行为研究

近日，暨南大学研究员陈振强团队揭示了自旋-轨道光学拉比振荡现象，首次在理论和实验上同时展示了自旋-轨道耦合的拉比振荡行为。相关研究论文发表于Light：Science & Applications。陈振强带领的光场调控科研团队研究无发散结构光场与人工晶体相互作用，在高阶光学体系下构建赝自旋-1/2模型，分别在强、弱耦合条件下实现自旋-轨道拉比振荡。此外，通过外场调控等效磁场，实现拓扑荷可调的角动量光场。研究结果有望在经典和量子光学中找到应用。拉比振荡是二能级量子波包在外磁场驱动下发生周期性振荡的现象，是物理学中重要的基本物理效应之一，已在诸多领域得到应用，如核磁共振成像。目前，拉比振荡已逐渐扩展到其它物理体系，包括原子分子物理、声学、凝聚态物理、光学等。在现有研究工作中，拉比振荡只涉及两种独立的振荡形式：自旋态振荡和轨道态振荡。如何在高阶物理体系实现自旋-轨道耦合的拉比振荡？针对这一基本问题，研究人员通过类比量子力学自旋1/2系统，利用左、右旋圆偏振涡旋光场构建高阶光学体系的赝自旋1/2系统，并导出相应的等效磁场模型。在等效磁场的作用下，高阶赝自旋态（结构光场模式）在两“能级”间发生周期性振荡。研究人员进一步利用外电场调控等效磁场，操控拉比振荡光场的演化行为。在电场的驱动下，实现不同拉比振荡模式的切换，这一现象为光场多维调控提供新的技术原理。上述研究得到国家自然科学基金项目、广东省重点项目、广州市科技计划项目、珠江人才计划项目等的支持。

昆虫行为的研究在昆虫研究领域中一直是一个重要的方向。无论是昆虫的气味选择实验、产卵偏好实验、寄主偏好实验、食物偏好实验、昆虫取食行为观测实验等相关实验，实验数据都是研究人员通过肉眼观察记录或者判断。这种方法有多个弊端：非常消耗人工，从而会增加时间和预算，同时也会使追踪评估的结果不够客观且不能量化分析。在这个背景下，昆虫追踪定位系统的出现为昆虫行为研究带来了巨大的帮助。一、显示运动轨迹，提高效率昆虫追踪定位系统是一款全新的科研工具，它集高清高帧频工业相机与昆虫行为分析软件于一身。该系统的多种运动参数自动记录功能，软件自动追踪目标昆虫的运动轨迹。昆虫追踪定位系统还拥有目标选择功能，实时观测时支持对实验昆虫进行选择性显示，重点观测分析目标昆虫，并生成随时间变化的X坐标和Y坐标，轻松获得目标昆虫的行为模式。大多数昆虫行为研究都集中在一般的运动行为上。使用昆虫追踪定位系统进行视频跟踪，可以轻松地分析出昆虫的爬行参数，如爬行距离、爬行时长、爬行速度、停留总时长、停留次数、穿越边界次数等，并将运动数据可视化。在研究蝶类求偶飞行、犀金龟为争取配偶而斗争、榄叶提取物对初龄菜青虫乌的拒食和引诱取食作用、花果发育过程中气味挥发物对传粉者行为的调节、光肩星天牛对沙枣和新疆杨的偏好性等昆虫课题时，我们需要观测昆虫的运动，并进一步分析其目的和行为模式。观测昆虫的行为实验时，基于高清高帧频工业相机的记录系统能够捕捉并分析昆虫行动轨迹的详细数据，包括爬行距离、爬行时长、爬行速度等参数。此外，昆虫行为分析软件将捕获的运动数据转化为直观的数据，使得数据可视化，帮助研究人员更轻松地分析数据，发现隐藏在大量数据中的运动规律和行为模式。通过精确捕捉昆虫行为的每一个细节，并清晰地展示目标昆虫的运动轨迹，昆虫追踪定位系统不仅显著提高了研究效率和精度，而且提供了前所未有的观察体验。其客观且可视化的数据，让科学家能够更直观地理解和分析昆虫行为，进一步推动了相关领域的发展。 二、产出量化数据，便于分析更进一步寻找昆虫运动的规律，往往需要工具辅助。研究昆虫行为需要昆虫追踪定位系统自动追踪和记录昆虫的行为，生成量化数据，从而避免了人工观察的弊端，提高了效率和准确性。由于系统能够自动记录数据，避免了人为干扰和主观判断的误差，使得研究结果更加可靠和可信，因此昆虫追踪定位系统还可以提高研究的客观性和可重复性。同时，由于系统可以生成大量的量化数据，研究人员可以进行更深入的数据分析和模型构建，进一步推动昆虫行为研究的发展。将为科研工作提供丰富的数据支持。这无疑将使昆虫行为的研究更加深入和精确。总的来说，昆虫追踪定位系统是昆虫研究领域不可或缺的研究工具。它将开启你的昆虫研究新篇章，让你对昆虫行为的理解更加深入。

圆柱电芯的膨胀力主要源于电池内部的化学反应和充放电过程中的物理变化。在充电过程中，正极上的活性物质释放电子并嵌入负极，导致正极体积减小，负极体积增大。同时，电解液在充电过程中发生相变及产气副反应，也会造成一定的体积变化。这些因素共同作用，使得圆柱电芯在充放电过程中也会产生膨胀力。随着充放电次数的增加，这种膨胀力逐渐累积，导致电芯的尺寸发生变化。这种尺寸变化不仅会影响电池的外观和使用寿命，还可能对电池的安全性产生影响。因此，准确表征圆柱电芯的膨胀力对于优化电池设计、提高电池性能和安全性具有重要意义。表征圆柱电芯膨胀行为的方法电池的膨胀行为分为尺寸上的膨胀量和力学上的膨胀力测量。目前，对于软包电池、方壳电池膨胀行为的测量表征，已有较多研究和相应的测试手段及设备，在此不再赘述。但对于圆柱型电池的膨胀行为研究相对较少，也没有较好的商业化膨胀力评估手段。目前在文献资料中，常见的圆柱电芯膨胀行为的表征手段主要有以下几种：1、估算法如图1和图2所示，有研究表明圆柱型电池的膨胀变化与电池的SOC和SOH状态具有一定的相关性。但该方法建立在圆柱型电池的膨胀在整个圆周上是均匀的。图 1 单次充放电过程中，圆柱型电池的可逆膨胀变化图 2 电池老化过程中，圆柱型电池的SOH变化与不可逆膨胀之间的关系直接测量法通过在圆柱电芯外部施加压力，通过贴附应变片测量应变，该方式计算复杂，无法直观体现膨胀力。2、影像分析法影像分析法是一种无损检测方法，如利用CT断层扫描、中子成像、X射线、超声波等影像技术观察电芯内部的形变情况，通过分析影像的变化来测算电芯尺寸变化。这种方法适用于多种类型的圆柱电芯，且对电芯无损伤。然而，影像分析法需要使用昂贵的专业设备，且测量精度易受到设备性能和操作人员经验的影响。3、薄膜压力法一般需解剖圆柱电池，在电芯内部嵌入薄膜压力传感器或压敏纸的方式，从而获得圆柱电芯在不同方位上的膨胀力分布情况。但薄膜压力传感器精度一般较低，成本高；而压敏纸分析，具有滞后性。该测试均为破坏性测试。表征圆柱电芯膨胀行为存在的问题有研究表明，圆柱型电池电池实际的膨胀是明显偏离预期的均匀膨胀，在周长上会形成膨胀和收缩的区域，这取决于圆柱型电池的卷芯卷绕方向。因此，使用体积变化来研究老化或预测SOC需要特别谨慎，因为膨胀会因测量位置而显著不同，测量结果可能因测量方法而有偏差。电弛膨胀测试解决方案电弛自主研发的电池膨胀测试系统，高度集成了温控、充放电、伺服控制、高精度传感器等模块，并提供企业级系统组网功能。该系统可对多种电池种类和电池形态的电池进行膨胀行为测试，包括碱金属离子电池(Li/Na/K)、多价离子电池(Zn/Ca/Mg/Al)、其他二次金属离子电池(金属-空气、金属-硫)、固态电池，以及单层极片、模型扣式电池(全电池、半电池、对称电池、扣电三电极)、软包电池、方壳电池、圆柱电池、电芯模组。同时，可为不同形态电池提供定制化夹具，开展手动加压、自动加压、恒压力、脉冲恒压、恒间距、压缩模量等不同测试模式的研究。本产品还可方便扩展与电池产气测试、内压测试、成分分析的定制集成。为锂电池材料研发、工艺优化、充放电策略的分析研究提供了良好的技术支持。参考文献Jessica Hemmerling, 2021. Non-Uniform Circumferential Expansion of Cylindrical Li-Ion Cells—The Potato Effect. Batteries, 7, 61.