调制解调器

近年来，人们在居住、工作、休闲和交通等各种不同场景的多样化业务需求推动着新一轮的光子革命。其中，以5G无线通讯为主，对于信息高速传输的需求已经渗透到大数据、机器学习、远程医疗及自动驾驶等领域，使信息突破时空限制进行智能互联。而光子作为载体的信息处理传输材料可以很好的解决传输速率慢的问题，因此制备出高速、低耗能和易于工业化生产的电光材料，从而实现高速率的数据中心光互连，成为学术界和工业界亟待解决的关键问题。在传统的商业化电光材料的研究中，主要是以无机材料铌酸锂作为代表。然而传统铌酸锂材料所制成的电光调制器的信号质量、带宽、半波电压、插入损耗等关键性能参数的提升逐渐遭遇瓶颈，电光系数低，晶体生长、加工困难、体积庞大且与CMOS工艺不兼容等。与无机材料和电子为载体的微电子材料相比，光子为载体的二阶非线性有机电光材料具有电光系数高、光学损伤阈值高、响应速度快、制备过程更易于生产，具有良好的热稳定性、成本低以及选择范围广等优点，并能易与半导体微电子器件实现集成，故而有很大的应用前景。然而有机非线性光学材料运用到商业化的电光调制器等领域也面临着技术瓶颈（难以满足Telecordia GR-468-CORE standards 标准），如何获得兼具大的电光系数（r33值）、光热稳定性、极化取向稳定性的有机电光发色团仍然是行业的难点。1. 高性能交联型有机电光材料的研究针对有机电光材料的研究难点，王家海教授团队首次提出了二元交联材料的基解决方案：将可以交联的蒽和丙烯酸酯基团修饰到发色团QLD1-QLD4的电子给体和电子桥上，发色团在电场的作用下发色极化取向，温度进一步升高，交联反应发生，以网状聚合物的形式固定住已经取向的发色团分子，光热稳定性大幅提升。此外，由于没有小分子/聚合物交联剂的存在，发色团含量高达100wt%,电光系数大幅提升。交联后，QLD1/QLD2和QLD2/QLD4薄膜的电光活性非常高，r33的最大值分别为327 pm/V和373 pm/V， 这是目前文献报告的最高值。经Diels-Alder反应后，其电光薄膜的玻璃化转变温度从~90°C增加至185°C，这高于任何其他纯发色团膜。在85℃退火后，99.63%的r33初始值可保持500 h以上，这些材料具有超高的电光活性和长期长期极化取向稳定性，为有机电光材料的器件化和商业化提供了可能。图 1 电光材料QLD1-QLD4的分子结构该成果发表在化学顶级刊物 Chemical Science, 2022, 13, 13393-13402文章链接 https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/sc/d2sc05231h图 2 发色团数密度与极化效率的关系图；b)长期稳定性测试结果。2. 基于新型双给体的有机非线性光学材料的研究 研发了一种基于（N-乙基-N-羟乙基）苯胺衍生物的可修饰性双给体，并首次将其应用于非线性光学材料。在发色团的给体 和桥上分别引入三个隔离基团，用于减少分子之间的静电相互作 用，从而提高极化效率。基于此，我们开发了一系列非线性光学 发色团 BLD1-4，它们具有相同的双（N-乙基-N-羟乙基）苯胺基 给体、TCF 或 CF3–TCF 受体，和异佛尔酮衍生桥。密度泛函理 论计算表明，这四个发色团由于给体具有强大的给电子能力，比 传统的非线性光学发色团的一阶超极化率更大。纯发色团 BLD1– BLD4 的极化膜由于发色团的大空间位阻和大的一阶超极化率从而展现出非常高的极化效率。含有发色团 BLD3 的纯发色团膜在1310nm 处获得了超高的 r33 值（351pm/V）和极化效率（3.50±0.10 nm2 V-2）。大的电光系数使这些新的给体为有机非线性光学材料提 供了很有价值的参考。图 3 发色团 BLD1-4 的结构图 4 发色团 BLD1-4 的极化效率曲线该成果发表在材料刊物 Materials Chemistry Frontiers, 2022, 6,1079-1090.文章链接 https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/qm/d1qm01577j3. 树枝状有机电光材料的研究图 5 发色团 C1-C3 的结构 开发出具有大电光系数和高稳定性的电光材料，一直是这个领域最具挑战性的话题。一系列基于相同的双(N,N-二乙基)苯胺给体、三亚乙基二氢呋喃受体和异佛尔酮衍生桥的发色团 C1-C3 被合成开发出来。与含有单发色团的树枝状材料 C1 进行比较，我们合成了双枝发色团分子 C2 和三枝发色团分子 C3。这是第一次将双(N,N-二乙基) 苯胺基给体用于 CLD 型发色团和多发色团系统。与 C1 发色团相比， C2 和 C3 多发色团具有更高的电光性系数和玻璃化转变温度。纯发色团 C2 的薄膜上在 1310 nm 处取得了大的 r33 系数 (180 pm/V)和极化效率(1.94±0.08 nm2 V-2)，已经实现在。此外,树枝状分子 C2 的玻璃化转变温度高达 122℃。该材料具有良好的稳定性和大的电光系数，具有良好的应用前景。图 6 发色团 C1-C3 的 DSC 曲线该成果发表在材料刊物 Materials Chemistry Frontiers, 2021, 5, 8341-8351文章链接 https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/qm/d1qm01337h4. 自组装型有机电光材料的研究我们已经开发了一系列自组装的树枝状电光材料。通过在发色团的给体和桥部分引入芳香树枝状化合物（HD）、三氟苄基树枝状化合物、五氟苯基树枝状化合物和蒽环，合成了四种交联型树枝状化合物H1、H2、H3 和 HLD1。此外，还合成了含有三枝化三氟苄基的多发色团 H4。基于 HD-PFD/HD-AH/TFD-TFD 的π-π相互作用使得这些分子可以进行超分子自组装的，以最大限度地减少发色团的偶极-偶极相互作用，并在高负载密度下最大限度地提高发色团的极化效率。 对于分别含有发色团 1:1 H1:H3、1:2 H3:HLD1 和 H4 的纯电光膜，已经实现了高 r33 值（328、317 和 279 pm/V）。此外，发色团的长期取向稳定性也得到了改善。在室温下 1000 小时后，自组装型电光薄膜的初始电光系数仍然保持在 95%以上。图 7 发色团 H1-H4 以及 HLD1 的结构该成果发表在材料刊物 Dyes and Pigments, 2022, 202, 110283.文章链接 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143720822002054图 8 发色团 H1-H4 以及 HLD1 的极化效率与分子数密度的关系图团队负责人简介王家海，广州大学化学化工学院教授、研究生和博士后导师，2008年5月美国University of Florida化学系毕业，师从Charles R. Martin；2008年5月至2009年1月，美国约翰霍普金斯大学化学生物工程系博士后，从事微纳米器件加工课题，致力于智能器件的设计及其应用性能的探讨；2009年1月至2014年8月，分别在中科院苏州纳米所和长春应用化学研究所任副研究员，从事体外诊断纳米孔检测相关的技术开发。2014年10月加入山东大学，任研究员，从事氢能源催化剂材料的开发。2017年至今加入广州大学，百人计划教授。入选中国科学院首批促进会会员，广州市高层次青年后备青年人才，全球顶尖十万科学家之一。目前团队研究方向包括能源催化材料、锂电池、生物化学传感器、纳米孔单分子计数器和5G通讯。代表性成果发表在Advanced Materials、Biosensor and Bioelectronics、J. Am. Chem. Soc.、Nano Letters 等国际著名期刊上。

近日，化学化工学院王家海教授团队在交联性非线性光学分子发射团取得新的进展。刘锋钢副教授设计了全新的交联性分子玻璃，具备卓越的性能，研究成果发表在国际知名期刊Advanced Science，刘锋钢副教授和王家海教授为共同通讯作者。01研究背景当前，随着云计算、5G通信、高清网络视频、太赫兹场、人工智能/机器学习和物联网等技术的快速发展，对信息的需求正在快速增长，没有任何放缓。随着现有服务的快速发展和新型服务的出现，世界互联网数据流量出现了爆炸式增长。在诸如数据中心网络之类的中短距离通信网络中存在对超大容量光纤通信的需求。对于中短距离光通信系统，如何在光电子器件带宽有限的系统中实现超高速（单波长400Gb s−1以上）信号传输已成为业界的热点问题。为了解决这一问题，研究低成本的单通道、高频谱效率的光通信系统具有重要意义。决定光通信技术应用的关键因素之一是制备高效稳定的二元交联/自组装有机非线性光学分子玻璃，即高性能有机电光材料（二阶非线性光学材料）的制备。早期对二阶非线性光学材料的研究主要是铌酸锂（LiNbO3）等无机晶体材料。这种类型的材料本身有一系列难以克服的缺点，如电光系数低、晶体生长和加工困难、介电常数高、对输入光波信号干扰强。经过多年的发展，有机电光材料的优势越来越明显。有机非线性光学材料具有电光系数高、响应速度快、可加工性和集成性好等优点，广泛应用于电光调制器、光通信、光信息存储、太赫兹等领域02研究内容开发了蒽-马来酰亚胺Diels–Alder（DA）反应以及蒽-五氟苯和苯-五氟苯基的π–π相互作用，以制备高效的二元可交联/自组装树枝状发色团FZL1-FZL4。电场极化取向后，DA反应或π–π相互作用形成共价或非共价交联网络，极大地提高了材料的长期取向稳定性。交联膜FZL1/FZL2的电光系数高达266 pm V−1，玻璃化转变温度高达178°C，自组装膜FZL1/FZL4和FZL3/FZL4由于发色团密度高（3.09–4.02×1020分子cm−3）而达到272–308 pm V−1。长期取向稳定性测试表明，在85°C下加热超过500小时后，极化交联电光膜1:1 FZL1/FZSL2保持了99.73%的初始r33值。极化自组装电光膜1:1 FZL1/FZL4和1:1 FZL3/FZL4在室温下放置500小时后，仍能分别保持原电光系数的97.11%和98.23%以上。该材料优异的电光系数和稳定性表明了有机电光材料的实际应用前景。03研究相关硕士研究生张恋本文的第一作者，刘锋钢副教授和王家海教授为共同通讯作者，广州大学为第一单位。王家海，广州大学化学化工学院教授。团队研究方向包括能源催化材料、锂电池、生物化学传感器、纳米孔单分子计数器和5G通讯。代表性成果发表在Advanced Materials、Biosensor and Bioelectronics、J. Am. Chem. Soc.、Nano Letters 、Nano-Micro Letter 、Nano Energy等国际知名期刊。论文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202304229

公安部日前部署深入开展打击整治枪爆违法犯罪专项行动《公安部重要部署！》，严管严控枪爆危险物品。爆炸、火灾事故等具有严重的社会危害性，同时随着防爆防火等安全意识的增强，对于能够快速、准确的鉴别出危险爆炸物品及其制备材料、油料等易燃液体方法的需求也愈发迫切。然而由于爆炸火灾等事故现场的高温作用，使得许多痕迹和残留物证的萃取难度增大，同时基质成分复杂，给事故的快速鉴定带来不小的挑战。因此集卓越的色谱分离能力和优异的质谱检测能力的全二维气相色谱质谱联用技术在爆炸、火灾事故物证鉴定中的实用性逐渐凸显：如纵火现场微量助燃剂中油类制品鉴别、微量残留高聚物种属及特征物鉴别、微量爆炸残留助暴剂及引爆剂组分分析等。 卓越的色谱分离能力全二维气相色谱（GC×GC）是把分离机理不同而又相互独立的两根色谱柱通过调制器以串联方式连接成二维气相色谱柱系统，通过设置一定的调制时间（调制周期）将一维流出物捕集，聚焦后释放到二维色谱柱进一步的分离，通过专用软件将色谱峰转化成为全二维谱图。全二维气相色谱比普通一维气相色谱具有分辨率更高、峰容量大、灵敏度好、分析速度快等优点，为复杂样品提供全新而有效的分离方式。 特色环形设计调制解调器调制解调器是GC×GC技术的关键，特色环形设计的调制解调器通过液氮制冷连续切割技术可以高效率捕集宽沸程（C3~C55）组分，并在二维实现超快速分离，形成极尖锐的峰，更有利于复杂组分的分离。环形设计的调制器仅使用一个冷喷嘴和一个热喷嘴，相对于以往两个冷喷嘴和两个热喷嘴，冷却气消耗量大幅降低，柱温箱内温度也更加稳定。 优异的质谱检测能力 GC×GC的检测器可以是气相色谱的FID、ECD等或是质谱检测器，但爆炸火灾等刑事案件中分析的常是未知化合物，MS对于未知峰强大的定性能力，使得其与GC×GC联用的技术成为发展方向。岛津全二维气相色谱质谱联用仪依托高性能的单四级杆GCMS-QP2020 NX和三重四极杆GCMS-TQ8040 NX/GCMS-TQ8050 NX系统，为刑事物证鉴定分析提供快速、简单、可靠的解决方案 岛津气质产品优势 特色屏蔽板技术的高辉度离子源在保证高灵敏度的同时提供强大的抗污染能力。 ASSP技术保证高速扫描时离子在更短时间内飞过四极杆到达检测器，可以有效解决传统方式高质量端离子飞行速度较慢而导致质谱图正确性不足、灵敏度偏低的问题。 智能钟技术智能掌握GCMS运行时间，提高实验室效率。 岛津全二维GC×GC-qMS助力爆炸火灾事故物证鉴定应用实例 高辛烷值和常规辛烷值汽油样品比较辛烷值是衡量燃料（汽油）抵抗震爆燃烧能力的数字指标，其值高表示抗爆性好，不同化学结构的烃类具有不同的抗爆震能力。通过测定不同辛烷值汽油样品的特征组分可对油品进行分类和鉴别。 不同辛烷值汽油样品二维色谱图 优秀的油脂成分检测能力——鉴别动植物油在爆炸、纵火等刑事案件中，经常能够在案发现场或犯罪嫌疑人的衣物和作案工作上提取到相关的油脂物证，根据动植物油特征组分（脂肪酸）组成可对不同种类、不同品牌、不同地区的油品进行分类，从而为案件侦查提供线索。 不同品牌花生油的二维色谱图不同动物油的二维色谱图 利用岛津特色设计的全二维气质联用系统，可快速准确的对基质复杂的爆炸、火灾事故残留物证进行鉴定，以初步确定爆炸物、燃烧物来源，并为及时锁定犯罪嫌疑人和打击犯罪活动提供科学依据。 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。