表面之间距离仅为100n m 的高温梯度(260K )下对近场辐射传热的研究㊂得到的实验结果与前期模拟结果一致,误差在合理范围内㊂此实验首次证明了在深亚波长和高温梯度下平行物体之间的近场辐射传热㊂这种纳米尺度的实验方法为近场热辐射的应用如近场热光伏研究提供了一种新思路㊂美国密歇根大学机械工程系S o n g B 等人[18]为了对薄膜厚度范围内的近场辐射传热进行实验研究,开发了一个含有分辨率大约100p W 热流计的实验平台,该平台能够定量研究从球形热表面(发射器)到接收平面的间隙大小相关的热流,并且可以将球形发射器与接收平面之间的间隙尺寸精确控制在20n m~10m 范围内㊂发射装置由一个悬浮的硅基区域组成,在该区域上附着一个直径为53m 的二氧化硅球体㊂接收平面由氮化硅制成,平面悬浮区域覆盖不同厚度(50n m~3m )的层,沉积在100n m 厚的金膜上㊂该团队对发射器和接收器之间的接触进行光学监测,实验上证明了当热表面和冷表面间隔的厚度与薄膜介质材料的厚度(50~100n m )相当时,近场辐射传热会受到介质薄膜的显著影响,近场辐射会急剧增加㊂这些研究对于优化未来纳米尺度器件的热管理以及实现近场光刻和热光电是至关重要的㊂在过去的一些近场热辐射传热实验中,虽然实验的进展使人们能够在20~30n m 的间隙中阐明近场辐射传热[15],但是在极近场(小于10n m )的定量分析受到实验条件的极大限制㊂此外,开创性测量的结果与理论预测的数量级不同㊂美国密歇根大学K y e o n gt a eK i m 团队[19]创造性地利用具有嵌入金--铬热电偶的高灵敏度定制探针(装置如图2所示)即扫描热显微镜探针,在测量这些间隙上微小热流的同时,实现了稳定地保持这些间隙的存在,从而使在极近场(小于10n m )的间隙进行辐射传热实验成为可能㊂该团队结合能周期性调温的新型微纳器件,最终实现了间距仅为2n m 的辐射传热测量㊂实验中,该团队在扫描探针和微纳器件上沉积了合适的金属或介电层,从而能够直接研究硅--硅㊁氮化硅--氮化硅和金--金表面之间的近场辐射㊂研究发现,不同材料组合之间的极近场热辐射有差异,计算结果提供了明确的证据,波动电动力学准确地描述了极近场热辐射㊂该团队的结果建立在极近场热辐射和近场辐射传热建模中的光动力学的基础上,为电介质和金属表面之间的近场辐射换热的增强首次提供了实验证据㊂2.2 组合超材料的近场辐射实验研究石墨烯具有较大的平面导热系数,常被用作纳米器件的热管理材料㊂同时,石墨烯具有较强的将入射光转化为电热的能力,可用于产生光电流的热电子,在数据通信和光采集等领域有广泛的应用㊂因此,理解并最终控制石墨烯--范德瓦尔斯异质结构中的热场至关重要㊂图2密歇根大学K y e o n g t a eK i m 团队的实验装置示意图石墨烯由层状材料(如六方氮化硼)包裹得到的材料可能极大地改善电子和光电器件的性能㊂巴塞罗那科学与技术研究所的K l a a s -J a nT i e l r o o i j 团队[20]利用随时间变化的光电流测量方法,发现了一个有效的平面外能量传输通道㊂在这个通道中,石墨烯中的载流子与层状材料中的双曲线极化声子耦合,这种双曲形的冷却对于六方氮化硼非常有效,冷却时间可达到皮秒级㊂这是因为氮化硼中的高动量双曲极化声子促使近场能量发生了转移㊂该团队通过改变载流子密度和晶格温度研究了这种传热机理,发现在不需要调节任何参数的情况下,这种传热机理与理论非常吻合㊂这些研究解决了六方氮化硼器件体系结构中的平面外传热问题㊂此外,该团队预测使用其他分层介质(如M o S 2)也可以显著降低冷却速度㊂这项研究中的热石墨烯载流子与声子之间的近场耦合可能为纳米光子学㊁超高分辨率光镜和纳米热管理等领域的新方法铺平道路㊂对石墨烯和碳纳米管的显著热传输特性进行研究有利于解决集成电路的高性能冷却解决方案㊂共价键合石墨烯--碳纳米管(G --C N T )复合结构(见图3)是最近合成的一种结构,人们发现这种结构可以显著提高导热系数,同时增大表面接触面,能够更有效地传热㊂同济大学的C h e n J 团队[21]将G --C N T 浸入水中,通过固液相互作用建立额外的散热路径,从而在最高可达104W /c m -2的恒定功率下实现热表面的持续冷却,数据图如图4所示㊂图3同济大学C h e n J i e团队实验用的石墨烯--碳纳米管复合结构的示意图图4同济大学C h e n J i e 团队的实验数据图经研究可知,在该功率密度下持续加热可以使晶片的表面温度在1n s 内增加60K ,而当水中浸入G --C N T 结构时,在同样条件下,晶片表面的温度能保持不变㊂这些结果表明,G --C N T 混合浸入水中是一种解决高温高热流面的超快冷却方案㊂综上所述,该团队通过瞬态非平衡分子动力学模型模拟证明了G --C N T 混合材料是一种很有前途的高性能冷却应用㊂与单个碳纳米管相比,G --C N T 杂化具有独特的优势,通过碳纳米管阵列将散热能力并行化,同时提供一个平面接触面积,降低接触热阻,从而显著加快冷却过程㊂法国巴黎大学的W e iY 等人[22]利用复合输运和噪声测温,证明了在六方氮化硼晶体管上的双层石墨烯具有显著的热性能,以威德曼--弗朗兹定律传导和六方氮化硼双曲声子极化子发射为主㊂在高偏置条件下,通过降低补偿载流子的密度和Z e n e r -K l e i n 隧道效应,六方氮化硼晶体管上具有局部栅的双层石墨烯被驱动到几乎完美的电流饱和状态㊂该团队揭示了一种新的非平衡双曲声子极化子的发射过程,该过程屈服于在高掺杂下观察到的温度稳定状态㊂这种高迁移开辟了许多前景:在应用方面,它为射频功率放大和纳米器件冷却通路的设计等方面提供了一个有前途的平台;在基础科学方面,它开辟了隧道过程中产生的非平衡载流子的冷却通道研究,促进了石墨烯作为非平衡双曲声子极化子光学专用光源的发展㊂3基于近场辐射热传导应用的研究最近几年的研究已经可以证明各种复合材料对近场热辐射的影响㊂2016年,朱克勇等人[9]通过研究证明了在近场热辐射穿透深度方面双曲材料更有优势,这使双曲材料能够更广泛更深层次地应用于热光伏和辐射制冷等领域㊂斯坦福大学金兹顿实验室的Z h a oB 团队[23]分析了一种近场系统,该系统由等离子发射体(氧化铟锡)和窄带隙光伏电池(I n A s )组成,在深亚波长的范围有较高和较大的余热回收能量密度㊂该团队发现,该系统在900K 温度时的发电效率高达40%,功率密度为11W/c m2㊂随后,该团队利用薄膜中的热激等离子体共振,将铂层覆盖到窄带隙光伏电池表面,又将功率密度提高至31W /c m2㊂这项工作有利于深层次理解在小间隙距离(小于10n m )中表面等离子体极化声子在热传递中的主导作用,该研究还证明了使用近场热泵在废热回收应用的巨大潜力㊂该团队还基于近场热辐射研究了光子系统[24],此系统由热源侧的发光二极管(L i gh t -E m i t t i n g Di o d e ,L E D )和远离热源侧的光伏电池组成(见图5)㊂光伏电池产生的部分电能被图5斯坦福大学的Z h a oB o团队设计的光子系统示意图用来驱动L E D㊂该研究表明了利用光子方法进行废热回收的巨大潜力,在近场情况下,该系统的效率和功率密度显著超过现有的热固相方法㊂当间隙间距为10n m时,将热侧温度设置为600K,将冷侧温度设置为300K,所产生的电能密度和热电转换效率分别可以达到9.6%和9.8%㊂4结束语纳米技术的发展使当前各类电子器件的结构尺寸越来越小,各类集成电路体积也越来越小,基于近场热辐射的研究解决传热散热问题就显得越发重要㊂本文通过总结近几年关于近场热辐射传热的研究,展示了最新的关于近场热辐射的数值模拟和实验测量方法与成果㊂到目前为止,更小距离下的近场热辐射传热的数值模拟和实验测量依旧是该领域的重要研究课题㊂随着微机电系统与计算机技术的进步,探针的制造工艺得到巨大提升,众多科研工作者逐步实现了更小距离的近场热辐射测量,目前实验测量极近场距离(小于10n m)的热辐射已经实现㊂虽然近场热辐射的理论研究已被越来越多的实验证实,但由于实验设备设计制造困难,此类实验的实验成本较高而且实验条件难实现,以至于很多理论模拟结果没办法得到验证㊂另一方面,实验中测量间距不易控制,实验产生的信号微弱,不易接收,依旧是阻碍实验成功实现的重要因素㊂通过设计实验实现理论模拟所提出的结构,将实验得到的数据和理论结果相结合,是下一步要研究的重点㊂参考文献[1]R y t o vS M.T h e o r y o fE l e c t r i c a lF u c t u a t i o n s a n dT h e r m a lR a d i a t i o n[M].M o s c o w:A c a d e m y o fS c i e n c e sP r e s s,1958.[2]N o v o s e l o vKS,G e i m A K,M o r o z o vSV,e t a l.E l e c t r i cF i e l d E f f e c ti n A t o m i c a l l y T h i n C a r b o nF i l m s[J].S c i e n c e,2004,306:666--669.[3]N o v o s e l o vKS,F a l'k oVI,C o l o m b oL,e t a l.AR o a d m a p f o rG r a p h e n e[J].N a t u r e,2012,490: 192--200.[4]张春,曾志刚,杨艳,等.近场热辐射研究的最新进展[J].红外,2010,31(12):1--6.[5]吴昊.钨与掺杂硅平板间的近场辐射换热研究[D].武汉:华中科技大学,2015.[6]宋志鑫.V O2薄膜结构的热辐射特性研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2015.[7]张宇鹏.S i C--真空多层膜结构的近场热传输特性[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2012. [8]吴会海,黄勇,朱克勇.手性超材料和双曲超材料近场热辐射研究[J].工程热物理学报, 2016,37(3):597--601.[9]朱克勇,黄勇,吴会海.双曲超材料近场热辐射穿透深度研究[J].工程热物理学报,2016,37(11):2393--2396.[10]白阳.电磁超材料红外热辐射和近场热传输特性[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2015. [11]刘伟,黄勇,吴会海.石墨烯--六方氮化硼异质结构近场热辐射研究[J].工程热物理学报, 2017,38(12):2665--2669.[12]尹格.石墨烯表面等离激元及其在近场热辐射中的应用研究[D].杭州:浙江大学,2017.[13]赵启梅.石墨烯等离激元在近场辐射热传输中的作用研究[D].南昌:南昌大学,2018. [14]周婷.基于石墨烯的多表面耦合的近场热辐射研究[D].南昌:南昌大学,2018. [15]冯冲,唐祯安,余隽.近场热辐射实验测量方法的进展[J].材料导报,2013,27(5):55--60.[16]D e s u t t e r J,T a n g L,M a t h i e uF.N e a r-f i e l dR a d i a-t i v eH e a tT r a n s f e rD e v i c e s[J].I nP r e s s. [17]S t-G e l a i sR,Z h uLX,F a n SH,e t a l.N e a r-f i e l d。

学 报Journal of China Pharmaceutical University 2023，54（6）：653 - 661653质谱成像技术前沿进展及其在药物研究中的应用王颂凯1，2，邹宇琛1，2，孙士鹏1，2，闫郅烨1，2，汤维维1，2，李萍1，2*，李彬1，2**（1中国药科大学多靶标天然药物全国重点实验室，南京 211198；2中国药科大学中药学院，南京 211198）摘 要 质谱成像（MSI）作为一种无标记的分子成像技术，弥补了传统液质联用等分析技术空间分辨能力的不足，已被广泛应用于小分子代谢物、脂质、多肽及蛋白质的组织分布研究。

随着MSI技术灵敏度和空间分辨率的不断提高，该技术在精确定位药物组织分布、可视化药物代谢过程、追踪药物递送等研究领域备受关注，为药物临床前研究提供了新技术和新方法。

本文介绍了多种常见MSI技术的基本原理、技术关键参数、技术优势与不足，重点综述了近年来MSI技术在药物有效性及安全性评价、药物组织分布研究、药物递送、中药分析等领域的应用，以期拓展MSI技术在药物研发中的应用，推动药物研发进程。

关键词质谱成像；组织分布；药物临床前研究；药物递送；药物分析；中药分析中图分类号O657 文献标志码 A 文章编号1000 -5048（2023）06 -0653 -09doi：10.11665/j.issn.1000 -5048.2023091901引用本文王颂凯，邹宇琛，孙士鹏，等.质谱成像技术前沿进展及其在药物研究中的应用［J］.中国药科大学学报，2023，54（6）：653–661.Cite this article as：WANG Songkai，ZOU Yuchen，SUN Shipeng，et al. Recent advances in mass spectrometry imaging and its application in drug research［J］.J China Pharm Univ，2023，54（6）：653–661.Recent advances in mass spectrometry imaging and its application in drug researchWANG Songkai1,2, ZOU Yuchen1,2, SUN Shipeng1,2, YAN Zhiye1,2, TANG Weiwei1,2, LI Ping1,2*, LI Bin1,2**1State Key Laboratory of Natural Medicines, China Pharmaceutical University, Nanjing 211198;2School of Traditional Chinese Pharmacy, China Pharmaceutical University, Nanjing 211198,ChinaAbstract Mass spectrometry imaging (MSI), a label-free molecular imaging technique, has been applied widely in the spatial localization of small molecule metabolites, lipids, peptides, and proteins, with its unique advantage of high spatial resolving power compared to traditional liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS).With the nonstop advancement of its achievable sensitivity and spatial resolution, MSI technique has been providing novel perspectives into the preclinical studies of drugs, such as in vivo localization of drugs and their metabolites, visualization of drug metabolism, and drug delivery tracking.This review introduces the basics of MSI tech⁃niques, including basic principles, key features, technical advantages, and limitations, with particular highlight of the recent applications of MSI in drug efficacy and safety evaluation, drug distribution research, drug delivery research, and analysis of Chinese medicine from recent publications, aiming to promote the utilization and further expansion of MSI in the research and development of drugs.Key words mass spectrometry imaging; tissue distribution; preclinical drug research; drug delivery; pharma⁃ceutical analysis; analysis of Chinese medicineThis study was supported by the National Natural Science Foundation of China (No.82374028)收稿日期2023-09-19 通信作者*Tel：************E-mail：liping2004@**Tel：************E-mail：binli@基金项目国家自然科学基金资助项目（No.82374028）学 报 Journal of China Pharmaceutical University 2023，54（6）：653 - 661第54 卷药物效应的强弱主要取决于药物分子与靶点的结合强度以及机体对药物的处置。

纳米光学成像技术的研究进展随着科技的不断发展，纳米光学成像技术已经成为了当今领先的能够展示分子级别物质结构的技术。

它在过去几年里已经得到了巨大的改进，并越来越多地应用于各种领域，如生物医学、光电子学、材料科学等等。

本文将介绍纳米光学成像技术的研究进展及其应用。

一、纳米光学成像技术概述纳米光学成像技术依赖于在纳米尺度下所发生的光学效应，它可以以超高空间分辨率成像，使得我们能够拥有从上而下的视角观察物质结构。

通常，纳米光学成像技术使用局部场增强、近场光谱学、散射、荧光和拉曼光谱等多种技术来完成超小尺寸下的成像。

这种成像技术在提供超越常规成像的分辨率的同时，也大大提高了对特定表面上分子的识别的能力，以及更好的量化物质结构的能力。

二、纳米光学成像技术的研究进展现代纳米光学成像技术的研究始于20世纪的末期。

那时，科学家们试图使用局部场增强来成像进行分辨率更高的显微镜。

此后，随着一系列高分辨率成像技术的开发和成熟，纳米成像的能力得到了显著提升。

下面我们分别介绍一些最近的一些研究进展：1. 透射真空近场显微镜该技术基于透射现象，通过在探测器和物体之间放置一个尖端探测器和一个去噪光学器件，实现了透射电子显微镜在空间分辨率方面的突破。

该技术的空间分辨率在水平方向下可达0.5纳米左右，具有显著提高的图像分辨率和信噪比，被广泛应用于纳米材料和分子研究领域。

2. 原子力显微镜纳米荧光成像原子力显微镜的近场扫描电镜与单分子荧光成像相结合，使其成为了一种有效的高分辨率成像技术。

将纳米手臂插入原子力显微镜中，减小了探测器与样品之间的距离并提高样品位置的精确度。

这意味着可以使用更少的荧光粒子，获得更高的空间分辨率。

该技术可以应用于单个蛋白质、DNA和其他有组织的分子的研究。

3. 泵浦探针显微镜该技术是实现超分辨成像的关键，它结合了光谱学、非线性光学和荧光显微镜的操作，并通过过去瓶颈来获得高分辨率图像。

在该技术中，泵浦光学键荧光分子激发，它们再通过一个叫做探测光学的技术抓取。