科研速递

导航

科研速递

科研速递
当前位置：首页科研速递

【研究成果速递】SNB：“管中棒”横向集成温湿度双参量光纤传感器

近日，上海理工大学基础学部物理学院博士生黄巳洋在光纤多参数传感方向取得新进展：基于表面等离子体共振原理，提出了一种薄无芯光纤嵌入空芯光纤的“管中棒”横向集成结构，在仅4 mm长的反射式光纤探头中形成两个可区分的光谱响应通道。研究采用氧化石墨烯/磁性氧化石墨烯多层膜和聚二甲基硅氧烷分别作为湿度与温度敏感材料，实现了温湿度双参数同步测量与解调。相关成果以研究论文形式发表于传感器领域国际期刊《Sensors and Actuators B: Chemical》（影响因子：8.3）。研究结果表明，在28%RH～88%RH范围内，湿度通道的平均灵敏度为0.15 nm/%RH，并在90%RH以上呈现增强响应；温度通道的平均灵敏度为−1.67 nm/°C，而湿度交叉灵敏度仅为0.048 nm/%RH。研究进一步建立了温湿度灵敏度矩阵，实现了温湿度同步变化条件下的双参数解调。与单通道直接读取相比，矩阵解调将平均绝对湿度误差由4.37%RH降低至2.68%RH，将平均绝对温度误差由0.96 °C降低至0.84 °C。传感器在快速湿度切换实验中的响应和恢复时间分别约为370 ms和790 ms；在25 °C下对28%RH与68%RH进行六天重复测量，波长差的标准差为0.46 nm，表现出良好的动态响应和稳定性。图：传感器的结构、工作原理及传感性能。（a）传感器结构与双通道工作原理；（b）双通道损耗光谱及模场分布；（c）温度变化下的光谱响应；（d）双通道温度响应；（e）双通道湿度响应。该研究通过横向集成取代传统级联结构，在紧凑的反射式探头内实现了湿度感知、温度补偿和双参数解调。该传感器兼具结构紧凑、响应快速和便于远程探测等特点，为环境监测、工业过程控制及狭小空间中的多参数光纤传感提供了新的技术方案。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2026.140656

2026-08-14
【研究成果速递】Nat. Commun.：扩散超构材料物理-几何对偶机制的发现

近日，上海理工大学基础学部物理学院青年教师杨福宝博士与合作者，在扩散超构材料领域取得新进展：受叶片保角生长启发，揭示了物理等效与几何变换之间的物理-几何对偶机制，并据此提出一类兼顾全向功能与直接制造的扩散对偶超构材料。该设计可将原本依赖特定外场方向的单向器件，直接转化为在不同温度场方向下均保持功能稳定的全向器件，同时避免复杂张量参数的优化求解。相关研究成果以“Biomimetic diffusion metamaterials enabled by physical-geometric duality”为题，于2026年8月4日发表在国际学术期刊《Nature Communications》。上海理工大学基础学部物理学院为该论文的第一完成单位；杨福宝博士为论文共同第一作者（排序第一）。图：受叶片保角生长启发的扩散超构材料物理-几何对偶机制示意图。几何变换可实现全向功能但制造复杂，物理等效便于直接制造但通常受外场方向限制；物理-几何对偶将二者联系起来，使各向异性导热张量可沿热流线和等温线直接构筑，从而兼顾全向功能和直接制造。精准操控扩散输运是热管理、能源利用、软物质输运以及多物理场调控中的重要基础。近年来，热超构材料为热隐身、热聚集、热旋转和热伪装等功能提供了新路径，但自由形器件设计长期面临功能与制造之间的矛盾。几何变换方法能够保证全向功能，却往往需要空间非均匀、各向异性的复杂导热参数；物理等效方法便于用各向同性材料直接实现，但通常依赖特定外场方向。当外部温度梯度方向改变或温度场变为非线性时，器件性能容易退化。因此，如何同时获得自由形几何、全向性能和直接制造能力，是扩散超构材料设计中的关键问题。针对上述挑战，该研究从自然界叶片生长中的保角特征获得启发。叶片在不均匀、各向异性的局部生长过程中，仍可通过保持局部角度来降低弹性能量。团队将这一几何图像引入扩散超构材料设计，建立了由物理等效参数和温度场直接确定几何变换雅可比矩阵的物理-几何对偶关系。由此得到的扩散对偶超构材料虽然具有强各向异性和非均匀性，但其主轴天然沿着局域热流线和等温线排列，而这两类场线在器件内部保持相互正交。因此，设计者只需沿局域场线方向排布由各向同性材料组成的层状复合结构，即可无优化地实现相应的空间变化各向异性导热张量。有限元模拟和实验进一步验证了该机制。研究人员先利用保角辅助追踪方法设计单向自由形热隐身器件，再借助物理-几何对偶得到其全向对应物。模拟结果表明，该器件在水平、竖直以及由角点热源产生的非线性温度场下，均能保持背景等温线不受扰动，并使被保护核心区域维持近似均匀温度。实验中，团队采用金属骨架、铜-空气复合结构、因科镍以及多种硅脂材料构筑样品，在不同热边界条件下获得了与模拟吻合良好的温度分布。该成果还可与拓扑优化等单向设计方法结合，并可扩展到方向依赖功能、瞬态热调控以及直流电场等系统，有望为质量输运、电荷扩散、散射光传播、流体系统和静磁场等更广泛体系中的超构材料设计提供新思路。论文地址：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76322-9

2026-08-11
【研究成果速递】Rep. Prog. Phys.：以静驭动构建波动调控新范式

近日，上海理工大学基础学部物理学院青年教师杨福宝博士与合作者在超构材料与波动调控领域取得新进展：提出了一种“以静驭动”的波动调控新范式。该研究通过建立拉普拉斯-亥姆霍兹对应，可从拉普拉斯方程中的单一本构参数和静态场直接推导出亥姆霍兹方程中的两个本构参数及动态场，实现“以少换多”的超构材料设计。相关成果以“A less-for-more metamaterial paradigm via Laplace-Helmholtz correspondence”为题，发表在国际期刊《Reports on Progress in Physics》[Rep. Prog. Phys. 89, 077501 (2026)]。上海理工大学基础学部物理学院青年教师杨福宝博士为论文共同第一作者。声波、电磁波和水波等动态场通常由亥姆霍兹方程描述，其调控涉及两个本构参数；而当波动频率趋近于零时，亥姆霍兹方程退化为描述静态场的拉普拉斯方程，系统涉及的本构参数也由两个减少为一个。静态场调控因参数少而相对简单、高效、精确，但拉普拉斯方程和亥姆霍兹方程在参数和物理场上存在本质差异，传统上往往只能在准静态近似下建立联系。因此，如何在二者之间建立严格对应，并将静态场的调控方法拓展至动态波场，是波动超构材料设计中的关键问题。针对这一问题，该研究建立了拉普拉斯-亥姆霍兹对应，使静态场的等势线/面对应动态场的波前，并引入表征传播时间一致性的波不变量作为设计约束。在此基础上，只需先设计拉普拉斯方程中的单一本构参数并得到相应静态场，就能够直接推导波动调控所需的两个本构参数及动态场。这一“以少换多”的设计框架不仅能够重构坐标变换和散射相消等已有重要方法，还能突破传统方法的瓶颈，实现双曲隐身、三维共形隐身以及宽带鲁棒的波动调控，并通过声学波导斗篷实验验证了方案的可实现性。该成果在静态物理与动态波动之间建立了严格桥梁，为复杂波动系统调控提供了新的设计思路。未来，通过引入空间变化的波不变量、非厄米增益损耗等机制，该框架有望拓展至更加复杂的介质和环境，为波动系统中的能量与信息传输以及新型超构材料设计提供助力。图：拉普拉斯-亥姆霍兹对应及波动调控的“以少换多”新范式。左图展示传统波动调控方法及其在实现双曲、宽带和鲁棒调控中面临的挑战。右图展示本文提出的新范式：从拉普拉斯方程中的单一本构参数和静态场出发，借助表征传播时间一致性的波不变量，推导亥姆霍兹方程中的两个本构参数及动态场。论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/ae7eab

2026-08-05
【研究成果速递】IEEE TIM：自适应点线特征的实时视觉惯性里程计系统研究

近日，基础学部数学学院李忘言副教授团队在视觉惯性里程计与同步定位与建图领域取得新进展，相关研究成果以“APL-VIO: Real-Time Visual-Inertial Odometry Using Adaptive Point-Line Features”为题在国际期刊《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》（影响因子：6.998 ；中科院SCI分区：2区）在线发表（DOI: 10.1109/TIM.2026.3714602）。上海理工大学基础学部数学学院为该论文的第一单位，合作者包括上海理工大学硕士毕业生吴励锋、硕士研究生萧学文，上海电机学院肖薇博士以及澳大利亚新南威尔士大学Jie Bao教授。本研究聚焦于复杂环境下视觉惯性里程计（VIO）的实时高精度状态估计问题。现有VIO方法大多仅依赖图像中的点特征进行状态估计，在点特征稀缺或可靠性较低的场合，如弱纹理或快速运动场景，大多数的VIO往往难以适用。相比之下，线特征蕴含更丰富的几何结构信息，但其提取与处理也更具挑战性。因此，如何充分挖掘图像中的结构信息，并有效实现点、线特征的融合，以提升系统在弱纹理、光照变化及快速运动等条件下的鲁棒性与精度，成为本系统设计中的核心关键问题。针对上述挑战，本研究提出了一种基于自适应点线特征的实时VIO系统——APL-VIO。该方法在VINS-Mono/Fusion框架上，团队设计了自适应线光流跟踪器（ALOFT），通过自适应地进行线特征关键点选取、线特征灰度阈值调整等来灵活追踪不同长度的线特征，进而提高线特征追踪算法的效率、精度和鲁棒性。此外，团队还提出了线约束重建机制，将新检测线段与已有空间线段进行有效关联，从而减少地图冗余、延长线特征使用周期。最后，团队在EuRoC公开数据集及上海理工大学卓越楼八层走廊的真实场景中将算法进行了有效验证。图：室内走廊场景下实验室阿克曼平台与 APL-VIO 实验验证: (a) 实验室阿克曼四轮车硬件平台示意图; (b) 相机提取的点特征与线特征; (c) APL-VIO 构建的环境地图。论文链接：https://doi.org/10.1109/TIM.2026.3714602源码链接：https://github.com/USST-LiLAB/APL-VIO

2026-08-05
【研究成果速递】JHEP：深度学习助力希格斯玻色子精密测量

近日，基础学部物理学院青年教师王坤博士与合作者在希格斯玻色子精密测量研究中取得新进展。研究团队利用深度学习技术提高了对粒子碰撞信号的识别能力，显著提升了希格斯玻色子衰变为不同夸克和胶子过程的测量精度，为未来高能对撞机上的希格斯物理研究提供了新的技术路径。相关成果发表于《高能物理杂志》[Journal of High Energy Physics, JHEP 07 (2026) 079]，王坤老师为论文共同通讯作者。希格斯玻色子与不同基本粒子的相互作用，是检验粒子物理标准模型的重要窗口。研究团队面向未来电子—正电子希格斯工厂，利用深度学习方法识别粒子碰撞后形成的成簇粒子信号，从而提高对希格斯玻色子不同衰变过程的测量能力。研究结果表明，与已有研究相比，希格斯玻色子衰变至粲夸克和胶子的测量精度分别提升约43%和29%，并对较难测量的奇异夸克衰变过程给出了定量灵敏度预期。该成果展示了人工智能技术在未来高能物理精密测量中的应用潜力。论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP07(2026)079

2026-08-05
【研究成果速递】AM：机器学习赋能可编程流体力学隐身

近日，上海理工大学基础学部物理学院杨福宝博士、刘晋榕博士与合作者，在流体力学超构材料与机器学习交叉领域取得新进展，提出并验证了一种机器学习引导的可编程流体力学隐身策略。相关成果以“Programmable Hydrodynamic Invisibility Enabled by Machine-Learning-Guided Metamaterials”为题，发表于Advanced Materials [Adv. Mater. 38, e73690 (2026)]。上海理工大学基础学部物理学院为本论文的共同通讯作者单位，杨福宝博士与刘晋榕博士担任共同通讯作者。图：可编程流体动力隐身的概念与原理。(a–c) 可编程隐身斗篷结构及其基于机器学习的渗透率调控方法。(d–g) 不同结构下的压力场与流线，显示隐身斗篷可恢复背景流场。(h–i) 压力梯度和速度分布对比，验证隐身效果。Imp.表示不可渗透。多孔介质中的流动广泛存在于过滤分离、微流控、地下输运、生物组织和软物质体系中。传统流体力学隐身器件通常依赖固定渗透率分布，只能在预设背景环境中工作。当背景渗透率因堵塞、膨胀、裂隙而变化时，原有匹配条件会被破坏，外部压力场和速度场出现可探测扰动，导致隐身性能退化。针对这一瓶颈，研究团队以达西流动中的圆柱形隐身斗篷为模型，基于已有的壳层渗透率与背景渗透率匹配条件，进一步提出可编程超构壳层设计。该壳层由可调多孔单元组成，可通过切换几何状态改变等效渗透率，从而在高、中、低不同背景渗透率环境中维持近似无扰动的外部流场。为提升设计效率与可制造性，团队构建了机器学习辅助的逆向设计流程。基于大量有限元仿真数据，随机森林模型学习单元几何参数与等效渗透率之间的映射关系，并与优化算法结合，将目标渗透率快速转化为可加工的微结构参数。该方法避免了传统试错式设计在高维参数空间中的低效率，为可编程流体超构材料提供了数据驱动设计路径。数值模拟与实验验证表明，所设计的超构壳层可在不同背景渗透率下恢复外部压力等值线和流线，使包覆障碍物在外部流场中呈现接近“不可见”的响应。研究还展示了流体力学伪装功能：通过匹配指定参考对象的外部流场，可将被隐藏目标的流动特征改写为预设目标的特征。该工作推动了流体力学超构材料从静态隐身向可编程、环境适配的流动操控发展，为分离科学、微流控系统、流动网络工程以及生物软物质和多孔弹性体系中的按需输运调控提供了新的研究范式。论文地址：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.73690

2026-07-19

每页 6 记录总共 34 记录
第一页 <<上一页下一页>> 尾页
页码 1/6 跳转到

上海理工大学基础学部 © 版权所有