2024-10-16
各学院(部)：
为更好开展新工科毕设项目，提升项目质量和水平，“丝状晶体特性的太赫兹光谱检测研究”新工科毕业设计项目现面向全校教师和毕业班学生进行招募。现将有关事项通知如下。
一、项目背景、目的及意义
丝状晶体是一种特定形态的晶体，通常呈细长、丝状或纤维状结构。它们在许多材料中都可以形成，包括矿物、聚合物和某些生物大分子。丝状晶体的特点包括：形态上细长而具有高长宽比，常见于天然矿物（如某些硅酸盐）或合成材料（如聚合物）；通常在特定的条件下（如温度、溶剂浓度）形成，反映了其成分和生长环境；性能上，丝状晶体的特性（如强度、韧性）常常与其微观结构密切相关，影响材料的应用。这种结构在许多应用中具有重要意义，包括材料科学、药物制剂和生物医学领域。
丝状晶体检测在多个领域具有重要意义，主要体现在以下几个方面：材料科学：帮助评估和优化材料的结构和性能，确保丝状晶体的质量和均匀性，从而提高材料的应用效果；生物医学：在药物研发中，丝状晶体的检测可用于分析药物的结晶特性，影响药物的溶解性和生物利用度；化学分析：丝状晶体的形成和生长可提供关于反应机制和条件的重要信息，有助于改进合成方法；环境监测：检测环境中丝状晶体的存在可以帮助评估污染物的影响，特别是在水体和土壤中；工业应用：在生产过程中，控制丝状晶体的形成可以提高产品的质量，减少缺陷。可见丝状晶体检测在国民生产众多领域中意义重大。
目前检测丝状晶体的结晶度可以采用以下几种方法：X射线衍射（XRD）：通过测量衍射图谱，可以分析晶体的排列和相对结晶度；差示扫描量热法（DSC）：此方法通过测量物质在加热或冷却过程中的热流变化，评估其结晶转变和结晶度；红外光谱（FTIR）：可用于检测材料中有序与无序区域的比例，从而推测结晶度；扫描电子显微镜（SEM）：通过观察晶体的形貌和结构，可以间接评估其结晶度；光学显微镜：观察丝状晶体的形态和光学性质，有助于判断结晶程度。
太赫兹光谱技术是一种利用太赫兹辐射（频率范围大约在0.1到10 THz之间）进行材料分析和检测的技术。太赫兹光谱技术在检测丝状晶体方面具有独特优势：1）非破坏性：太赫兹光谱可以在不损坏样品的情况下进行检测，非常适合脆弱的丝状晶体；2）高灵敏度：该技术能够检测材料的微小结构变化，包括晶体的相变和结晶度，提供详细的信息；3）信息丰富：太赫兹频段的光谱特征可以提供关于分子振动、转动和晶体排列的信息，有助于分析丝状晶体的物理和化学性质；4）应用广泛：太赫兹光谱可用于研究不同类型的丝状晶体，包括聚合物、生物大分子和无机材料，适用于多种领域；5）偏振特异性检测，太赫兹光谱的偏振特性在丝状晶体取向研究中由于不同取向的丝状晶体对太赫兹波的反应不同，通过分析偏振特征，可以获取关于分子排列和取向的信息；5）实时监测：太赫兹脉冲持续时间约在皮秒量级，其超快时间特性可用于原位动态研究丝状晶体的生长过程和结晶动力学特性。
太赫兹光谱技术的应用将帮助科学家更好地理解丝状晶体的特性。
二、项目已具备的条件
实验室已具备稳定运行的太合适与光谱系统和可靠便捷的算法程序，比克题目可快速顺利的开展。“天津大学太赫兹研究中心”拥有多台钛宝石飞秒激光振荡器、一套飞秒激光放大器、一套飞秒激光参量放大器、多台飞秒光纤激光器、一套英国牛津仪器无液氦闭循环超低温强磁场系统、两套光纤化太赫兹时域光谱系统和若干套自行搭建的不同功能类型的太赫兹时域光谱系统。具体指标包括:800 nm 飞秒激光振荡器3台；800 nm 飞秒激光放大器 2 台; 光学参量放大器; 1560 nm 飞秒光纤激光器、1560 nm 飞秒光纤放大器, 1560 nm 飞秒光纤超短脉冲激光器; 超低温强磁场模块; 光纤化太赫兹时域光谱系统、光纤化太赫兹成像系统;自行搭建的太赫兹系统包括:800nm 泵浦的光导天线(自行研制加工)发射和探测的 8F 太赫兹时域光谱系统(信噪比>5000:1，频谱>4 THz)、全光纤化太赫茲时域光谱系统 (信噪比>1000:1,频谱>3.5 THz)、光导探针型太赫兹近场显微系统(信噪比>500:1频谱>2 THz)。
三、项目期限与目标
项目期限约7个月，具体计划如下：
第1个月：阅读相关文献，包括丝状晶体相关文献和太赫兹光谱技术相关文献，并熟悉课题组内太赫兹时域光谱系统的操作和调稳，和数据处理流程。
第2-5月：制备丝状晶体样品包括聚合物丝状晶体和二聚糖丝状样品；改变制备条件，制备不同结晶度的丝状晶体样品，并测试所制备样品的太赫兹光谱，获取介电常数等并分析样品结晶度。
第6个月：结合分子动力学算法，对实验中观测到的特征峰进行模式指认。
第7个月：整理数据并撰写毕设论文。
四、项目主要方向及任务
太赫兹光谱技术用于检测丝状晶体的主要研究方向包括如下三点：
1）结晶度分析：研究丝状晶体的结晶度及其对光谱特性的影响；并计算不同偏振和丝状晶体取向组合情况下的介电常数等特征参数，利用这些参数确定晶体结晶度。状态下通过太赫兹光谱计算
2）取向特征：利用偏振特性分析丝状晶体的取向，提供关于分子排列的信息；
3）模式指认：利用分子动力学算法和试验所得太赫兹光谱信息，如有关测到的明显的特征吸收峰，结合XRD数据，确认吸收峰所对应的晶体振动模式。相关结果可用于表征和分析不同类型丝状晶体（如聚合物、矿物）的光谱特征。
另外，依据研究进展情况可以增加原位检测和动力学研究内容，主要包括：
4）相变监测：实时观察丝状晶体在不同温度和环境条件下的相变行为。
5）生长动态研究：监测丝状晶体的生长过程，研究外部因素对晶体形成的影响。
五、招募要求：
拟招募选题学生的专业：精仪学院，化工学院，材料学院，理学院
六、报名及联系方式：
相关课题细节以及其他未尽事宜请咨询项目组联系人：刘立媛：lyliuma@tju.edu.cn
欢迎各位同学踊跃报名，期待你的加入！
新工科毕设工作组
2024年10月16日