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光現象資源箱 型號：QWG1208 ? 實驗清單： 光在空氣中直線傳播實驗 面鏡成像觀察實驗 ? ? ? ? 透鏡成像觀察實驗 影子觀察實驗

含電路板、散裝元器件、制作說明書等

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原理介紹： 光在與微粒的相互作用中，會將自身攜帶的動量傳遞給微粒，對微粒施加力的作用。在光鑷中，處在激光中的粒子所受的力有兩種：一部分是電磁場分布不均勻導致的梯度力，梯度力將微粒吸引向光阱的中心；一部分是光子與粒子相互作用導致的散射。針對不同大小的粒子，大致可以分為三類： 一、微粒的尺度遠大于激光波長，可以采用幾何光學近似模型，光線在微粒經過折射反射，將動量傳遞至微粒上； 二、微粒尺度跟激光波長相近，這種情況下可以通過電磁場麥克斯韋方程組求解； 三、微粒尺度遠小于激光波長，微粒在光場中被激發為偶極子，受到偶極子與強聚焦光場的相互作用力； 相關內容： 動手調節光路，利用光鑷捕捉并操控小球； 基于空間光調制器的光鑷系統，通過研究不同算法從而得到加載在空間光調制器上的全息圖、更加深入地研究特殊模式光束在光學微操縱中的應用、拓展光鑷與其他學科交叉的應用前景以及對光場偏振態、相位、振幅的聯合調制等等。 應用領域： 作為非侵入型的力學操控系統，光鑷可以應用于細胞生物學、氣溶膠科學、物理化學等交叉學科的基礎研究，包括細胞微環境的改變、形變拉伸、微粒力學參數的測量等等。將全息光鑷與圖像識別結合，可以做到自動捕獲粒子和分揀， 將全息光鑷與光學顯微鏡相結合，可以量化細胞、分子的動力學特性，在細胞生物學中有巨大的研究空間； 方案介紹： 光路圖：   上圖為本方案全息光鑷裝置的光路示意圖。首先激光經過擴束后，直徑與空間光調制器有效區域的短邊直徑相等，擴束后的激光依次通過線偏振片、半波片和非偏振分光棱鏡。用半波片旋轉線偏光角度，使之工作在相位模式下，空間光調制器的入射角控制在在 5°以內。 經過空間光調制器反射的光經過由兩個傅里葉透鏡組成的縮束系統，該系統能改變光斑尺寸確保光束直徑與顯微物鏡的入瞳直徑匹配。對于外圍光強較弱的高斯光束，利用此縮束系統將激光直徑稍大于顯微物鏡入瞳直徑。 經過縮束系統的激光經過 45°直角反射鏡，二向色鏡將激光透射進入顯微物鏡，同時讓照明光源透過，從而使 CMOS 相機采集到樣品像。空間光調制器位于第一個傅里葉透鏡的焦距處，全息圖與物鏡入瞳是共軛像面，所以全息圖經過顯微物鏡做傅里葉變換后在顯微物鏡焦平面即樣品面上再現期望的光場分布。   特點： 此方案采用的開普勒式縮束系統透鏡間的焦平面與樣品面是共軛的，在透鏡焦平面加入高通濾波器或在空間光調制器上疊加閃耀光柵后，后續光學元件按照一級像排列，從而移去零級光的影響。 加載全息圖后 X-Y 位置可實時調整，快速疊加不同焦距菲涅爾相位圖、閃耀光柵相位圖等； 空間光調制器可供多種語言調用（labview、C、Python 等）；可編程實現不同數目、不同排列的光阱陣列；   配置標準：   序號 配置 規格 序號 配置 規格 1 激光光源 637nm 激光最大功率1w 4 顯微物鏡 PLN100× 油浸   NA 1.25 2 空間光調制器 1920*1080   2π 5 照明光源 波長470nm 功率760mw 3 CMOS相機 1280*1024 60FPS 6 相機筒鏡 f=200mm 等系列其他配置

2020年3月19日，《自然-通訊》（Nature Communications）雜志在線發表了北京師范大學地理科學學部何春陽教授團隊的最新研究成果，定量評估和揭示了中國空氣污染防控政策成效，指出中國依然需要在未來實施更強有力的空氣質量控制政策。該論文題為“中國需要進一步改善空氣質量以減少PM2.5污染導致的人口死亡（Stronger policy required to substantially reduce deaths from PM2.5 pollution in China）”。 PM2.5污染是指直徑小于2.5μm的細顆粒物散布在空氣中，進而影響人類福祉與健康的現象。聯合國可持續發展目標3.9明確指出，到2030年，需要實質性地減少危險化學品以及空氣、水和土壤污染導致的死亡和患病人數。根據全球疾病負擔項目最新的測算結果，中國每年有近一百萬人死于PM2.5污染。為了控制空氣污染及其負面影響，國務院于2013年施行了“大氣污染防治行動計劃”（以下簡稱“大氣十條”），計劃到2017年將城市中的PM2.5濃度降低10-25%。該計劃的整體投入約1.7萬億人民幣（約合2700億美元），覆蓋了中國三百多個地級行政區，橫跨能源、工業、交通、法律和法規等多個部門，是一項前所未有的空氣污染防治行動。2018年，中國生態環境部宣布該計劃設定的PM2.5濃度控制目標順利達成。然而，“大氣十條”相關的PM2.5污染防控所帶來的健康效益依然缺乏定論。 評價“大氣十條”健康效益的難點在于，PM2.5污染致死人數受PM2.5濃度、人口數量、年齡結構和疾病死亡率等多個因素的共同影響。目前已有研究往往使用PM2.5污染致死人數在2013-2017年的變化量來近似表示“大氣十條”所帶來的健康效益，也有研究通過假設其它因素不變來量化PM2.5濃度變化的影響。但是，這些研究都很難區分各個因素的相對貢獻，部分結果甚至相互矛盾。施行“大氣十條”究竟產生了多少健康效益依然缺乏定論。 為此，該研究結合長期的PM2.5監測數據和最新的流行病學模型，對比了實施“大氣十條”前后（2000-2013和2013-2017）中國PM2.5污染致死人數的變化趨勢。同時使用解構的思路量化了PM2.5濃度、人口數量、年齡結構和疾病死亡率等因素對于PM2.5污染致死人數變化趨勢的影響，全面揭示了“大氣十條”通過減緩PM2.5污染所產生的健康效益。結果表明，中國的PM2.5污染致死人數在2000-2017年總體呈現增加趨勢，從2000年的71.4萬人增加到了2017年的97.1萬人，增加了36.1%，年均增長率為1.8%。“大氣十條”實施以后中國的PM2.5污染致死人數依然呈現增加趨勢，但是年均增長率在2013年以后有所下降。2000-2013年，中國的PM2.5污染致死人數新增了22.1萬人，年均增長率為2.1%。而在2013-2017年，中國PM2.5污染致死人數增加了3.6萬人，其年均增長率為1.0%，明顯低于實施“大氣十條”之前的水平。進一步的解構分析表明，由于實施“大氣十條”后PM2.5濃度降低，2017年的PM2.5污染致死人數比2013年減少了6.4萬人。 在此基礎上，該研究進一步探索了2030年PM2.5污染致死人數在兩種不同的PM2.5控制政策情景（趨勢情景和強力政策情景）下的變化趨勢。研究假設趨勢情景中，中國會延續現有的空氣質量控制力度，人口加權的PM2.5濃度會在2030年逐漸降低到35μg/m3（中國現行的空氣質量標準）。而在強力政策情境中，中國會采取更加嚴格的空氣污染控制政策，人口加權的PM2.5濃度會在2030年大幅度降低至10μg/m3（世界衛生組織公布的空氣質量標準）。與此同時，人口和年齡結構按照現有趨勢發展，而疾病死亡率由于醫療保健水平的提高而進一步降低。該研究的預測結果表明，趨勢情景中PM2.5污染致死人數將在2030年達到95.3萬人，僅比2017年降低了2%。而在強力政策情景中，PM2.5污染致死人數將在2030年達到55.0萬人，比2017年降低了40%以上。這意味著，如果延續當前政策趨勢，雖然PM2.5濃度依然會有所下降，但是由于老齡化等其它因素的影響，PM2.5污染致死人數依然很難實現可持續發展目標3.9所提到的“實質性”降低的目標。中國依然需要在未來實施更強有力的空氣質量控制政策，才能夠一定程度上抵消老齡化等因素的影響，使得PM2.5污染致死人數“實質性”地下降（圖2）。 該研究的主要貢獻是通過解構分析全面認識了PM2.5濃度、人口數量、年齡結構和疾病死亡率等多個因素對PM2.5污染致死人數變化的影響，進而準確地估算了施行“大氣十條”所帶來的健康效益。同時，該研究還綜合考慮了各個影響因素的變化，對未來PM2.5污染致死人數進行了預測，為中國制定未來的環境政策，實現相關的聯合國可持續發展目標提供了重要參考。

研究對我國的海洋污染損害賠償制度提出的建議對規范企業行為，保證企業行為的合法性、合規性和合理性，增強企業的環保意識和社會責任有十分重要的意義。

項目成果/簡介:大氣顆粒物源解析技術可定性定量解析環境受體中大氣污染來源，為制定有針對性的大氣污染防治政策，實現精準治污及重污染實時成因分析提供科學依據。 國家環境保護城市空氣顆粒物污染防治重點實驗室是環保部重 點實驗室，多年從事顆粒物防治領域相關工作，擁有國內首個大氣顆粒物源和受體樣品庫，積累 40 余個城市的大氣顆粒物源與受體成分譜，保存 5000 余個顆粒物源與受體的樣品及成分數據。 實驗室擁有完備的顆粒物樣品采集及化學分析系統。目前，大氣顆粒物源解析技術已在全國 40 余個城市推廣應用。其中，自主研發的二重源解析技術、因子分析-CMB 復合受體模型和 CMB-Iteration模型等新型源解析技術被《大氣顆粒物來源解析技術指南（試行）》列為推薦使用模型。同時，因子分析-CMB 復合受體模型被寫入美國EPA 官方公布的《EPAPMF5.0 使用指南》，相關論文被列為“關鍵文獻”。實驗室建有大氣環境超級觀測站，并研發了大氣多組分在線源解析系統。應用范圍:技術主要用于城市或區域大氣顆粒物來源解析，大氣污染成因分析及環境空氣質量達標或改善規劃，重污染成因分析及應急預案，大氣污染防治決策管理支撐等。

大氣顆粒物源解析技術可定性定量解析環境受體中大氣污染來源，為制定有針對性的大氣污染防治政策，實現精準治污及重污染實時成因分析提供科學依據。 國家環境保護城市空氣顆粒物污染防治重點實驗室是環保部重 點實驗室，多年從事顆粒物防治領域相關工作，擁有國內首個大氣顆粒物源和受體樣品庫，積累 40 余個城市的大氣顆粒物源與受體成分譜，保存 5000 余個顆粒物源與受體的樣品及成分數據。 實驗室擁有完備的顆粒物樣品采集及化學分析系統。目前，大氣顆粒物源解析技術已在全國 40 余個城市推廣應用。其中，自主研發的二重源解析技術、因子分析-CMB 復合受體模型和 CMB-Iteration模型等新型源解析技術被《大氣顆粒物來源解析技術指南（試行）》列為推薦使用模型。同時，因子分析-CMB 復合受體模型被寫入美國EPA 官方公布的《EPAPMF5.0 使用指南》，相關論文被列為“關鍵文獻”。實驗室建有大氣環境超級觀測站，并研發了大氣多組分在線源解析系統。

成果內容：在6項國家級項目連續支持下，創建了在多種過濾膜表面構建仿細胞膜抗污染涂層的共性技術方法。獲得了多種抗污染性能優異的水凈化膜，建立了自清潔油水過濾分離裝置及工藝技術。抗污染不銹鋼網膜濾水通量10000-60000 L/m2h，除油率99%；抗污染超大尼龍網膜處理湖泊藻類污染的除藻率可高達95%，水體透明度及處理效率比其它處理分別提高3-5倍和100倍。抗污染膜構建技術及主要應用指標達到國際領先水平。 成果成熟度：已進入中試產品階段，需要合作進行產業化攻關。 轉化方式：技術轉讓與合作開發。 產業化應用市場需求： (1)湖泊及水源水中藻類和其它懸浮污染物高效濾除； (2)游泳池水高效、快速過濾凈化； (3)巨量含油污水自清潔過濾凈化處理； (4)原油開采液抗污染油水過濾分離； (5)水面浮油快速、高效收集； (6)生活污水高效過濾處理。 有關獎項：2017年陜西省科技工作者創新創業大賽金獎； 2021年陜西高校科學技術獎“一等獎”。 成果知識產權情況： 專利號 專利名稱 專利狀態 知識產權權屬 ZL201110203771.7 利用RAFT聚合技術在材料表面構建仿細胞外層膜結構涂層的方法 授權 獨占 ZL201110205373.9 仿貽貝粘附蛋白和細胞膜結構共聚物及其制備方法和應用 授權 獨占 ZL200910219143.0 一種仿細胞外層膜結構修飾涂層制備的方法 授權 獨占 ZL201310469385.1 一種通過聚多巴胺涂層構建功能化表界面的方法 授權 獨占 ZL201510013872.6 含磷酰膽堿和聚乙二醇的功能聚合物及其抗污涂層的構建方法 授權 獨占 ZL201610120275.8 功能型仿細胞外層膜立體結構涂層的構建方法 授權 獨占 ZL201810353089.8 一種抗生物污染的超親水微濾膜的制備方法 授權 獨占 ZL201610485203.3 一種濾紙改性制備油水分離膜的方法及應用 授權 獨占 ZL201610485188.2 一種親水/疏油型油水分離不銹鋼網膜的制備方法 授權 獨占 ZL201910027531.2 一種仿生聚合物及制作耐久性雙仿生聚合物涂層的方法及應用 授權 獨占 ZL201720628315X 一種濾水型油水分離器 授權 獨占