6Cerenkov探测器_08
二氧化硅气凝胶的研究现状与应用(综述)
学 年 论 文题目： SiO 2气凝胶的研究现状与应用学 生： 房斯曼学 号： 200902010204院 （系）：材料科学与工程学院专 业： 材 料 化 学指导教师： 李 翠 艳2012年 6 月 1 日SiO2气凝胶的研究现状与应用材化092 班###指导老师：李##(陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021）摘要:本文从二氧化硅的研究历史和现状出发，从制备方法、干燥工艺、性能与应用领域等方面综述了二氧化硅气凝胶的研究进展，并对二氧化硅气凝胶的发展前景进行了展望。
关键词:二氧化硅气凝胶，制备，干燥，应用Current Research and Applications of SilicaAbstract: The article reviewed the latest development and the history of the research of silica aerogel, summarized the progress of the silica aerogel research in the aspects of preparation methods, drying technologies, properties and current application. And the article also looks forward to the development prospect of silica aerogel.Keywords: silica aerogel, preparation, drying, application0 前言二氧化硅气凝胶是在保持胶体骨架结构完整的情况下，将胶体内溶剂干燥后的产物,它问世于1931年，美国科学家首先由斯坦福大学的S．S．Kistler制得了二氧化硅气凝胶。
1966年J．B．Peri利用硅酯经一步溶胶—凝胶法制备出氧化硅气凝胶，从而使材料的密度更低，进一步推动了气凝胶研究的进展。
柯雷核辐射仪900+产品说明书12页word文档
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德国柯雷技术有限公司（Coliy Technology GmbH）创立于1995年，最初专门为水分制作传感器和分析仪。公司位于德国的北威州首府杜塞尔多夫市的莱茵河畔。
左图为德国总部
德国柯雷技术有限公司位于德国的北威州首府杜塞尔多夫市。北威州是德国技术最发达的州，著名的鲁尔区中，技术企业比比皆是。
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脉冲剂量率：0-30,000cpm，0-5,000cps
辐射剂量累计值：0.001μSv – 999999Sv
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灵敏度
1μSv/h的Co-60射线环境下，108个脉冲或1000 cpm/mR/hr
阿尔法射线-从4.0兆伏特
贝塔射线-从0.2兆伏特
伽玛射线-从0.02兆伏特
硅气凝胶的研究进展
第30卷第1期长春理工大学学报Vo l 130No 112007年3月J ou rnal of Changchun Un i versit y of Science and T echnologyMa r .2007收稿日期:2006-06-12基金项目:中科院国家重点实验室基金项目(J96032GY)作者简介:高秀霞(1956-),女,副教授;主要从事化学教学与科研工作,E-m ai:l zj w1095@s i na 1co m通讯作者:朱果逸(1944-),男,研究员,博士生导师;从事分析化学及应用基础材料科研工作,E-m ai:l z huguoy@i ci ac 1jl 1cn硅气凝胶的研究进展高秀霞1,张伟娜1,任敏2,朱果逸2(11长春理工大学 化学与环境工程学院,长春 13002221中国科学院长春应用化学研究所 电分析化学国家重点实验室,长春 130022)摘 要:目前硅气凝胶是世界上最轻、隔热性最好、孔隙率较高且声传播速率较低的固体材料,由于其特殊的网络结构使其具有很多独特的性能。
本文从其研究历史及现状出发,对其性能以及在不同方面的应用和制备原理进行了综述,并对其广阔的发展前景进行了展望。
关键词:硅气凝胶;溶胶-凝胶法;超临界干燥技术中图分类号:TQ 171177 文献标识码:A文章编号:1672-9870(2007)01-0086-06Progress in t he Study of Silica AerogelsGAO X i u x i a 1,Z HANG W eina 1,REN M in 2,ZHU Guoy i2(11School of che m istry and Environmen t al E ngineer i ng,Changchun Un i ver sit y of Science and T echnology,Chang chun 130022;21St ateK e y Laboratory of Electroanal y tical Che m ist ry ,Changchun Instit ute of Appli ed Che m istry ,Chi nese Acade my of Sci ences ,Chan gchun 130022)Abst ract :Presently ,silica aeroge ls are the li g htest so lid m ateria lw hich have the best property i n ther m a l i n su lation and have the h i g her porosity ,the l o w er sound ve l o c ities in the w orld .The silica aeroge ls havem any un i q ue pr operties o w i n g to the ir special structure .Th is paper began fr o m the h istory and the study no w adays of sili c a aerogels ,then the ir properti e s ,the ir application i n different aspects and their prepared princi p le were summ arized and the ir prospect o f deve l o p m ent had been proposed .K ey w ords :silica aeroge ls ;so l-ge lm ethod ;supercritica l drying technology 硅气凝胶是一种分散介质为气体的凝胶材料,是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的一种具有网络结构的纳米多孔性固套材料,其固体相和孔隙结构均为纳米量级。
负折射率材料特点及其应用
负折射率材料的特点及其应用背景自然界存在的介质都是折射率大于0的，我们常接触的材料的折射率多数都是大于1，在定性思维的误区下，人们认为介质的折射率都为正。
直到1968年，苏联物理学家维克托·韦谢拉戈（Victor Veselago）【1】提出了负折射率的理论。
由于韦谢拉戈的这一设想完全颠覆了人们所认知的光学世界，它能够使光波看起来如同倒流一般，在许多现象描述上完全背离常规，所以在相当长的时间内都不被人们认可，这种荒诞的想法没有必要去研究证明。
Veselago为了证明自己的观点开始苦苦寻求满足要求的物质，但是他失败了。
没有充足的证据证明他的猜想，渐渐地就被人们淡忘了。
19966年~1999年，英国的Pendry从理论上提出了一种由开路谐振金属环构成，具有等效的负介电常数和负磁导率的三维周期结构，【2】~【3】这一发现理论上证明了负折射率材料的可存在性，使Veselago的猜想重新摆在了人们面前。
不久，美国的Smith等在2000年金属丝板和SRR板有规律地排列在一起，制作了世界上第一块等效介电常数和等效磁导率同时为负数的介质，从实验上验证了负折射率的存在。
【4】~【5】他们研制出了相应的器件，负折射率材料由此进入了实质性研究的阶段。
2001年，Shelby等人首次在实验上证实了当电磁波斜入射到左手材料与右手材料的分界面时，折射波的方向与入射波的方向在分界面法线的同侧。
【6】图1.负折射率的超材料近年来，负折射率材料的研究愈发成为科学界的热点，这要应用于军事、航天等高端领域，起因了国内外众多研究者的注意，涉及电磁波、光电子学、材料学等方面。
随着对负折射率材料的研究，又掀起了一阵对新兴领域的发展，即超颖材料（Metamaterials ）。
超颖材料不只包含负折射率材料，也包含单负材料，人工超低折射率材料和超高折射率材料等。
【7】正如折射率材料的提出一样，超颖材料的重要意义不仅体现在所研制出的几种人工材料，也体现在了一种全新的思维方法。
二氧化硅气凝胶光学用途
二氧化硅气凝胶光学用途
二氧化硅气凝胶在光学领域的应用主要体现在其独特的纳米多孔结构带来的透光率和反射光损失特性。
由于二氧化硅气凝胶的平均自由程较长，在可见光范围内具有良好的透光率，因此可以用作透光材料。
例如，在Cerenkov探测器中引入二氧化硅气凝胶，可以用来确定高能粒子的电荷、质量和能量。
此外，二氧化硅气凝胶还可以制备出光学减反膜，这种膜可以应用于高功率激光系统光学元件、显示器件以及太阳能电池保护玻璃等领域。
总的来说，二氧化硅气凝胶因其优异的光学性能，在光学领域的应用广泛，建议查阅专业文献获取更多相关信息。
光电倍增管应用
光电倍增管（PMT）研究进展及应用光电倍增管技术的进展图1 滨松生产的PMT近些年得到广泛应用的MCP-PMT（Microchannel Plate Photomultiplier），金属封装PMT，多通道PMT代表了光电倍增管的最新研究进展：1.高量子效率，高灵敏度，高响应速度，探测波长向红外延伸。
某些型号PMT光谱响应范围可延伸置1200nm。
2.采用金属封装，多通道结构，提高有效光电面积。
已有的平板型PMT，其有效光电面积可达89％。
3.采用平板化、多阳极技术，可以小型化，具有二维高分辨率。
已有的10×10道阳极， 44的MCP-PMT厚度仅有14.8mm。
4.努力降低暗电流和自身噪声，减少放射性物质。
暗电流最小可达0.5nA，自身噪声可减置5cm sec。
个暗计数/25.将电子管真空技术与半导体技术，微细加工技术，电子轨道技术和周边电路技术相结合。
HPD(Hybrid Photo Detector)就是一种结合了电子管真空技术与半导体技术的复合器件。
光电转换后的电子经过电场加速,直接照射在CCD或APD上,引起“电子入射倍增效应”。
6.使用简单化，价格降低。
光电倍增管的应用领域光电倍增管的应用领域非常广泛，主要分为以下十几种：光谱学：紫外/可见/近红外分光光度计，原子吸收分光光度计，发光分光光度计，荧光分光光度计，拉曼分光光度计，其他液相或气相色谱如X光衍射仪、X光荧光分析和电子显微镜等。
质量光谱学与固体表面分析：固体表面分析，这种技术在半导体工业领域被用于半导体的检查中，如缺陷、表面分析、吸附等。
电子、离子、X射线一般采用电子倍增器或MCP来测定。
环境监测：尘埃粒子计数器，浊度计，NOX、SOX 检测。
生物技术：细胞分类计数和用于对细胞、化学物质进行解析的荧光计。
医疗应用：γ相机，正电子CT，液体闪烁计数，血液、尿液检查，用同位素、酶、荧光、化学发光、生物发光物质等标定的抗原体的定量测定。
宇宙线探测实验数据分析-IHEP
宇宙线探测实验数据分析1陈松战chensz@中科院高能物理研究所9月10-14日“粒子物理数据分析基础和前沿研讨会”@IHEP内容一、宇宙线入门宇宙线基本知识宇宙线研究的物理问题 EAS 及其探测中国宇宙线实验发展历史小结二、EAS 阵列宇宙线数据分析基础实验数据的仿真模拟 实验数据的刻度 数据的重建 成分鉴别数据质量监测（月影与标准烛光Crab ）小结2三、天体源相关数据分析几个坐标系 背景估计 天图分析显著性估计伽马/质子鉴别品质因子 流强估计能谱拟合 小结四、几个物理分析实例GRB 的寻找 全天区扫描 扩展源分析 AGN 的监测宇宙线各向异性分析 日地空间磁场的测量 小结总结一、宇宙线入门3宇宙线基本知识宇宙线研究的物理问题EAS及其探测中国宇宙线实验发展历史1.1 宇宙线基本知识41912年﹐奥地利物理学家Hess乘坐气球五千米高空发现空气电离率升高，说明由地球外辐射（宇宙线）引起。
HESS result宇宙线的发现（1912）5宇宙线全粒子能谱宇宙线的能量从109到1021eV，跨越10多个量级，呈现一个简单的幂律形式，这表明其非热谱性质。
宇宙线：主要为核子，约87%质子，12%α粒子（氦核子），少量锂﹑铍﹑硼、碳﹑氮﹑氧等原子核﹐以及电子、γ射线和中微子。
气球和卫星实验EAS实验LHC6宇宙线能谱全粒子谱几个显著特征：4x1015eV ‘膝’4x1017eV ‘第二膝’1019eV ‘踝’1020 eV ‘GZK 截断’GZK膝踝1.2 宇宙线相关的物理问题7早期在基本粒子方面成果：正电子（1933）、µ子（1937）、π介子（1947）、K介子（1948）、Λ（1951）、Ξ重子（1952）和∑（1953）等。
现在研究内容转向天体物理，主要围绕三个基本问题：起源：宇宙线起源于何处？河内or河外？超新星？AGN？GRB？加速：宇宙线是如何被加速的？传播：星系间介质作用？星际磁场作用？与EBL，CMB作用？宇宙线的起源8宇宙线的起源是所有问题的核心，被称为“世纪之谜”。
硅气凝胶研究进展
硅气凝胶是一种分散介质为气体的凝胶材料, 是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的一种具 有网络结构的纳米多孔性固套材料, 其固体相和孔 隙结构均为纳米量级。因为其独特的结构和性质使 其在很多领域表现出很好的应用价值。
硅气凝胶问世于 1931年 [ 1] , 首先由斯坦福大 学的 S. S. K istler制得了二 氧化硅气 凝胶。 1966 年 J. B. Per.i [ 2] 利用硅酯经一步溶胶 - 凝胶法制 备出氧化硅气凝胶, 从而使材料的密度更低, 进一 步推动了气凝胶研究的进展。
第 30卷第 1期 2 0 0 7年 3月
长春理工大学学报
Jou rnal of Changchun U n iversity of Science and T echnology
Vo l130 No11 Ma r. 2 0 0 7
硅气凝胶的研究进展
高秀霞1, 张伟娜 1, 任敏 2, 朱果逸 2
( 11 长春理工大学 化学与环境工程学 院, 长春 130022 21 中国科学院长春应用化学研 究所 电分析化学国家重点实验室, 长春 130022)
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2013-7-13
折射率n 1.67 1.73 1.75 2.2
密度 (g/cm3) 4.08 4.70 7.8 7.0
辐射长度X0 (cm) 2.54 2.10 0.95 0.94
临界能量Ec (MeV) 15
阈值 1.25 1.23
10.0 8.8
• 设在单位长度辐射体上辐射出波长在1和2之间的光子数 为N，假设在该波段范围内折射率与波长无关
dW dl dW dl 4z 2e2 2 2 d 4z 2e2 sin 2 1 1 N 1 sin 2 h hc hc hc 1 2
max cos 1
1 n
（4）最大辐射角 （5）辐射光谱是从紫外光到可见光的连续谱。 （6）发光时间短10－9－10－11秒。 （7）平面偏振光。
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常用Cherenkov介质的特性
介质 氢 氦 二氧化碳 气凝硅胶 水 有机玻璃 铅玻璃 折射率 n 1.000140 1.000035 1.000410 1.02 1.33 1.49 1.76 最大辐射角 max 0°57’ 0°29’ 1°38’ 11°22’ 41°15’ 47°51’ 55°23’ N(光子数/cm) 0.13 0.03 0.40 19.0 213 269 332
荧光
与粒子运动形式无关
荧光物质 各向同性 10-7－10-9 s
平面偏振光
弱 紫外到可见光,连续光谱 介质极化退极化辐射
偏振光
最强 X射线
非偏振光
约大于切伦科夫光100倍 可见光,线光谱或带光谱
相干叠加
快速带电粒子速度 变化辐射
闪烁体原子激化退激 化辐射
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13
一、辐射体
第六章 切伦科夫探测器
§6-1 切伦科夫辐射的原理 §6-2 切伦科夫辐射的产生和收集 §6-3 切伦科夫探测器的分类和应用
§6-1 切伦科夫辐射的原理
一、切伦科夫辐射的描述
• Cherenkov Radiation：匀速带电粒子穿过均匀透明介质， 当其速度超过光在该介质中的相速度c/n时，粒子将发射 辐射，称为Cherenkov辐射。 Cherenkov辐射的阈特性、方向性是和入射粒子的速度 密切相关的。 产生和记录Cherenkov辐射的装置称为Cherenkov探测器。
§6-2 切伦科夫辐射的产生和收集
•可以是气体、液体和固体，应根据不同的用途选择不同的辐射体。 1、全吸收簇射计数器的辐射体 高能电子或射线射入介质后，发生电磁簇射。簇射纵向扩展大，横向扩 展小。能量超过阈能的电子就会产生Cerenkev辐射。 要求： 辐射长度X0小，总尺寸小，足以包容全部簇射，LmaxLnE； 没有闪烁荧光；折射率n大，平均光产额N多，能量分辨好； 透明度好，特别是透紫性能好，以收集更多的光子。
2 m12 m2 tg d 2 p2
动量相同质量不同的粒子，m1>m2，~1
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几种粒子对的速度差与粒子动量的关系
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中国科大 汪晓莲
16
一些粒子的质量差
粒子 m1 E K P
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质量差 (GeV) m2 K P
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2）利用Cherenkov辐射的
方向性，采用各种反射 镜收集，球面镜光学像 差最小，采用最多。 • 球面镜起聚焦作用。 Cherenkov辐射经球面镜 反射后，在球面镜焦平 面上形成光环，其半径：
R r f tg tg 2
R为球面镜半径， f为球面镜焦距。
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四、切伦科夫辐射与韧致辐射及荧光的差别
切伦科夫辐射 产生条件 辐射体 辐射角 发光时间 偏振性质 光强 辐射光谱 产生机制 V>c/n,匀速
均匀透明，只与n有关 ＝cos-1(1/n),E大, 大 10-9－10-11 s
韧致辐射
加速度越大辐射越强
与原子序数Z2成正比 <>mc2/E,E大小 ——
不同折射率辐射角与粒子速度的关系
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2）粒子携带的信息
• 若已知粒子质量m，则有： p m T m 1
dp 2 d p E m dE 2 d E
dT d 1 T
• 若已知粒子动量p，可根据粒子速度确定粒子质量，即 分辨粒子。对粒子的分辨能力为：
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2 m12 m2
0.0112 0.0088 0.224 0.636 0.553 0.312 1.051
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速度选择器对辐射体的要求
• 对一定速度的粒子，为了达到所要求的角。 必须选择适当折射率的辐射体。 • 固体和液体的折射率大，角大，速度分辨率 差，高能粒子常选用气体。 • 气体折射率可通过调节气压来改变 n 1 n0 1 p • 要求色散小，即折射率随波长变化小，以提高 速度分辨率。 • 液体固体最小折射率和气体最大折射率之间由 一段间隔，后来被气凝硅胶所填补。 n 1 (0.21 0.02) 改变配料成分，就可调节折 射率。
1.22 1.12
14
TlCl
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2）速度选择器的辐射体
• 速度选择器工作原理：带电粒子在介质中
产生方向的Cerenkov辐射，以一定的接受角 记录方向上的辐射，已知介质折射率，就 可测定粒子速度。 1
cos n
• 速度分辨率：能分辨两种粒子的最小速度差。
1 cos n d sin d n 2 d
c sin 1
1 n cos1 1 1 sin 1 n n cos2 1 n2 2 sin 2 1 n2
cos 2 sin 2
1 1 2 1 n2 2 n
1 1 0 2 n2 1 n 1
• 发生全反射和不发生全反射时，透过介 质的辐射强度有很大变化，在侧面记录 多次全反射，即记录>0的粒子。 • 已知，对折射率n而言，发生全反射的 条件： 1 2
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• 球面镜一般是镀铝的。因为铝对紫外光有很高的 反射率。再覆盖适当厚度的MgF2保护层以增强镜 面的反射率。 • 把曲率半径较小的
球面镜斜放，可在 气体容器壁附近形 成半径相当小的环 像便于光子探测器
记录。
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• 利用Cherenkov全反射选择一定速度的 粒子。全反射条件：
n 1 2
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三、Cherenkov辐射的记录
• 感光胶片：由光环半径r定出角，粒子
r L tg dr L sec 2 d dr L sec 2 d d r L tg sin cos 1 d cos tg d n dr 1 d r sin 2
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不同折射率辐射强度与粒子速度的关系
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切伦科夫辐射的特点
（1）切伦科夫辐射角
（2）阈速度
（3）阈动能
1 cos n
1
v c
1 T＝ n
n ET＝E0 2 1 1/ 2 (n 1)
dm 2 d m
• 对动量相同质量不同的粒子的速度差（ ~1）为：
m m
1
2 2 m1 m2
2
2p
2
m1 m2
6
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3）切伦科夫辐射光谱及光子密度分布
• 弗兰克（Frank）和塔姆（Tamm）理论计算，电荷为z的 带电粒子在单位长度的介质中产生切伦科夫辐射的能量为：
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•
切伦科夫辐射产生的光子数很少，而且紫外光子数目较 多（根据公式，把灵敏波长从4000 Å延伸到2500 Å，则N 可以增加约2.4倍），所以切伦科夫探测器设计中要提高光 的传输和收集效率，光子探测器的响应尽可能的移向紫外。 • 增加辐射介质的长度，可以增加产生的光子数。 • 必须指出，由于介质色散的影响，扩大测量波长范围将会 由于色散而导致切伦科夫辐射角d／d增大，从而限制探 测器分辨率的提高。
1 1 1 2 2 sin 2 n 1 1 n2 2 d n =2c/是辐射频率，是波长，n>1是产生切伦科夫辐射的条件。 因为cos=1/n，所以
dW z 2 e 2 2 dl c
dW z 2e2 2c 2c 1 2 sin 2 d 4 2 z 2e2 sin 2 3 d n 1 dl c n 1
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• 因为
e2 1 4 0c 2hc 137
e2
2z 2 2 1 1 01，所以 N sin 137 1 2
• 估算： 如果z=1，取1=7000Å，2=4000Å，则光产额为：
2z 2 2 1 1 2 N sin 光子 / cm 490sin 137 4000 7000 对一个大气压的空气，n=1.00029，入射粒子的速度～1，代入上式， N=0.28光子/cm。若介质是n=1.5的有机玻璃，入射粒子的速度1， 代入上式也才有272光子/cm。只考虑可见光部分，设光子的平均波长 为5000Å,则平均能量为2.5eV,与N相对应的粒子在单位长度介质中所 辐射的能量为272×2.5eV=680eV/cm。切伦科夫辐射对粒子能损而言 是不重要的，例如，对速度～1的单电荷粒子，在气凝硅胶 （Aeroge1）中的切伦科夫辐射能损为～0.3KeV/cm（而粒子的电离 能损为～400KeV/cm）。对有机玻璃辐射介质，切伦科夫辐射能损 为～4KeV/cm（而电离能损为～2300KeV/cm）。