代表性成果

代表性成果一:

2012年大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡,测量到中微子振荡参数θ13。这一发现科学意义重大,对确立中微子三代混合模型,对未来中微子振荡实验的发展方向,对正反物质对称性破坏及中微子质量层次体系的确立都有着重要的意义。

北京师范大学是最早参加大亚湾核中微子实验的国际合作组单位之一。多年来,核科学与技术学院的中微子研究组在王乃彦院士和郭新恒教授的领导下,积极参加大亚湾实验,在大亚湾实验光电倍增管的测试工作、探测器液体闪烁体的性质研究、大亚湾实验的运行、与大亚湾中微子实验相关的理论研究等方面为大亚湾实验做出了重要贡献。北师大中微子研究组与中科院高能所等单位一起承担了国家基金委重大、重点、面上等基金项目,在国内外一流物理刊物上发表多篇研究论文。

我院中微子研究成果被列为我校“211工程”十大代表性成果之一。

F.P. An et al., Observation of electron-antineutrino disappearance at Daya Bay,Phys. Rev. Lett. 108 (2012) 171803

代表性成果二:

北京师范大学核科学与技术学院强流金属离子注入(MEVVA源组)和磁过滤等离子体镀膜(FAD)的技术研究和应用开发方面有超过二十年的历史,研发水平目前处于国内领先、国际先进的水平。这种复合技术利用离子注入对材料表面进行清洗、增强,再通过磁过滤沉积进行镀膜,可以得到与基体结合非常牢固的薄膜。因此该技术特别适用于具有特殊要求的各种精密零部件、工具、模具的表面处理。在军工、精密加工等多方面有广泛的应用前景。本单位是全国最早开展离子注入材料表面增强技术研究的单位之一,至今在注入离子的种类、能量范围、束流强度、注入工艺,改性机理等方面有着明显的优势,且一直得到国内外同行的高度认可。本组研制的离子束增强镀膜设备已经运行在全国各地以及港台30多个大学、研究所和企业,共计95台。2005年MEVVA-100型强流注入机通过了技术成果鉴定,鉴定意见认为该设备“是目前世界上单源束流功率最大的金属离子注入机,处于国际先进水平”。先进镀膜技术的一项应用也在2006年通过教育部主持的鉴定,认为:“研究成果具有创新性,明确的研究目标和广泛的应用前景,对促进我国战略武器的发展具有重要意义,该研究成果达到国际先进水平。”

1988年始开展MEVVA 离子束技术和磁过滤等离子体沉积镀膜技术及其应用研究,获得了连续四次国家“863”项目支持。研究内容包括MEVVA 离子源技术、MEVVA 强流金属离子注入材料表面改性技术、脉冲和直流磁过滤等离子体沉积技术的研究,MEVVA 离子注入机、磁过滤等离子体沉积镀膜机、MEVVA 离子注入与磁过滤等离子体沉积复合机的研制开发,相关技术和设备的应用研究和应用工艺开发和推广。对磁过滤真空弧沉积金属,金属氮化物,非晶金刚石膜等的制备工艺,组织结构和性能都进行了系统的研究。采用磁过滤真空弧技术和MEVVA 源离子注入技术在重要的军工产品的关键件表面制备了高性能的非金刚石膜层,显著提高了其性能指标和使用寿命,在军事工业中有较好的应用前景。对在铝基复合材料表面进行氮化钛和类金刚石膜表面改性也进行了大量的研究,也取得了良好效果,本组在国内外期刊上发表论文近二百篇;主持过15项国家自然科学基金,4项教育部课题和5项中央高校自主科研基金; 15项横向项目。

代表性成果三:

北京师范大学核科学与技术学院从1990年开始研发毛细管X光透镜,是目前国内唯一、国际最早开展毛细管X射线聚焦技术研究的单位之一。1998年曾获得教育部科技进步一等奖和国家科技进步二等奖。并先后取得包括美国、德国和荷兰等国内外30余项专利授予权。2009年之后,北京师范大学X光学实验室在XRF、XRD、XAFS、X光学成像以及考古等方面取得了较大的突破和进展,同时在国内外著名期刊中发表了多篇高水平论文。

目前承担的科研项目包括:国家重大科学仪器设备开发专项子课题、国家自然科学基金、北京市科技计划课题、北京市自然科学基金、教育部新教师基金等支持。

代表性论文包括:

Application of a conic glass monocapillary in Beijing synchrotron radiation facility, 2014

Application of a polycapillary x-ray optics in high pressure XAFS,2013

毛细管光学元件在北京同步辐射实验站的应用(一)

同步辐射是继爱迪生发明的电光源、伦琴发现的X射线以及科学家们研制成功的激光之后,深刻影响人类生活和发展的第四种革命性光源。2010年以来,北京师范大学X光学实验室和中科院高能所合作开展了对当代科技具有重大意义的同步辐射光源的毛细管应用研究工作,并取得一系列重要研究成果。

毛细管X光透镜在北京同步辐射荧光微分析站的应用

毛细管X光透镜 通过提高亮度进而降低μ-XRF的检测限。对超纯材料中杂质及沿表面层深度的分布和水、液样、生物体液、细胞元素谱等痕量分析极有价值。目前已取代该站原来美国进口KB镜,实现5-18keV能量范围的μ-XRF和μ-XAFS联合实验,其中μ-XRF检测限从过去的几十ppm降低到1ppm。目前已完成了包括973、863、国家基金重点和中科院重大项目在内的60余项课题实验。



代表性项目如下:

重金属污染土壤植物修复的茎叶切片(973项目)

食品毒害严重的农作物重金属污染和常量金属失恒机理及基因工程去富集修复(863项目)

人肿瘤组织特异元素依赖和输运机理(国家基金重点项目)

湖底古沉积物层分析与古气候变迁(中科院重大方向性项目)等国家科技和经济发展急需解决的课题。

毛细管光学元件在北京同步辐射实验站的应用(二)

毛细管X光透镜在高压XAFS的应用

毛细管X光透镜可以抑制基于DAC的高压XAFS产生的金刚石衍射干扰并抵御DAC对低能端X射线的吸收。北京师范大学X光学实验室在国际上首次优化设计并研制了用于高压XAFS的多毛细管,解决了困扰高压XAFS的世界难题,成功将北京同步辐射的高压XAFS的能量下限由7keV扩展到6keV,能量上限由10keV提高到17keV,大大扩展了北京同步辐射装置高压XAFS研究的能量范围。


为了能更好抑制吸收谱实验的高次谐波并进一步拓展高压XAFS的能量下限,X光学实验室又陆续研制了两种不同特点的具有抑制高次谐波功能的毛细管X光透镜。并在BSRF的XAFS实验站(1W1B)进行了Cr2O3粉末K吸收边的高压XAFS实验。结果表明,基于DAC的高压XAFS实验能量下限再次被拓展至5.4KeV。

毛细管光学元件在北京同步辐射实验站的应用(三)

锥形单毛细管在北京同步辐射生物大分子站的应用

锥形单毛细管光学元件的最大优势是可以得到较小的焦斑尺寸同时保证有较小的发散度,因此适合于生物大分子衍射领域。北京师范大学X光学实验室在国内首次为生物大分子站研制了2个适合生物大分子衍射的锥形单毛细管,使用锥管后的衍射强度提高4倍多,衍射峰位偏差最大的(200)晶面仅为0.042%。该元件最高传输效率达到92%,性能已达到国际先进水平。



无锥管衍射花样有锥管衍射花样

代表性成果四:

硅光电倍增器(SiPM)研发:硅光电倍增器(SiPM)是一种新型高灵敏半导体光探测器,在核医学成像(例如PET-正电子发射计算机断层扫描)、核辐射探测及成像检测(探测伽玛、中子辐射经闪烁体发出的荧光信号)、环境监测、生物医学及测试分析等弱光探测领域,正逐渐替代传统的光电倍增管(PMT)。我们实验室是国内最早和目前唯一开展SiPM器件研制和生产的单位,所研发的外延衬底体电阻淬灭SiPM,具有微单元密度高、动态范围大、恢复时间短、响应速度快及成本低等优势,是当今有代表性的SiPM器件结构之一,在核辐射探测及成像检测方面有非常广阔的应用前景。

代表性成果五:碳纳米管、石墨烯及其复合纳米材料的室温开关性能研究

纳米材料与技术实验室

纳米流体,是一种性能优异的高效传热介质,具有传热效率高、性能稳定和制备工艺简单等诸多优点。碳纳米管、石墨烯作、碳纳米片层为纳米材料领域的优秀代表,具有极好的物理、化学和机械性能,也是制备纳米流体最为常用的填料之一。本课题组与MIT陈刚教授合作,提出了室温相变开关复合材料的概念:即将碳纳米材料的优良电导、热导特性和某些液体的室温(0~40°C)相变特性结合起来,利用相变过程中晶粒的生长会把液体中的碳纳米材料推到晶界上的特点构造新型的室温相变开关复合材料。图1通过两片石墨片层与十六烷的液体体系展示了这种复合材料的工作原理,纳米石墨片由于16烷基液的结晶产生的压力而导致了其在基液相变点处的电导开关比分别达到了2个数量级。