芬顿试剂”最早由法国科学家芬顿在酒石酸的分解反应中发现，它是指在酸性条件下Fe2+与H2O2组合的体系。1964年加拿大的Eisenhauer首次在工业废水处理中加入芬顿试剂处理苯酚及烷基苯废水，之后很多学者都将芬顿试剂应用到有机物的降解中。例如，王中旭等以修饰后石墨/聚四氟乙烯为阴极，采用电芬顿反应降解纤维素。由于设备简单、操作简便、反应快速、高效等优点，芬顿氧化技术在有机污染物的水处理领域引起了国内外科学家的极大关注。
2芬顿反应的特点
芬顿反应通过Fe2+与H2O2反应产生强氧化性的羟基自由基(•OH)达到降解有机污染物的目的。反应机理如下:对比于其他氧化剂，•OH具有更高的氧化电位，氧化电位为2.80V，•OH与其它氧化剂的电极电位比较。氟的氧化电位最高，为3.06V，•OH的氧化性仅次于氟，因此具有更强的氧化能力。
3均相芬顿氧化技术的机理及应用
3．1超声芬顿氧化技术
超声辐射产生的空化效应在瞬间能释放高能量，利用这一原理，将超声辐射与芬顿氧化技术结合，使H2O2分子裂解形成具有活性的•OH基团，超声与Fenton试剂联用的体系被称为超声－Fenton氧化技术。超声－Fenton氧化技术的优点是:超声辐射能使H2O2分子裂解产生•OH，这样就能增加反应体系的活性基团，加速有机物的降解。Voncina等利用超声辅助的芬顿氧化技术降解6种活性染料(活性黄15、活性红22、活性蓝28等)，研究结果表明芬顿体系中超声波的引入可以提高芬顿反应的效果。陈颖等采用准好氧矿化垃圾反应床+超声/芬顿联用技术对垃圾渗滤液进行预处理。在超声－Fen-ton最佳工艺条件下，COD、总磷和色度的最高去除率可达90%以上，且出水无臭。Zhang等研究了芬顿氧化技术对活性黑8(RB8)的氧化脱色和矿化的影响，研究表明利用超声波为辅助芬顿氧化技术能提高COD的去除率，但是对RB8的脱色影响不明显。超声－Fenton氧化技术由于超声的制备工艺及成本昂贵等问题，限制了该技术的推广程度和使用范围。
3．2微波芬顿氧化技术
在Fenton体系中引入微波的联用技术称为微波－Fenton氧化技术。微波诱导的芬顿氧化技术是近年发展起来的新型氧化技术。微波－Fenton氧化技术的优点是:微波能使带有磁性的污染物产生热点”，这样能降低化学反应的活化能，缩短反应时间，加速有机污染物的降解。Homem等将微波一芬顿氧化技术应用到阿莫西林的降解中速率。Yang等将微波辐射与芬顿氧化技术相结合用于处理高浓度制药废水。结果表明，在微波功率为300W的最佳反应条件下，COD的去除率可达57.53%。但是与普通芬顿法相比，微波－Fenton氧化技术的缺点是处理费用较高。
3．3光芬顿氧化技术
在芬顿反应中，Fe2+和Fe3+都能与H2O2反应产生•OH，从而实现Fe2+和Fe3+的循环，但是Fe3+与H2O2的反应是这一循环反应的限速步骤。为了提高芬顿氧化的效率，研究者们将紫外或可见光与Fenton联用以提高芬顿体系的催化活性，这种紫外或可见光照射下的Fenton试剂体系被称为光－Fen-ton氧化技术。光－Fenton氧化技术的优点是:首先，Fe3+与•OH产生的(Fe(OH)2+)在光照射下可直接产生•OH和Fe2+，加速了Fe3+和Fe2+之间的循环。其次，光照射H2O2可直接产生•OH，提高了H2O2的有效利用率。再次，紫外光的直接照射可打破有机物现有分子结构而被直接降解或氧化，增加了有机物降解的途径。刘晓霞等采用UV－Fenton体系处理黑色KNB染料废水。研究表明，在酸性条件下，当KNB的初始浓度为50mg/L，H2O2为0.2ml/L，FeSO4为0.7mmol/L时，采用紫外光照射，反应1小时后染料废水脱色率几乎可达100%。Elmor-si等在酸性红73(MR73)的降解研究中，将紫外光引入Fe2+和H2O2体系中，可以有效提高芬顿体系的反应速率，UV－Fenton能促进目标物的降解和矿化。王继全等采用可见光与Fe2O3复合催化剂催化降解有机污染物，在可见光(λ≥420nm)的照射下，催化剂对RhB和MB都有着很好的催化降解效果。由于紫外光是可见光中的一小部分，其获得成本较高限制了紫外－Fenton氧化技术的推广应用。
3．4电芬顿氧化技术
电－Fenton氧化技术就是在电解槽中通过电化学反应生成Fe2+与H2O2作为芬顿试剂，当废水流入电解槽时，通过生成的H2O2与溶液中的Fe2+催化剂两者产生•OH来实现降解有机污染物的目的。电－Fenton氧化技术的优点是:首先，电－Fenton在原位生产H2O2，可以有效避免试剂在运输、储存过程中的风险。其次，电－Fenton可以利用O2产生H2O2，H2O2的产生可以由电化学作用调控，这样能有效提高H2O2的利用效率。再次，电－Fenton降解有机污染物除了•OH的氧化作用外，还有阳极氧化、电吸附的贡献。最后，电－Fenton降解有机污染物污泥产量少，可有效降低二次污染的风险。王盛将电－Fenton体系引入2－乙基葸醌改性气体扩散电极中处理含苯酚废水。通过电－Fenton体系的协同作用产生无选择性氧化剂•OH来，氧化降解废水中苯酚。当铁片作阳极，催化剂2－乙基葸醌大于20%时，降解60min后，苯酚降解率都保持在80%。宋燕为了解决水中个人护理品难以处理的问题，以石墨烯气体扩散电极为阴极，构建了均相电芬顿氧化体系，并应用于含三氯生模拟废水的氧化降解，结果表明，对于初始浓度为45mg/L的三氯生，强酸性条件下外加Fe2+，电芬顿氧化的处理180min，三氯生废水的降解率为73.9%。电－Fenton氧化技术利用了电化学反应和芬顿氧化能力，它与光－Fenton相比降解有机物的机制较完善，且降解途径增加，但是该项技术要求电极应有较高电位用于析氢，同时还需要具备氧还原电子的催化活性，对电极在废水中的稳定性和抗腐蚀性有很高要求，往往需要提高处理成本来获得高效的处理效果。
4结语
【关键词】感应光纤传感器；传感器原理；应用；发展
1.引言
由于各行各业对高效率高水平操作的需求，随着光导纤维和光纤通信技术的发展，光纤传感技术应运而生。作为一门较为崭新的技术手段，光纤传感技术具有抗电磁干扰性强、灵敏度高、电绝缘性能好、安全可靠、耐腐蚀等优点，并在众多领域具有广阔的前景，如航天、航海、石油开采、电力传输、核工业、医疗、科学研究等。随着密集波分复用DWDM技术、掺饵光纤放大器EDFA技术和光时分复用OTDR技术的发展和成熟，光纤传感技术正向着更为高速、大容量的方向发展。当前，感应光纤传感技术的研究已经成为各领域开发的热点与关键。本文主要介绍了感应光纤传感器的基本原理及其优点，对它的应用进行适当归纳，并分析感应光纤传感器的发展趋势。
2.感应光纤传感器的基本原理
感应光纤传感器主要由感应光源、入射光纤、出射光纤、调制器、探测器以及解调器组成，其基本工作原理是将从光源感应到的光通过光纤送入调制器，当待测参数与进入调制区的光相互作用之后，光的性质将会发生化学变化成为可被调制的信号光，这里主要被转换的有光的强度、波长、频率、相位等，这些信号光经过出射光纤进入探测器和解调器，最后可得到被测参数。
感应光纤传感器依据传感原理可分为功能型和传光型。功能型感应光纤传感器主要是利用光纤本身的某种敏感特性或功能支撑，而在传光型感应光纤传感器中，光纤只用于传输光，这种传感器是在光纤端面或中间加装其他的敏感元件来分析被测物的变化。与传光型感应光纤传感器相比，功能型的感应光纤传感器中的光纤除了作为导光媒介外，还充当敏感元件，具有结构紧凑、灵敏度高的优点，而传光型的传感器却具有成本较低的优势，且更为实用化。
3.感应光纤传感器的应用
感应光纤传感器的应用越来越贴近人们的生活，在社会各个领域应用广泛，如工业生产、医疗卫生、国防工程等，以下将从城市建设、电力、石油开采、环境监测、医学领域几个方面对感应光纤传感器的应用进行论述。
3.1城市建设的应用
在现代城市建设中，桥梁、大坝、核电站等大型建设项目都采用了光纤传感技术，尤其是在桥梁的检测中更具有明显的优势。传统的桥梁检测是以电检测方法为主，需要大量的人力和物力，无法做到实时监测。感应光纤传感器在桥梁检测中，主要是利用光纤对某些特定的物理量敏感的特性，将外界物理量转换成可直接进行测量的的信号，我们把感应光纤传感器埋入桥梁中，对桥梁内部的应力、应变以及结构损伤进行测量。目前，国内外诸多国家纷纷在桥梁、大坝登封大型民用基础设施的安全监测中采用感应光纤传感器，取得了令人鼓舞的进展。
3.2电力系统的应用
在电力系统中，我们常常要对系统中的温度、电流等参数进行测定，感应光纤传感器因其抗电磁干扰、电绝缘、高灵敏度等优点，对电力系统的参数测定具有明显优势，如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等方面。
3.3石油化工的应用
目前，我国对油田的开采已进入高含水开采阶段，由于原有中的含水率达到八成以上，而传统的测量工具分辨率较低，不能完全满足油田开发的需要，由于感应光纤传感器的抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、寿命长以及对被测物影响较小等优点，非常适用于石油化工的开采。感应光纤传感器主要对流体流量、温度、压力、含水率、含气率、密度自然伽马、VSP和光学电视进行测量。
3.4复合材料研究的应用
复合材料的研究已成为航空、建筑、工业等领域的研究热门，由于复合材料的制作过程对其的宏观性能具有重要影响，我们可以考虑采用感应光纤传感器，从复合材料的制造、固化，直至形成的过程中，对应力、应变进行跟踪，将能很好的保证复合材料的宏观性能。另外，将感应光纤传感器看作一种器件埋置于复合材料中，因其高灵敏度的特性，可使得材料智能化，即使对外部环境的变化进行响应。感应光纤传感器的应用将会为智能复合材料的发展奠定良好的基础。
3.5医学领域的应用
感应光纤传感器在医学领域的应用，主要体现在医学临床光纤辐射剂量器、呼吸气流传感系统、FOS氧气浓度测量以及氢氧化物、污染物的测量、光纤表面细胞质粒基因组共振生物传感器、生物适应FOS系统对生化技术和医药研究等方面。在医学领域的应用中，主要依据感应光纤传感器对实时的信号进行处理，并传递给主控台，有利于医护人员对病患的监控和诊治。
4.感应光纤传感器的发展方向
4.1国内外感应光纤传感器的研究进展
在光纤传感技术的研发过程中，美国是第一个提出光纤传感技术的国家，因而感应光纤传感器在美国的民用和军事领域进展十分迅速。日本和西欧等国家在20世纪90年代也逐步开始对光纤传感技术高度重视，在经济电讯领域应用广泛。而我国是在20世纪70年代开始研究光纤传感技术，与世界先进水平相差不多，现已有相当数量的研究成果达到世界先进水准，具有较高的实际应用价值，当然，在感应光纤传感器的商品化和产业化方面，与发达国家具有不小的差距。
4.2感应光纤传感器的发展方向
由于感应光纤传感器的多种优势，以及巨大的潜在应用空间，感应光纤传感器可以从多用途、多材料、多环境、多技术等方面进行研究和发展，尤其研究感应光纤传感器各组成部件的性能，改进各敏感元件的制作工艺和结构，探索新的传感机理，引入微机处理技术，向数字集成化和工程自动化靠拢，使得感应光纤传感器能够扩大应用范围、降低成本，综合利用多项技术，更为全面的完善感应光纤传感器的应用，满足国内市场的需求，从大比重研究转向大比重商品产业化发展。
5.结论
综上所述，感应光纤传感器经过几十年的研究和发展，已经在各领域占有不小的比重，感应光纤传感器的发展满足了各类控制装置及系统对信息获取和传输的需求，实现了工作的自动化，当然现有的感应光纤传感器还不足以完全满足实际的需要，仍需要在不断推广的同时，解决性价比、光纤材料、优化传感机理等问题，才能在真正意思上完成对感应光纤传感器的应用，研制出能够广泛推广的商品化感应光纤传感器，这将会成为今后感应光纤传感器进一步的发展趋势。
参考文献
[1]阮周宁.基于相位载波技术的全光纤分布式传感系统及其稳定性研究[J].仪表技术与传感器，2007（12）：118～119.
关键词：物理学医学促进
我们国家医学物理学的发展相对滞后，尤其是医学电子学的发展几乎依靠国外技术，特别是激光医学或放射医学领域。生物医学与生物工程、保健物理学与粒子物理学工程力学息息相关。可以说，物理学科的不断进步，大大提高了医学教育和临床医学的发展。
我们知道，医学物理学主要研究人体器官或人体系统运行过程的物理解释，人体组织的物理性质和物理因素对人体的作用机理，以及人体内部生物电、磁、声、光、热等物理现象的反应和物理仪器的测量技术在医疗中的应用。中国指导1986年才正式加入国际医学物理学会组织。随着计算机技术的发展，医学物理愈来愈朝着精确物理技术延伸。光学纤维技术在导管影像的医学领域的应用已为大家所熟知。可以说没有物理学就没有现代医学。那么物理学对医学有些什么方面的促进呢？
一、声学对医学的促进
声学是物理学发展初期认识的基本规律。中意望闻问切中就唱采用敲击听音，腹鸣判断等医疗诊断办法。现代诊疗技术中，超声学在医学诊断和治疗中一广泛使用，形成了超声医学。超声波在临床诊断上利用了超声波良好的指向性和反射、折射、衰减和多普勒效应等物理规律，利用超声波发生器发出超声波并发射到人体体内，在组织内传播史，病变组织和正常组织的传播差异，在接收器接受后经过显示器显影，医生才能判断组织现象。譬如B超仪和多普勒血流仪等。另外超声治疗应用也已很普遍。超声医疗是基于超声在人体内的机械反应、热效应和理化反应。譬如超声碎石、超声烧癌、超声外科手术刀、超声药物导入等等。这些技术在治疗血管疾病、癌症、腰腿疼、口腔疾病等方面非常广泛。
二、电磁学对医学的促进
电磁学发展是上个世纪至今对人类发展的贡献可以说是最伟大。医学物理学更是不可忽视。大家所熟知的核磁共振技术就是其一。磁共振断层成像技术是核物理学、光学、粒子物理学、量子物理学等物理学分支在医学中的运用。它是一种多参数、多核种的成像技术。当前医院广泛采用的主要是氢核密度弛豫TT成像。其基本原理就是利用一定频率的电磁波向处于磁场中的人体照射，人体不同组织的氢核在电磁作用下发生共振，吸收部分能量后又发射电磁波，一种被称为MRI的系统探测到这些从人体发射出的电磁波经计算机处理，特别是重建图像而得到人体的断层图像，经医生研究判断病理信息。被广泛采用的X-CT技术的原理与之类似。
大家知道，电子显微镜在医学中可以观察普通光学显微镜不能观察到的现象。技术条件好的医院，可以利用电子显微镜观察生物病毒、蛋白分子结构、细菌细胞的精细分布等。
三、光学对医学的促进
光学堪称医学发展史上最主要的物理专业知识。大家所熟知的伽马射线刀，就是光学技术的运用。
物理学知识告诉我们，激光是60年代初出现的一种新型光源，激光以其高亮度、高单色性、高方向性和高相干性，引起普遍重视，并很快在工农业生产、科学技术、医疗、国防等各个领域得到广泛应用。激光在活体组织传播过程中会产生热效应、光化效应、击穿和冲击作用。激光医学是激光技术与医疗科学有机结合的产物，激光在70年代开始广泛用于临床；90年代，随着新型激光器的研制成功，激光与医疗、生物组织科学紧密结合，研究范围日益扩大。Nd：YAG激光器以其增益高、阈值低、量子效率高、热效应小、机械性能良好、适合各种工作模式（连续、脉冲）等特点，在当今各种固体激光器中应用物质相互作用的效果是不同的，不同波长的Nd：YAG激光器采用连续、脉冲等方式工作使激光与不同部位的生物组织相互作用，可以获得良好的疗效。医用Nd：YAG激光器在外科手术、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮肤科、美容等方面应用广泛，特别是治疗皮肤色素性疾病，有创伤小、愈合好、无疤痕等独特优点。紫外线在传播到肌体组织时会产生杀伤性，所以紫外杀菌消毒也被广泛采用。世界上第一台光学显微镜的产生.使人们能够观察到肉眼不能观察到的东西。以往研究者对于细胞结构的探讨局限于固定的样本与生物化学分析。近来，数字影像技术已经发展并可以用于活细胞的观察。现今利用光学影像技术的观察已经可以观察数十纳米（nm）的标本。例如；干涉差显微镜；荧光撷像或是活细胞的操作方面都有长足进步。美国Cutera公司研发的这项技术称Titan技术，其光谱范围在1100-1800nm，靶组织为水。真皮网状层含水是最多，吸收红外光能转化热能，作用于真皮促其产生胶原。此项技术也被形象地称为“光波拉皮”。
特别值得提到的生物医学领域的金纳米棒的光学特性，具有横向等离子共振吸收和纵向等离子共振吸收特性，这一特性在生物和化学传感方面有着广泛而重要的应用前景。
总之，物理学极大的促进了医学的发展，现代医学依赖于物理学融于物理学的程度也越来越高。作为物理学必定在医学中运用的更加广泛，并未人类发展做出更大的贡献。
参考文献：
[关键词]电子技术应用领域发展趋势
中图分类号：TP315文献标识码：B文章编号：1009-914X（2016）10-0297-01
一、电子科学与技术概述
电子技术是依据电子学的基本原理，利用电子元器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，它主要概括为：信息电子功能材料和器件、超大规模系统集成芯片设计，纳米电子器件，电子离子光学与带电粒子束物理，信息显示器件与技术，光电子材料与器件，现代信息光子学与技术等。本学科在电子陶瓷与器件、铁电薄膜与器件、纳米电子器件、储能与能量转换材料与器件、电子离子光学现论与系统、信息显示器件、超快速光电子学、超大规模集成物理与电路设计等。目前，电子技术在各行各业都有着非常重要的价值，它所包含的内容逐渐丰富，现如今其技术已经日趋完善，迎来发展的高峰期。
二、电子技术在行业中的应用
1、传统领域中的应用
在传统的工业领域中，应用广泛的主要是交直流电动权，直流电动机具有较强的调速功能，为其供电的可控整流电源或者是直流电源，多数采用的是电力电子装置。伴随着科学技术的不断进步，电力电子变频技术迅速发展并成熟，它使得交流电机的调速性能得到了很大的提升，并且逐步取代直流电机，占据市场的主要地位。在工业生产中，交流电机广泛应用于不同载荷的轧钢机和数控机床上，发挥着重要的作用和良好的性能。为了避免在设备启动中引起电流冲击，一些不需要采用电力电子装置的设备也开始广泛取该装置设备。同时，在电镀装置中也安装使用了整流电源，冶金工业中的高频，中频感应加热电源也广泛使用电力电子技术，电力电子技术的使用范围和规模在日益扩大。
2、通信工程的应用
从工程技术角度来看，电子技术与通信工程相结合，在社会生活的各种应用迅速的发展，它包括：移动通信与个人通信、卫星通信、光通信、宽带通信与宽事通信网、多媒体通信、语音处理及人机交互、图像处理与图像通信、信号处理及其应用技术、集成电路设计与制造，电子设计自动化技术及其应用，通信与测量系统的电路技术，微波技术及其应用，微波传输。辐射及散射，微波电路，微波元器件，微波工程，光电子学与光纤通信工程，信息光电子工程，电子束，离子柬及显示工程，真空电子工程，电子与光电子器件，微电子系统设计与制备，纳米材料与技术等。
3、在交通领域中的应用
电子技术在交通领域中的应用主要为交通系统应用，电力机车目前正在由传统直流电机传动向交流电机传统转变。主要采用GTO控制器件，整流和逆变用PWM控制，所以可使输入电流为正弦波。目前，很多国家在研制采用直线同步电机驱动的磁悬浮列车，一旦该技术成熟并成功应用的话，将会为交通带来一次变革，不仅有利于缩短时间还对节能减排做出重要贡献，电机技术还可以用于汽车的发动机。在现代汽车上，机械式机电混合式燃油喷射系统已趋于淘汰，电控的燃油喷射装置因其性能卓越而被广泛应用。通过电子喷油装置可以自动地保证发动机始终在最佳工作状态。使其输出功率在一定的条件下最大限度地节油和净化空气，同时通过实验获得最佳的工作条件，并输入存储器中，当发动机开始工作时，根据传感器测得的空气流量、排气管中的含氧量等参数，按照事先编号的运算程序进行，然后控制发动机在最佳工况下。
4、在电力系统中的应用
电力电子技术是电工技术中的一个新兴技术，已经在国民经济和社会建设中发挥着巨大的作用，对于未来输电系统的性能也有显著的影响。目前，电力电子技术在电力系统中的应用已经涉及到诸多方面，例如：发电环节、输配电系统、储能系统等。在配电系统中，电力电子装置可以用于防止电网的瞬间停电、瞬间电压跌落和闪变等情况，便于进行电能的质量控制，改善输供电的质量。电子技术还可以应用于变电所中，在变电所中主要是给操作系统提供可靠稳定的交直流操作电源，给蓄电池充电等都需要电子装置。
5、在医学中的应用
电子技术在医学中的应用主要有电子病历、生物芯片、便携式医疗电子检测仪、远程诊疗系统等。电子病历是电子技术和网络技术的结合。可以为医疗机构提供适时的医疗信息，是系统化的居民健康档案。也可以为医疗责任提供证据；利用传感器的生物芯片，可以对人体进行DNA的检测，快速处理相关信息，亲子鉴定等；电子技术应用于便携式医疗电子检测仪，可以通过微控制器，连接医疗机构网络，实现医生对患者的后期诊疗观察，有利于医疗效果的发挥；同时，利用医学与网络技术、微电子技术等，可以达到医学的远程诊疗，实现医学资源的共享，有利于偏远地共的医学诊疗。
三、电子科学与技术的发展趋势
现在电子科学与技术的发展，以及现代电子技术的不断普及，在不断的改变着人们的日常生活方式和方法。而随着计算机技术、网络技术和材料技术的发展，现代电子技术也在逐步走向学科集成化的发展倾向，将逐步呈现出以下的发展趋势。
微型化
微型化的提出，是以纳米技术作为现代电子科学与技术的发展的基础。并由此延伸出了纳米电子学，其主要则是在纳米的尺度之下，对事物运动的规律和特性进行深入的研究，从而利用纳米级的事物专属特性对其进行开发和利用，主要利用与生物科技以及医疗工程中，纳米检测仪器，纳米电器件等将逐渐被广泛使用，再一次收发电子器件的变革。
智能化
智能化作为现代电子科学与技术发展的必然趋势，在很大的程度上对其进行使用，从而代替了各种不同危险的、枯燥的工作。如现代制造中的智能焊接、智能车载和智能机器人，都是对电子科学与技术的不断应用，而未来电子技术智能化的应用，将使得人们的劳动力由繁重的体力劳动中解放出来，让人们有空闲进行更加轻松、安全的工作，比如智能组装流水线。智能矿脉探测等都是智能化电子技术的应用范畴。
精确化
技术的进步和经济的发展，使得人们开始从原始的劳力劳动中解放，开始转向信息更为流传的精确程度，现代电子科学与技术可以应用于各种观测，传达室输性行业，如气象预测、信息传输、医疗检测等更多方面军。提高观测精确度，做到在最小程度内的信息精确，做到最小的信息传达输损耗。
平民化
截止到目前为止，大部分的电子科学与技术开始被逐步应用在了特定的人员、特定的地点和特定的阶段，如在医疗中不断使用的B超技术，在气象通信中使用的气象预测卫星等。而这些技术已经完备，但是，在很大程度上还属于少数人在开始使用。而为更好的促进全民使用电子设备，小型化、平民化趋势正在成为未来发展的新起点和新方向。如现代的血糖测试仪、洒精测试器等也开始逐步实现平民化，从而可以适当降低精确度，大加幅度缩小体积。降低操作难度，提高产品安全系数，降低材料成本，做到平民化与高科技化两种等级，尽量面向更多人群开放。
5、光电子技术产业化
光电子技术涉内容：光子产生、控制的激光技术及其相关应用技术；光子传输的波导技术；光子探测和分析的光子检测技术；光计算和信息处理技术；光子存储信息的光存储技术；光子显示技术；利用光子加工与物质相互作用的光子加工与光子生物技术。由以上技术形成的光电子行业的五大类产业格局：光电子材料与元件产业、光信息（资讯）产业、传统光学（光学器材）产业、光通信产业、激光器与激光应用（能量、医疗）产业。
结语
随着现代科学技术的飞速发展，人类历史即将进入一个崭新的时代，电子科学技术的发展和更新在随着时间的步伐，在不断的改变。并在逐步的广大化，电子科学技术与其它技术结合有利于促进社会科学技术的进步，无论是生活还是科学研究，电子技术都不必不可少的独立技术，电子科学与技术对于国家经济发展、科技进步和国防建设都具有重要的战略意义。
【关键词】教育技术;三维成像;光技术;虚拟现实
【中图分类号】G40-057【文献标识码】A【论文编号】1009―8097(2009)12―0102―04
一虚拟现实研究现状
虚拟现实技术是许多相关学科领域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、超声波、心理学等。我们必须清醒地认识到,虽然这个领域的技术潜力是巨大的,应用前景也是很广阔的,但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。
就像电影《黑客帝国》里描述的那样,未来的我们竟可以生活在一个由电脑控制的虚拟世界里。在这个世界里,我们同样拥有各种感觉,同样拥有亲戚朋友,同样拥有工作,同样拥有现实世界的一切“真实”。只是,这一切都是虚拟的[1]。虚拟现实如果应用于教育有可能是教育技术仿真的一个飞跃。虚拟现实营造了“自主学习”的环境,由传统的“以教促学”的学习方式代之以由学习者通过自身与信息和环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式,能做到在教学活动中“学生为主体、教师为主导”。将其引入课堂,展现那些在传统的教学模式中无法实现的教学过程、虚拟各种实验设备和实训环境,甚至用于远程教育,从而生动地表现教学内容。因此,虚拟现实技术进入高校教学的研究,势必将会对探索发展现代教育思想、提高教学质量水平、改善实验培训环境、优化教学过程、加速培养现代化的专业技术人才产生深远的影响[2]。
如何显示虚拟场景呢?现在应用的虚拟现实广角(宽视野)的立体显示,主要采用多通道平面或环幕立体投影展示系统,需配戴跟踪头部运动的虚拟现实头套,另外一些设备还需要数据手套和数据衣。这些系统使用复杂,局限性强,仿真效果差,价格昂贵推广不易。本文虚拟仿真显示的设计构思是采用光技术,利用光投影机投射而成的3D全息展示系统,人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中,并操作、控制环境,实现特殊的目的,即人是这种环境的主宰。能将课堂教学情景、课件内容立体真三维可视化,再配合声音、资源库、智能系统等双向互动,完全模拟真实情景,与现场无异,它具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率,以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。
美国麻省一位叫ChadDyne的29岁理工研究生发明了一种空气投影和交互技术,这是显示技术上的一个里程碑,它可以在气流形成的墙上投影出具有交互功能的图像。此技术来源海市蜃楼的原理,将图像投射在水蒸气上,由于分子震动不均衡,可以形成层次和立体感很强的图像。另据报道,日本公司ScienceandTechnology发明了一种可以用激光束来投射实体的3D影像,这种技术是利用氮气和氧气在空气中散开时,混合成的气体变成灼热的浆状物质,并在空气中形成一个短暂的3D图像。还有,南加利福尼亚大学创新科技研究院的研究人员目前宣布他们成功研制一种360度全息显示屏,这种技术是将图像投影在一种高速旋转的镜子上从而实现三维图像,只不过好像有点危险。可以说这些技术很多国家都在研制,毫不夸张的说这项技术它包含了未来,谁最先使用这项技术,谁就最先走入未来的先进技术行列。[3]
二光技术及其应用效果
1三维成像如何显示
人看周围的世界时,由于两只眼睛的位置不同,得到的图像略有不同,这些图像在脑子里融合起来,就形成了一个关于周围世界的整体景象,这个景象中包括了距离远近的信息。当然,距离信息也可以通过其他方法获得,例如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等[4]。
根据人眼立体视觉的特性,实现立体电视的方式也对应为两大类:一类是利用两眼的视差特性,使一对视差信号的两幅图像同时出现在屏幕上,让两眼分别观看这两幅图像来获得立体感觉;第二类是利用一只眼睛也能获得立体感的特性,将一对视差信号的两幅图像先后轮流地出现在屏幕上,从而获得立体感觉。
第三种就是真三维成像,本文拟推荐应用光技术全息三维成像,使用普通光束即可(不需银幕真三维)。这个系统可以用来拍摄诸如篮球比赛的三维影片。如果你的家中有三维播放机,你就可以在虚拟现实状态下观看篮球比赛,观看者会感觉自己仿佛就在场内一样(见图1)。全息三维立体显示正在向全息彩色立体电视和电影的方向发展。同理,课堂教学也能够获得同样的视觉和听觉效果。
图1三维播放机
2如何实现光电三维成像
使用课堂多媒体光电三维成像设备,主教室和各分教室双方的三维立体全息图像便瞬间出现在对方面前,让两个不同空间的人同时出现在一个空间,就好像一个真人站在你面前一样(见图2),然后你便可以和他随意交谈,使用各种表情,那是一种呈现在空气中的光学立体影像,不需要任何屏幕之类的媒质,不像今天的网络卫星远程教学、可视电话还需要一个屏幕才能显像。光虚拟现实技术可很好地应用到虚拟学习环境的建立。它可以虚拟地建立起与真实环境相近的学习场景,可以把远处的人或物以三维的形式投影在空气之中,使学生似乎已处于真实环境之中。另外,比如配一套可触摸超声波虚拟三维物体的系统设备。可使用户通过超声波高度逼真地触摸到虚拟图像,让人们感觉如同把三维图像掌握在手中一样。
图2两个不同空间的人同时出现在一个空间
3虚拟光电三维成像应用原理
以光干涉为例,获得相干光的方法:两列或几列光波在空间相遇时相互迭加,在某些区域始终加强,在另一些区域则始终削弱,形成稳定的强弱分布的现象。不过,只有两列光波的频率相同,位相差恒定,振动方向一致的相干光源,才能产生光的干涉。[5]
因此,由两个(或两个以上的)光束,在满足一定条件下迭加时,在交迭区的不同地点呈现稳定的互相加强或减弱的现象,称为干涉现象。通常两个独立的光源或同一光源上的两个不同部分都不会产生干涉现象。运用某些方法,如光的反射或折射,可以将同一光源发出的光分成两个光束,当这两光束在空间经不同路径而重新聚合时,就能实现干涉现象。
通常采用的方法有两种:分波阵面法和分振幅法。如杨氏双缝、菲涅尔双面镜、洛埃镜和薄膜干涉等。下面分析杨氏双缝干涉原理,如图4。
图4杨氏双缝干涉原理
由垂直于纸面的单缝发出的柱面波的波前被s1和s2两缝分成部分,当两束光到达屏幕P点时,将产生相干叠加,P点的光强
由此可知:半波长的偶数倍加强,半波长的奇数倍减弱。
光的衍射原理:光离开直线路径绕到障碍物几何阴影里去的现象叫光的衍射,只有当小孔、单缝或小屏的尺寸小于波长或和波长差不多时,才能观察到明显的衍射现象[6]。
全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术[7]。
根据相干光干涉、光的衍射原理和利用全息技术原理推理,三维摄像机采用激光作为照明光源,并将光源发出的光分为两束,一束直接射向感光板,另一束经被摄物的反射后再射向感光板。两束光在感光片上叠加产生干涉,感光板上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度,也记录了位相信息,如图4。
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图4全息三维摄影原理
感光板采集后的三维动态数字信息被记录传输全息到存储器,播放时用三维全息投影机播放存储的全息动态三维数字信息,同时利用激光去照射投射的干涉光和衍射光形成的空间立体虚拟光屏上,人眼透过空间立体光屏就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像(见图5)。
图5动态全息三维投影光电成像
当然,被拍摄的不只是人和物体,同样也包含场景。虚拟光电三维成像就是利用相干光和衍射光等技术以及激光、全息照相等其它相关技术来实现光的空间三维成像,根据前面所述是可行的,可达到虚拟仿真所需图像的目的。利用全息投影机,将拍摄全息影像以大画面显示,实现真正无需戴眼镜的3D效果。这才是立体显示的终极目标。其时,“人的头脑就是一部全像摄影机[8]。”而“世界是一张全息图[9]”。全息三维立体显示正在向全息彩色立体电视和电影的方向发展[10]。目前,国外已经有电视、展示等部分行业开始使用这项技术[11]。由于全息立体显示所需要的技术比较复杂,资金投入相对较高,因此目前还没有得到普遍应用。相信随着技术的发展,成本的降低,使用投影技术实现真正全息立体显示将会成为普遍现象。可望在立体电影、电视、展览、显微术、干涉度量学、投影光刻、军事侦察监视、水下探测、金属内部探测、保存珍贵的历史文物、艺术品、信息存储、遥感,研究和记录物理状态变化极快的瞬时现象、瞬时过程(如爆炸和燃烧)等各个方面获得广泛应用。
4光电三维成像与其它虚拟现实技术的异同
虚拟现实技术利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境,用户通过使用各种交互设备,同虚拟环境中的实体相互作用,使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流,是一种先进的数字化人机接口技术。
光电三维成像与其它虚拟现实技术的异同见表1。
表1光电三维成像与其它虚拟现实技术的异同
光电三维成像其它虚拟现实技术
实时三维可视化同左
虚拟环境由基于真实数据建立的数字模型组合而成,严格遵循工程项目设计的标准和要求,属于科学仿真系统。同左
操纵者亲身体验虚拟三维空间,身临其境。具有双向互动功能,没有时间限制,可真实详尽的展示。同左
以高性能计算机为核心的虚拟环境,视觉无需配带眼镜、头盔显示器,以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、通过超声波高度逼真地触摸到虚拟图像,省却了数据手套和数据衣等外部随身设备。味觉、嗅觉与触觉反馈系统等功能单元构成。是一种较为接近人们生理习惯,较易接受的一个虚拟物理环境。以高性能计算机为核心的虚拟环境,以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备[12]。以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。
三未来课堂教学应用虚拟现实技术的研究方向
未来的新型多媒体教学将是以多媒体技术、计算机技术、网络通信技术、自动控制技术、传感技术、光技术、人工智能和虚拟现实技术等的有机结合,能够全面整合网络各种“资源”而形成先进的网络多媒体教学平台。在这种教学平台上,多媒体教室不再是孤立的,它已融入到校园网教学系统中,并以校园网资源为“背景”构建出一个富有时代特色的现代化教学环境:即集教学、管理、娱乐为一体的“数字化校园”[13]。多媒体课室是现代教学环境建设的重要组成部分,是教育技术信息传递的展示平台,是教师了解、联系、应用教育技术的桥梁。因此,虚拟现实技术建构的仿真场景对教育的发展起到多么重要的作用。
设想,未来的三维虚拟场景将更接近现实,先进的传感设备,采集现场场景内所有物质,将采集到的信息,利用现代分析技术,特别是仪器分析方法,测定分子的链和聚集态结构实时进行物质“分子结构[14]”分析,比如人的外观形态、表层分子结构、味道分子结构、温度大小、色彩声音触觉等。并将所得分析结果编组成信息传输,还可实时同步远程分子结构重组,重现虚拟仿真场景,与现场无异。编组后的信息压缩存储于智能资源库,用户只要登陆虚拟平台,即可将编组信息异步分子结构重组重现虚拟仿真场景。不但场景与现场无异,所有物体和人物都与真的相似,有触觉、味道、温度、声音、感情等。信息显示终端可能会配置物体、味道、温度等所需的分子编组箱,编组信息按菜单提取并按分子结构重组。应用原理如图6所示范。
图6未来的三维虚拟现实应用结构图
未来的虚拟校园为的是要提供学生与讲师们另一个沟通的平台,给学生提供一个能够共同学习、互动、分享以及引导创意的空间。学生们在日益普及的虚拟世界里也能感受得到身为学生的归属感,提倡学生们在现实与虚拟校园中的社交活动。也吸引来自世界各地的访客通过虚拟世界来了解大学,并与在线的学生与讲师们沟通。用户可以自由塑造自己的虚拟人物,甚至把虚拟人物打扮成和现实的自己相似的造型。在虚拟教室上课的情况和现实的课堂情况相似,每个学生需找个位子坐下,而讲师在课室的中央或在学生中间授课。虚拟课堂上可以展示幻灯片,播放影像、音乐,还可以通过虚拟的麦克风同时与多名学生即时交谈,与现实无异。
当然,教学不是盲目地追求科技的步伐,但科技确实能够有效地辅助教学。虚拟和现实的教学平台,各有不同的教学效果。能够巧妙地融合两种平台,来传授教学重点,才能有效地引发学生学习的兴趣,达到教学的目的。
四结束语
信息时代的到来,社会节奏的加快,知识呈现出高速增长和快速更新之势。随着科学技术的发展,还会有更多的新技术应用在教育技术中,光技术就是其中重要的一项,21世纪将是光技术应用发展的时代。我们相信,随着三维虚拟仿真技术的快速发展和软硬件技术的不断进步,在不远的将来,真正意义上的虚拟现实技术将为人类娱乐、教育和经济发展做出新的更大的贡献。
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参考文献
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关键词：创新平台光电子材料教学改革
中图分类号：G420文献标识码：A文章编号：1672-3791（2016）11（b）-0105-02
随着材料科学的飞速发展，光电子材料已经成为新材料产业和当代信息技术产业的重要组成部分，引领着光电子、通信、新能源等产业的发展[1，2]。对于光电子材料相关专业的高校本科生，需要具备较强的光电子材料方面的实践能力，以及与这些技能相匹配的理论基础知识。通过《光电子材料》课程的学习，能够加深学生对光电子技术理论知识的理解，帮助学生将光电子技术知识与光电子相关的实验和实践能力紧密结合起来。因此，当代光电子材料相关专业的大学生亟需学习光电子材料的相关知识，以满足科技日益发展的社会需要。[3，4]
光电子材料课程的学习需要学生有良好的电磁学和光学等物理学科的理论基础知识，同时也是一门实用性强、对动手能力要求较高的课程；其课程目标主要是培养学生掌握扎实的专业知识，同时学习实验和实践相关的基本技术，性能检测的方法，培养学生的实际动手能力[5]。通过光电子材料实验可巩固和加强对有关专业理论的理解，提升学生分析和解决问题的能力，使理论与实践教学有机结合[6]。在以往理论教学中，激光原理，光纤导光原理，光调制，非线性光学和光电探测等理论知识，涉及较多的电磁学，光学，固体物理和量子力学等专业知识，对于本科生较难理解，而实验和实践方面又要求学生在掌握理论的基础上具备较强的动手操作能力。因此，由于理论知识较难，必须进行较长时间的理论教学，实验和实践操作时间被压缩，枯燥的理论教学不能激发学生对该课程的兴趣，最终导致教学效果较差。因此，如何增加实验和实践教学的比重，使学生对该门课程产生浓厚兴趣，并将光电子材料基础理论知识与实验和实践结合起来，使学生掌握课程的主要知识和基本的操作技能，是达到良好的教学效果的关键。
1光电子材料课程改革目标
《光电子材料》课程是材料物理（光电材料）专业的专业必修课，涵盖了《光学》、《电磁学》、《固体物理》、《量子力学》等课程相关知识，含有较多的物理公式，具有很强的理论性。根据笔者所在校培养应用型人才的办学特色，结合课程理论性强的特点，该课程目标如下：
（1）通过该课程的学习让学生了解当前光电子技术及研究的最新进展和实际的应用情况。加深学生对光电子技术及其发展的相关认识，并通过讲授光电子技术的发展历程激发学生的研究兴趣和开拓他们的思维与知识面。
（2）将该课程的理论教学与光电材料综合实验等实验课程进行有机结合，力争形成理论和实际相结合，培养学生理论基础知识的同时提升学生的综合实践能力。
2光电子材料课程教学方法和手段改革
根据教育部的专业规范和学校的课程体系，和笔者所在校培养应用型课程人才的办学理念和材料物理专业的特点与培养目标，结合《半导体器件物理基础》理论性强的特点，在该课程建设过程中，以提高教学质量、培养学生主动学习能力和创新能力为目的，采用启发、互动式教学，讲解与讨论相结合，讲授与自学相结合。借助多媒体和实物教具进行形象化教学。充分运用该校多媒体教室所拥有设备以及网络平台来实现教学手段的现代化，充分运用实物、互联网资源以及企业资源，沓涫悼翁玫哪谌荩使其内容具体丰富。
具体采取的教学方法、手段如下：
（1）制作一系列教学video，辅助课堂教学，活跃教学气氛，增加课堂互动，有效调动学生学习积极性。
（2）建设课程网站，通过学生熟悉的微博、小木虫等平台实现“光电子技术基础”网络资源库的建立；并上传精品课时，在互联网上进行国内外的共享。
（3）课堂教学中通过课前回顾、课前提问等方式保持课程的连贯性和逻辑性，采取引入实物、实验演示及参观等方式使教学更加形象化，运用布置课后作业、小论文等方法使学生在课下更好地巩固已学内容，同时对学生掌握知识的程度得到及时的反馈，为学生打下扎实的理论基础。
（4）针对该课程公式偏多的特点，在课上带领学生推导重要的公式，使学生更好地理解公式的物理意义，掌握光电子材料与器件制造及设计的依据。
（5）针对该课程与《光电材料综合实验》等实验课程的密切关联性，在该课程理论教学中先引入关键实验课程，并逐步与《光电材料综合实验》等实验课程进行有机结合，力争做到理论联系实际，学生们学到的知识有的放矢。
（6）通过教师指定报告内容或者讨论主题，让学生进行分组报告或者分组讨论等方式，了解半导体器件物理知识在新器件制造及工艺当中的实际应用，分析和研究实际生活中有关的问题，达到理论联系实际，学以致用的目的，提高学习的深度和广度，促进学生学习能力发展。
（7）课程考核可采取过程考核的形式，即降低学期末考试成绩占总评成绩的比重（50%），另外50%的成绩根据过程考核的成绩进行评定，过程考核主要包括学生的考勤、课堂表现、分组报告或分组讨论和团队作业等多个部分。这种核算成绩的方式可以有效降低学生平时对课程重视度不够，只靠期末进行突击复习的弊端。督促学生平时对课程的各个环节进行高度重视，上课积极回答问题，积极思考如何将理论与实际应用结合起来，并且善于进行与团队协作完成作业。
3结语
光电子材料的研究和应用不但需要较强的光电子技术基础理论知识，还需要较强的理论联系实际，动手操作的实践能力。因此，为满足社会光电子材料专业人才的需要，在协同创新平台的基础上，通过改善原有课程中“学”与“用”脱节的现象，进行有针对性的教学，能够促进学生对理论知识的理解以及知识运用和动手操作的实践能力，促进创新实践能力的专业人才的培养。
参考文献
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由于在计算机技术下控制电极电势的便捷性,实现物质的氧化或还原易如反掌,电化学技术可以方便地用于工业产品的生产,这种技术对环境基本上无污染,当然可应用于环境污染物治理,通过氧化或还原反应去除对环境有害的物质。该技术在环境污染物监测、废水废气处理、土壤再生、气态污染物处理、环境监测、以及开发化学新能源等诸多方面有着广泛的应用,在环境保护和物质再生中也有着广泛的应用前景。它在环境保护过程中所表现出的优越性主要为:(1)环境兼容性高,(2)多功能性,(3)能量利用率高,(4)经济实用。当下处理环境污染物对该技术的主要运用有:电吸附、电凝聚、电渗析、电沉积、电化学氧化、电化学还原、光电化学氧化、电化学膜分离等。
1.1废水处理中电化学技术的作用
水污染是危害人类生存环境最主要的杀手,福岛核污染引起的水污染至今让日本人谈水色变,有数据称,水中的有害元素经水草、鱼虾生物链的富集,进入人体时有害元素含量是水体本身的数百倍,水污染造成的危害由此可见一斑。在电镀工业中生成含氰废水,如采用具有良好抗腐蚀性能的镍电极,在碱性电解液中氧化处理氰化物,当CN-质量浓度较高时(≥1g/cm3),不仅不会产生HCN气体,而且成本更低。处理的氰化物质量浓度可以从1000~2000g/cm3降到不超过1g/cm3,残余的CN-再用氯酸盐进一步氧化,可防止产生HCN气体危害。运用电化学技术处理含酚废水,水被氧化为OH自由基,这些自由基吸附在电极表面与酚反应生成CO2;或是通过间接电氧化的方式破坏有毒物,如Ag+在阳极氧化为Ag2+,在30~60℃下,Ag2+可破坏有机物并可重复使用。有文献报道,对于染料行业中的有机污染物如蒽醌、三苯甲烷以及其他含氮染料等,在有氯离子存在的条件下进行电化学氧化,印染废水的脱色率可达99%,此法还可用于处理含酚、含油、含菌的废水。含铬的废水中以六价形式存在的Cr6+,毒性很高,运用电化学技术使溶液中的Cr6+被还原为Cr3+,毒性随之消解,反应式为:有文献报道利用电化学还原技术处理甲醇-水混合液中的六氯代酚,电流效率可达60%。
1.2土壤再生中电化学技术的作用
清除土壤泥浆中放射性物质、重金属、某些有机化合物或无机化合物,电化学方法是最便捷的方法之一。它的原理是:先在电流的作用下,在阳极区产生酸,酸液穿越土层,从土壤颗粒表面解附污染物;后通过电流促使土壤间隙中的相关物质和电极区人为引入的处理液发生电迁移;最后利用电流产生电势差,进而通过电渗作用,清除土壤中的污染物。电化学方法清除污染物的过程包括(1)电迁移(2)电渗(3)电泳三种机制。使用该法时只需将通以直流电的电极插入土壤里,形成离子的对流、扩散和电迁移运动,即可获得满意的效果[23]。利用电化学技术可以去除土壤中的无机重金属离子和有机污染物。据报道,已有人采用电化学方法去除土壤中的多种重金属、甲苯、二甲苯、酚类化合物和含氯有机化合物等。
1.3废气处理中电化学技术的作用
炼钢厂、化肥厂、化工厂、热电厂等众多厂家在生产中都会排放出许多含有毒、有害的气体(如Cl2,H2S,SO2,NOx,CO2等)。这些污染物大多是电活性的,因此可以采用电化学技术处理。电化学技术处理废气的原理是:溶解和反应转化。即使有害气体溶解在液体中,然后用电解法将其转化为无害的物质。如将Cl2直接在电极上发生氧化或还原反应,或是通过间接电氧化(还原)使Cl2还原成Cl-,N2O则通过电化学技术还原为NH3,SO2可通过多种电化学手段氧化为H2SO4或还原S。其中最成功的方法是ISPRAMARK过程,其原理是利用阳极氧化将HBr氧化成Br2,然后Br2与SO2和水反应制得硫酸。还可以Ce4+为均相氧化还原媒介辅助工艺,将SO2和氮氧化物同时分别转化为硫酸和硝酸;PbO2、连二亚硫酸盐工艺也可有效处理SO2和氮氧化物废气。反应如下。1.4电化学技术在环境监测领域的应用环境保护的前提是环境监测,电化学技术通过选择不同的电极和电解池,设计和制造为传感器、监控器、控制器,可用于环境监测控制。在计算机技术的支持下,电化学技术在环境监测领域已经实现了监测和控制的高灵敏性、快速和自动化,已在环境监测中获得广泛应用。如许多工业部门将电化学技术用于H2、O2、CO2、SO2、NO2、NH3、乙醇、麻醉剂、神经性气体、金属离子等的分析和控制,军工领域自动装甲监测车对战争中化学武器和核子武器爆留物的取样分析等。
2光电化学技术的应用
光电化学是将光化学与电化学方法合并使用,以研究分子离子基态或激发态的氧化还原反应现象、规律及应用的化学分支。光电化学的基础是光伏电池光解(光能转换成电能)、光电合成(光能转换成化学能)和光电催化(光能改变电极反应速度和选择性)。光电化学技术与环境科学相结合,形成了光电化学在环境污染治理中的研究领域,在环境监测、污染治理、清洁生产、清洁能源等方面的应用研究快速发展。半导体光电催化技术在常温常压下进行快速反应,对难降解有机物污染物治理彻底、无二次污染而成为国际环境净化处理研究的前沿领域之一。利用光电化学原理可以富集稀有金属和贵金属、记录和保存信息、还可用简单的方法随时消去信息,这都是发展科学技术所必需的手段。例如,采用光电化学技术可对铜合金在不同介质中的腐蚀行为、自组装膜对金属的防护效果和将具有光响应的TiO2薄膜涂覆于金属表面进行防腐蚀等方面的研究。
3地球化学工程在改善环境中的应用
核工业化的迅速发展给环境也造成了危害。美国、俄罗斯等核大国的核武器数量巨大,严重的威胁着人类生存,除此之外,广泛应用的核电站也令人类喜忧参半,如切尔诺贝利核事故阴云未散,福岛核泄漏又让人谈核色变。因此,处理和如何处理放射性废物是人类必须要重视的问题。起初,人们是通过就地填埋方式,后来逐渐转变为严格选址、包裹深埋厚盖。荷兰地球化学家Schuiling首次提出地球化学工程学概念,其定义为:“应用地球化学过程来改善环境”。在这个理论指导的前提下,人们利用化学和化学技术这个武器去处理放射性废物。因为在地球各圈层中化学元素的分离、迁移、富集、固定、循环都服从地球化学规律,所以处理高中低放射物的也是有规律可循的。短寿命低中放射废物采取近地表处置,在具有几米厚的防护覆盖层的地表上或地表下,或者在地表下几十米的岩洞中,单工程屏障或无工程屏障的废物处置;高放的废物一般采用深地质处置,把高放废物储存在废物容器中,外面包裹回填材料,再向外为围岩多重屏障系统,埋藏在距地表500~1000m的地下深处,使之永久与人类生存环境隔离。地球化学工程学依自然固有的规律保护和治理环境,是对常规的环保产业的补充和完善,对于延缓和阻滞放射性废物迁移到生态环境可起到一定的积极作用。但是,地球化学工程处理净化放射性元素是有限度的。
关键词：光电效应外光电效应内光电效应光电子
中图分类号：TP212.1文献标识码：A文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0117-01
在高度发达的现代社会中，科技突飞猛进，信息瞬息万变，生产过程自动化已成为社会发展的必然趋势。而这些必须建立在强大的信息产业基础之上，人们只有获取大量准确、可靠的信息，再经过一系列科学分析、加工、处理，才能正确认识和掌握自然界的发展规律，带动科学技术的发展。生产过程中，我们主要依靠检测技术获取、筛选和传输信息，实现自动控制。
随着现代信息技术的发展，光子以其独特的优点：响应速度快，频宽、信息容量大，信息效率高，具有越大越大的竞争力，光子技术与微电子技术相互结合、相互渗透，已成为现代信息技术的支柱之一。应用这种技术做成的光电传感器具有精度高、反应快、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、形式灵活等优点，在自动检测技术中得到了广泛的应用。
光电传感器是一种以光电效应为理论基础，采用光电元件作为检测器件的传感器。它可以把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件，把光信号转换成电信号输出。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
1理论基础——光电效应
光电效应分为外光电效应和内光电效应。外光电效应是指当光照射到某些物体上，电子从这些物体表面逸出的现象，外电光效应也称为光电发射效应。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。内光电效应指的是物体在光线作用下，其内部的原子释放电子，但是这些电子并不逸出物体表面，仍然留在物体内部，从而使物体的电阻率发生变化或产生电动势。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光电池等。
1.1外光电效应
光照在光电材料上，材料表面的电子吸收能量。如果电子吸收的能量足够多，电子就会克服束缚逸出表面而进入外界空间，这就是外光电效应。
根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每个光子的能量为h（h为普朗克常数，h=6.63×1034J/HZ，为光波频率）。不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子的能量就越大。如果光子的能量全部交给电子，那么电子的能量就会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律：式中m为电子质量，v为电子逸出的初速度；w为逸出功。
因此，要使光电子逸出物体表面，前提是。不同材料具有不同的逸出功，对每一种材料，入射光都有一个确定的频率限，只有当入射光的频率大于此频率限时，才会有光电子发射，否则，不论光强多大，都不会有光电子发射，此频率限称为“红限”。
2内光电效应
半导体材料的价带与导带之间有一个带隙，能量间隔为。一般情况下，价带中的电子不会自发地跃迁到导带，所以半导体材料的导电性远不如导体。但是，如果通过某种方式给价带中的电子提供能量，就可以将其激发到导带中，形成载流子，增加导电性。光照就是一种激励方式。当入射光的能量时，价带中的电子就会吸收光子的能量，跃迁到导带，而在价带中留下一个空穴，形成一对可以导电的电子——空穴对。这里的电子虽然没有逸出形成光电子，但显然存在着由于光照而产生的电效应。这就是内光电效应。
要使价带中的电子跃迁到导带，也存在一个入射光的极限能量，即（是低频限）或者。入射光的频率大于或者波长小于时，才会发生电子的带间跃迁。光入射光能量较小，不能使光子由价带跃迁到导带时，也可能在一个能带内的亚能级结构间跃迁。
3光电传感器的应用
光电传感器可以直接检测光量变化和引起光量变化的非电量，在检测技术、工业自动化及智能控制等领域都得到了广泛的应用，下面我们就来举例说明这种传感器在生产和生活中的应用。
3.1光电隔离器
光电隔离器是由发光二级管和光敏晶体管安装在同一个管壳内构成的。发光二级管辐射能量能有效地耦合到光敏晶体管上。可以有多种形式，比如：发光二级管—光敏晶闸管、发光二极管—光敏电阻、发光二极管—光敏三极管。其中发光二级管—光敏三极管应用最为广泛，常应用于一般信号的隔离；发光二级管—光敏晶闸管常用在大功率的隔离驱动场合；发光二级管—达林顿管或者复合管常用在低功率负载的直接驱动场合。
3.2文具盒的测光电路
学生在光线不均的环境中学习，很容易损害视力。应用光电池这种光电元件做成的文具盒测光电路能显示光线的强弱，指导学生保护视力。把硅光电池安装在文具盒的表面，直接感受光的强弱，用两只发光二极管作为光照强弱的指示灯。当光照小于100lx时，光电池产生的电压比较小，两只发光二级管都不亮；当光照在100～200lx时，其中一个发光二级管点亮，表示光照适中；当光照大于200lx时，光电池产生的电压比较高，两只发光二级管都点亮，表示光照太强了。
3.3条形码扫描笔
当扫描笔笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈现高阻抗，处于截止状态。当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光线，被反射到光敏三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通。
整个条形码被扫描之后，光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，就完成了对条形码信息的识别。
3.4光电式纬线探测器
光电式纬线探测器是应用于喷气织机上，判断纬线是否断线的一种探测器。当纬线在喷气作用下前进时，红外发射管发出红外光，经纬线反射，被光电池接收，如果光电池接收不到反射信号，则说明纬线已断。因此，利用光电池的输出信号，通过后续电路放大、脉冲整形等，控制机器是正常运转还是关机报警。
由于纬线很细，又是摆动着前进，形成光的漫反射，削弱了反射光的强度，还伴有背景杂散光，因此要求探纬器具备高的灵敏度和分辨力。为此，红外发光管采用占空比很小的强电流脉冲供电，这样既保证发光管使用寿命，又能在瞬间射出强光，以提高检测灵敏度。
光电传感器用途广泛，还有一些等待我们去研究、去发现。比如我们在阳光下看不清手机和电脑，这时我们可以利用光敏器件来改变手机和电脑的屏幕亮度。再如我们的空调，可以通过检测红外线自动调节至人体的舒适温度，当温度过高或者过低时，开启空调调节装置，而当人体处在舒服范围内，则可关闭调节装置，以节省能源。随着科学技术的发展，光电传感器会使我们的生活更加方便。
参考文献
关键词：光电器件；光电特性；传感器应用
0绪论
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，光电传感器一般由光源，光学通路和光电元件三部分组，光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
1光电传感器原理
光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，由三部分构成：发送器、接收器和检测电路。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。
槽型光电传感器把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。
对射型光电传感器若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。
反光板型光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。
2光电传感器的应用
2.1透射式光电传感器在烟尘浊度检测上的应用
防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。
为了检测出烟尘中对人体危害性最大的亚微米颗粒的浊度和避免水蒸气与二氧二碳对光源衰减的影响，选取可见光作光源。光检测器光谱响应范围为400-600nm的光电管，获取随浊度变化的相应电信号。为了提高检测灵敏度，采用具有高增闪、高输入阻抗、低零漂、高共模抑制比的运算放大器，对信号进行放大。刻度校正被用来进行调零与调满刻度，以保证测试准确性。显示器可显示浊度瞬时值。报警电路由多谐振荡器组成，当运算放大器输出浊度信号超过规定时，多谐振荡器工作，输出信号经放大后推动喇叭发出报警信号。
2.2漫射聚焦型传感器
漫射-聚焦型传感器是效率较高的一种漫射型光电传感器。发光器透镜聚焦在传感器前面固定的一点上。接收器透镜也是聚焦在同一点上。敏感的范围是固定的，取决于聚焦点的位置。这种传感器能够检测在焦点上的物体，允许物体前后偏离焦点一定距离，这个距离称作“敏感窗口”。当物体在敏感窗口以外，在焦点之前或者之后时便检测不到。敏感窗口取决于目标的反射性能和灵敏度的调节状况。因为所射出来的光能是聚焦在一个点上面，增益增大了很多，于是传感器很容易地就检测到窄小的物体或者反射性能差的物体。
具有背景光抑制功能的漫射型光电传感器只能检测一定距离的目标物体，在这个距离以外的物体它便检测不到。在各种漫射型光电传感器中，这种类型的传感器敏感目标物体颜色的灵敏度是最低的。这种传感器的一个主要优点是，它不会检测背景物体。而普通的漫射型光电传感器往往会把背景物体误认为是目标物体。
对于具有机械式背景光抑制功能的漫射型光电传感器，它里面有两个接收元件：一个接收来自目标物体的光，另一个接收背景光。目标接收器E1上的反射光的强度超过背景光接收器E2上的反射光时，便把目标检测出来，产生输出信号。当背景光接收器上的反射光的强度超过目标接收器上的反射光时，不检测目标，输出状态不发生变化。在距离可变的传感器中，焦点可以用机械的方法进行调节。
对于具有电子式背景光抑制功能的漫射型传感器，在传感器中使用一只位置敏感元件（PSD）而不是使用机械元件。发光器发出一束光线，光束反射回来，从目标物体反射回来的光线和从背景物体反射回来的光线到达位置敏感元件的两个不同位置。
3光电传感器的发展前景
光电式传感器可非接触地探测物体，广泛用于自动化领域，如管理系统、机械制造、包装工业等。当然，光电式传感器也有它的缺点，它是以光为媒介进行无接触检测，光是一种频率很高的电磁波，光干扰也算一种电磁干扰，它是导致传感器误动作的主要因素之一。环境光、背景光和周围其他光电式传感器所发出的光都是光干扰源。故设计时，采用偏振光及高频调制的脉冲光，采用同步检波方式，有利于抑制光干扰。
在各行业、各领域中，光电传感器都得到了广泛的应用，尤其是在电力、工业、军事、农业及生活领域，光电传感器的应用不达标有利于电力电子设备的升级与改造，而且客观促进了社会生产力水平的提高。随着现代科学技术的不断发展，光电传感器的应用展现了更为广阔的发展空间，我们应注重对于国内外相关技术研究成果的积累和借鉴，并且加强与现代计算机技术、网络技术、电力电子技术的有机结合，从而不断拓展光电传感器的应用范围，更好的服务于现代社会的发展。
4结论语
以上对光电传感器的检测技术和部分光电传感器的应用做了分析说明，在现展中，光电技术有很多种，同时工作方式也又很多。在多方面考虑，应该仔细的选择性能比较稳定价格适应的技术和类型，实施好设计方案。
参考文献：
[1]黄贤武、郑莜霞，传感器原理与应用[M].成都：电子科技大学出版社，2004：145-147.
【关键词】新能源产业光伏风电骨干企业创新平台
一、产业规模情况
新能源是国民经济的战略性、先导性产业，江苏新能源发展快速，规模不断壮大，技术创新水平不断提高。2012年，新能源制造业实现工业总产值3120.55亿元，占高新技术产业的6.93%，同比下降23.88%。2011年，全省光伏企业600多家，从业人员12万人，无锡尚德、苏州阿特斯、南通林洋新能源等8家企业在境外成功上市，销售排名全球前20强中有5家。初步构建了多晶硅―单晶硅―硅片―电池―组件―系统的完整产业链。2011年全省光伏产业实现产值2739.70亿元，同比增长53.23%，产能占全国的1/4，晶硅电池产量占全国的55%以上。受美国“双反”和欧盟反倾销的影响，2012年前10月，江苏光伏产业实现总产值1800亿元，同比下降28%。无锡尚德自主研发的冥王星（Pluto）单晶硅电池光电转换效率达19%，居世界第一；徐州中能多晶硅生产成本降到了国际领先的25美元/公斤；光伏产业核心装备气相沉积设备、高温扩散炉等实现自主制造，国产化率已达70%。风电产业已构建起从关键配套件到兆瓦级整机的完整产业链，华锐、金风、东气等国内前十整机厂商均落户江苏。2011年实现产值840.60亿元，同比增长16.91%，叶片、齿轮箱、轮毂等关键部件均占全国市场的50%以上。
二、区域分布情况
光伏产业是江苏新能源产业的主导产业，主要分布在无锡、常州、苏州等地区，苏北光伏产业整体尚在起步阶段，主要分布在徐州、连云港地区，以多晶硅及硅制品等原材料生产为主。其中江苏泰州新能源产业园被认定为部级特色产业基地，以中盛光电、汇能科技、璞瑞电池为龙头的新能源产业集群，技术领先、产能巨大，是全国同行的佼佼者。
江苏既是风能资源大省，也是风电装备制造强省，江苏的风电产业发展，在全国已处于较为领先的地位。全省风电装备生产企业主要分布在南京、常州、南通、盐城等地，并形成了产业集聚态势，现已建成南京的江宁风电产业园，常州的溧阳风电产业园、武进风电产业园，无锡的风电产业科技园，南通的百万千瓦级海上风力发电基地、如东建设“长三角”风电设备产业园，盐城的大丰江苏海上风电装备制造基地金风产业园、华锐风电产业园等。
作为全国发展生物质能利用的主要省份，江苏秸秆发电主要在苏北产粮丰富地区，宿迁、射阳、如东、洪泽等地。江苏核电建设正进入产业化、规模化发展的新阶段，苏核科技、江苏神通、上上电缆已成为国家重要的核电配套生产企业，其中江苏最大核能科技产业园落户南京江宁滨江开发区。
三、骨干企业情况
太阳能光伏产业是江苏率先发展壮大起来的新能源产业，现已形成较为完整的产业链条。从多晶硅原料生产到终端的光伏电站建设，江苏的光伏企业都有涉足，国内众多知名的光伏领军企业也都集中在江苏，有8家光伏企业在境外上市，5家企业销售排名全球前10强，占全国总产值规模的2/3，是我国光伏产业第一大省。目前涌现出了尚德太阳能、天合光能、保利协鑫、林洋新能源、苏州CSI阿特斯、徐州中能等一批重要的龙头骨干企业，对整个产业的发展起到了较强的带动和支撑作用。世界太阳能电池产量前15位的电池制造商中，中国大陆占了6家，江苏企业就有5家，其中尚德太阳能为多晶硅电池的世界第一大生产商。徐州中能、扬子顺大、常州天合为代表的硅料企业，确立了硅料生产环节上的技术领先地位，不仅具备成熟的尾气处理工艺，而且实现了闭环生产和物料循环利用，生产技术领先于国内市场，生产成本在国内同类型企业中处于较低水平。
2011年以来美国对我国光伏产品实行“双反”、欧盟实行反倾销，行业产能阶段性过剩、结构性失衡等多重挑战，江苏的光伏企业经营困难，负债普遍严重，有近半数企业处于停产状态，省内几家主要光伏上市企业总负债超过600亿元，平均负债率在70%以上，其中无锡尚德已宣布破产，下一步江苏将坚持利用市场机制，鼓励企业进行兼并重组，引导资源和发展要素向优势企业集中，形成少数几个综合能耗低、物料消耗少、具有国际竞争力的多晶硅制造企业，若干个研发能力强、具有自主知识产权和品牌优势、具有国际竞争力的光伏电池制造企业。江苏光伏产业龙头企业尚德、英利、天合光能、阿特斯等都将面临整合。
江苏风电产业链齐全，形成了一定的集群优势，具备了一定规模和水平的风电机组制造能力、关键零部件制造能力、风电机组配套能力。江苏风电装备产业集中力量培育本土风电龙头企业，打造出了南京高齿、江阴吉鑫、江阴远景能源、连云港中复连众等行业领军企业。同时千里海岸线优质风场资源也吸引了国内风电整机巨头华锐风电、新疆金风、国电联合动力等会聚江苏，共谋发展。全国排名前5位的风电整机制造商均在江苏建立生产基地。
四、创新资源情况
江苏在新能源领域，以大学、科研机构、工程技术中心、企业院士工作站为依托的创新平台已初步形成，技术创新能力不断提高，基本形成了从研发到产业化的技术创新体系。目前江苏新能源领域在东大、中国矿业大学等拥有9个国家重点实验室，拥有江苏省（春兰）清洁能源研究院、江苏省（尚德）光伏技术研究院、江苏省（新誉）风电装备技术研究院、江苏省（中圣）工业节能技术研究院、江苏省（华锐）海上风电研究院5家企业研究院，形成了千亿级的泰州国家新能源产业园、江苏张家港新能源产业园、南京江宁新能源产业园、江苏国信（楚州）工业园等产业园，此外还有134个工程技术研究中心、40个企业院士工作站、13家专业技术服务中心等科技创新平台。
目前江苏新能源产业以风力发电装备、光伏发电设备、核电装备和生物质能利用装备为主，光伏产业拥有290多家相互配套的特色企业，从多晶硅、硅片、电池、组件、集成系统设备，到光伏应用产品，形成了较为完整的产业链。风电产业拥有60多家风电成套机组和关键零部件制造企业，基本形成了以风电机组为龙头、关键零部件为支撑的产业链。
五、重大成果情况
在基础研究领域，2009―2011年，江苏在新能源领域共承担973项目4项。其中由东南大学完成的“生物质高值化利用过程中节能与CO2利用和减排”项目，实现生物质高值化利用过程的节能减排。
在应用研究领域，2009―2011年，江苏在新能源领域共承担国家863项目10项。其中由东南大学完成的“钾基吸收剂干法脱除燃煤烟气CO2技术研究”项目，研究了脱碳反应及吸收剂失效的规律和机理，掌握了高活性钾基吸收剂的研制，初步开发出燃煤电厂CO2脱除技术。由河海大学完成的“潮汐流发电高效双向叶轮技术研究与开发”项目建立了水平式潮汐流能量转换装置的模型试验装置和方法，研发的潮汐流能量转换装置功率为1-3kW，效率为25%～30%。由中国林业科学研究院林产化学工业研究所完成的“管道式连续催化甲酯化制备生物柴油新技术”项目，开发并完成连续催化甲酯化反应制备生物柴油的新工艺及装置，可连续运行时间100小时以上，油脂转化率达99%，油收率≥98%，催化剂使用寿命≥1500小时，生产成本比传统生产生物柴油下降15%。2009―2011年，江苏在新能源领域的支撑项目共5项，其中由国网电力科学研究院完成的“风电场控制技术研究及控制系统开发”项目，提出了用于变速恒频风电机组风电场的无功电压控制技术，并研制了风电场无功电压控制系统，设计了风电场无功电压控制软件结构并开发了相应的软件模块。由江苏新誉重工科技有限公司完成的“风电机组整机设计关键技术研究与推广示范”项目，完成了大型风电机组有效风速软测量技术研究、风电机组仿真模型的联调和仿真模型与现场实际数据的对比校正，建设了风力发电机组集成仿真设计平台和关键部件CADCAM系统。
在重大成果领域，由无锡尚德太阳能电力有限公司完成的项目“基于高效率低成本光伏发电技术的创新平台建设”荣获国家科技进步奖二等奖，成为国内光伏行业获得的第一个部级科技奖励。该项目以省科技厅支持建设的江苏省（尚德）光伏技术研究院为依托，攻克了高效低成本P型太阳电池技术与关键设备研发及产业化等技术难题，转换率达到19%。居国际领先水平。
六、关键技术情况
江苏光伏产业发展迅速，技术创新水平快速提高，已掌握了一批核心领域和关键环节的重要技术，拥有自主知识产权近100项，创造多项世界“第一”，填补多个国内“空白”。到2010年10月份，江苏在太阳能电池方面获得的中国专利547项，占全国比重约13%，其中发明专利216项，为全国省份第一。无锡尚德自主研发的冥王星（Pluto）单晶硅电池光电转换效率达19%，世界领先。徐州中能硅业目前多晶硅生产成本控制在每公斤25美元以下，达到了国际顶尖水平。南通林洋新能源研制双面照光晶体硅太阳电池，填补国内空白。苏州中来高端电池背膜已成功突破了国外技术封锁。常州华盛天龙研制的多晶硅浇铸炉填补国内空白，打破国外垄断，价格只有国外的1/3。近两年，江苏又布局了一批光伏装备重大项目，光伏产业核心装备气相沉积设备、高温扩散炉等实现自主制造，国产化率已达70%。
江苏风电发展坚持自主研发与引进消化相结合，成功突破了兆瓦级风电机组整体设计与制造技术、重要支撑部件制造技术，产业规模和技术水平均处全国前列。华锐自主研制的国内单机功率最大的5MW海上风电机组成功下线，3MW风电机组已有34台在上海东海大桥海上风场并网发电。南京高齿的兆瓦级齿轮箱占领国内65%的市场份额。江阴吉鑫建成了亚洲最大的风电轮毂基地，开发的5MW底座填补国内空白。连云港中复连众研制出了全球最大的5兆瓦、62米长复合材料风机叶片。
【参考文献】
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关键词：挥发性有机物；VOCs治理技术；低温等离子体技术；光催化技术；膜分离技术
1概述
随着我国工业化的迅速推进，各种环境问题日益突出，其中挥发性有机物（VolatileOrganicCompounds，简称VOCs）的污染得到广泛关注。根据世界卫生组织等机构的定义，VOCs是指沸点在50℃-250℃的化合物，室温下饱和蒸汽压超过133.32Pa，在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物[1]。
VOCs排放来源广泛，且对人体和环境的危害极大，它们通过呼吸道和皮肤进入人体后，能导致人体的肝、肾和神经中枢等形成暂时性和永久性的病变，有些会产生“三致”效应。VOCs污染已经引起人们的广泛关注。因此，VOCs治理对于保护环境、国民健康和经济可持续发展，都具有重要意义。
2VOCs处理技术现状及发展
目前，VOCs治理技术主要有两类：第一类是预防性措施，以更换设备、改进工艺等为主。第二类是控制性措施，以末端治理为主。现阶段末端控制技术是VOCs污染控制的重要手段，包括回收技术和销毁技术。回收技术主要采用物理方法，包括吸收技术、吸附技术、冷凝技术、膜分离技术等。销毁技术主要采用化学和生物的方法，包括热力焚烧技术、催化燃烧技术、生物技术等、低温等离子体技术、光催化技术[2]。吸附技术、热力焚烧技术和催化燃烧技术是目前应用最广泛的传统治理技术。低温等离子体技术、光催化技术和膜分离技术是近年发展的新技术，文章就这些新技术的研究现状和发展加以介绍。
2.1低温等离子体技术
低温等离子体技术是指在外加电场作用下，通过高压脉冲放电在常温下产生大量的高能电子、离子和自由基等活性粒子，进而与VOCs分子作用而电离、离解或激发VOCs分子发生一系列的复杂的等离子体物理和化学反应，使VOCs降解为CO2和H2O。目前，低温等离子体技术按放电形式可分为电子束照射法、介质阻挡放电法和电晕放电法等技术[3]。各种放电形式获得的高能电子的能量分布和能量密度差别很大。但由于低温等离子体技术具有经济和技术上的优势，因此该技术也成为VOCs治理技术的研究热点之一。目前，研究者利用低温等离子体技术降解乙烯、庚烷、三苯等有机废气，均具有良好的脱除率。但低温等离子体技术还存在不足之处：（1）臭氧问题，腐蚀设备，污染环境；（2）X射线辐射作用；（3）无选择性，高能电子会降解N2和CO2，浪费资源；（4）设备要求高，投入成本高，运行功耗高且不稳定。因此，等温等离子体治理VOCs基本还处于实验室阶段，工业运用相对很少。
2.2光催化技术
近几年，光催化技术成为VOCs治理的研究热点。光催化技术是利用具有光催化活性的半导体催化剂与VOCs分子接触，在光照条件下光催化剂产生电子空穴对，光致空穴具有很强的氧化性，能将其表面吸附的OH-和H2O分子氧化成OH・，利用OH・强氧化性将VOCs降解为CO2、H2O和无机小分子物质[4]。
光催化技术的核心是光催化剂。目前常用的光催化剂分为两类，一类是TiO2基光催化剂，主要是指纯TiO2和改性的TiO2[5]。另一类是非TiO2体系，比如ZnO、CdS和WO3等。其中TiO2基光催化剂运用最广泛，其来源广、化学稳定性和催化活性高，没有毒性。光催化的研究内容涉及光催化剂的制备、光催化作用机理研究、光催化技术的工程化、光催化技术的各种应用研究和产品开发等等从基础到应用研究等方面，并取得了大量的研究成果。但光催化技术仍存在许多问题需要解决，首先是光催化分解过程中，机理不明确，通常会产生有害中间产物，降解不完全可能会形成二次污染问题。其次是VOCs浓度较低时，光催化反应缓慢，效率较低。同时，催化剂本身存在量子效率低（不到4%）、固定困难、催化剂能否均匀负载、催化剂失活等问题，难运用于处理数量大、浓度高的工业废气。因此，目前光催化技术也是处于实验室研究阶段。
2.3膜分离技术
膜分离技术治理VOCs与其他膜分离过程一样，利用天然膜或人工合成膜的穿透、滤过或其他动力性质不同，将VOCs分子从混合废气中分离出来的技术[6]。
膜元件是膜分离技术的装置中心。常用的膜元件包括平板膜、中空纤维膜和卷式膜。其中中空纤维膜和平板膜通常用于分离回收VOCs，但其分离回收效率受多种因素的制约。近几年，随着膜材料和膜分离技术的不断发展，技术日趋成熟，现在常用的VOCs膜分离技术有：蒸汽渗透、气体膜分离和膜接触器等。
膜分离技术已经成功运用于许多领域。美国MTR公司结合压缩冷凝和膜分离两种技术开发了一种新型的膜集成分离系统来组合实现分离VOCs。处理后达标的净化气排到大气中；而渗透物流为富集有机物的蒸汽。膜分离技术具有流程简单、能耗小、VOCs回收率高、无二次污染等特点，是一种新型高效分离技术，适用于较高浓度的VOCs分离与回收，一般要求体积分数在0.1%以上。而膜材料是该技术的关键。膜的材质分为有机膜和无机膜，其中无机膜材料的研究与制备是化工和材料科学热点课题之一，包括Al2O3、TiO2膜等。目前无机膜分离技术工业化运用还需解决一些问题，比如膜材料的稳定性和膜反应器的密闭性等[7]。
3结束语
通过上述VOCs的种类、排放来源、危害和VOCs常用控制技术基础上，对低温等离子体技术、光催化技术和膜分离技术的现状和发展介绍得知，这三种新技术目前都取得了一定的试验成果，有些逐渐由实验室向工业化运用过渡。但是在各个行业VOCs种类、成分和性质等都有所差异，使用单一的VOCs治理技术难以达到高效率，还存在一些有待解决的问题，因而常将多种VOCs治理技术有机组合使用，比如吸附催化协同低温等离子体、冷凝-吸附浓缩和吸附-焚烧技术等，这类组合处理技术具有较强的针对性和互补性，处理效果远优于单一治理技术。因此，新治理技术和传统技术有机结合形成的组合技术在治理大气污染具有很高的经济效益和良好的社会效益，具有着广阔的应用前景。
参考文献
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关键词：电子科学与技术；本科培养方案；课程设置；办学特色
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2015）30-0070-02
21世纪被称为信息时代，电子科学与技术在信息、能源、材料、航天、生命、环境、军事和民用等科技领域将获得更广泛的应用，必然导致电子科学与技术产业的迅猛发展。这种产业化趋势反过来对本专业的巩固、深化、提高和发展起到积极的促进作用，也对人才的培养提出了更高的要求。因此，本文从人才的社会需求出发，结合我校实际情况，进行了本科专业培养方案的改革探索，并详细介绍了培养方案的制定情况。
一、人才的社会需求情况
目前，我校电子科学与技术专业的本科毕业生主要面向长三角地区庞大的微电子、光电子、光伏和新能源行业，市场对专业人才的需求基本上是供不应求的。但是也应该注意到电子科学与技术产业的分布不均，分类较细，且发展变化较快。另外，电子科学与技术产业结构具有多样性，既有劳动密集型的大型企业、大公司，更多的是小公司和小企业；既有国有企业和私营企业，更有合资、独资的外企。因此，社会需求与本专业毕业生的供需矛盾还会继续存在。
二、专业的培养目标和定位
本专业培养具备微电子、光电子领域的宽厚专业基础知识，熟练实验技能，能掌握电子材料、电子器件、微电子和光电子系统的新工艺、新技术研究开发和设计技能，有较强的工程实践能力，能够在该领域从事各种电子材料、元器件、光电材料及器件、集成电路的设计、制造和相应的新产品、新技术、新工艺的研究、开发和管理工作工程技术人才。并且结合我校“大工程观”人才培养特色，依据“卓越工程师”教育理念下工程技术型人才培养的原则，培养适应微电子和新兴光电行业乃至区域社会经济建设需求的工程技术型人才。
三、本科培养方案制定的思路
电子科学与技术专业培养方案参照工程教育认证的要求，以及专业下设微电子、光电子材料与器件两个本科培养方向的思路制定。注重培养学生的专业基础知识和实践工程能力，使毕业生能满足长三角地区微电子、光电子和新能源行业发展的需求。微电子方向的课程设置专注于电子材料与电子器件、集成电路与系统设计方面，光电子材料与器件方向则偏向于光电信息、光电材料与光电器件方面。
四、本科培养方案的改革探索
要实现电子科学与技术专业的培养目标，适应电子信息产业的不断发展，并结合我校学科发展方向和特色，对电子科学与技术专业本科人才培养方案进行了研究，并对省内外几所高校电子科学与技术专业的培养方案进行调研，最终形成了富有特色的电子科学与技术专业人才培养方案，主要内容如下：
1.培养方案的模块化设计。在设计电子科学与技术专业本科培养方案的整体框架时，根据“加强基础、拓宽专业、培养能力”和培养工程技术型人才的办学理念下，专业培养方案分人文与社会科学、专业基础和专业课三个模块，下设微电子和光电子材料与器件两个专业方向。学生在前两年学习相同的课程，到大三时根据自己的兴趣选择专业方向，选修各自方向的专业课。由于两个方向的不同培养要求，因此在专业基础选修课、专业必修课和专业选修课方面设置限选模块，每个专业方向必须修满相应的学分才能毕业。
2.改革专业基础课程。专业基础课程是为专业课程奠定基础，因此，在保留了原有电子信息类专业通常所开设的电子类课程外，增加了与专业相关的课程，如EDA技术、通信原理、数字信号处理、物理光学、应用光学、激光原理与技术等课程，删减了原先与物理类相关的一些课程，如物理学史、原子物理、热力学与统计物理学等，并删减了一些计算机软件类课程，如C++程序设计、计算机在材料科学中的应用等。专业基础选修课程分方向限选模块，两个专业方向对应有不同的专业基础选修课程。
3.优化专业课程。专业课程是整个专业教育中的主干部分，微电子方向的课程设置紧紧围绕半导体和集成电路设计方向，开设有集成电路设计、微电子工艺原理与技术、工艺与器件可靠性分析、半导体测试技术、现代电子材料及元器件、集成电路工艺与器件模拟等课程。光电子材料与器件方向围绕光电材料和光纤通信方向，开设光电子材料与器件、光电检测原理与技术、太阳能电池原理与技术、光纤传感原理与技术、光纤通信技术等课程。另外专业课程里面还设置有专业实验，通过加强实验环节，训练学生的动手操作能力，增强学生的理论知识。
五、与省内外专业人才培养的区别
具有电子科学与技术专业的各大高校分布在不同的地区，服务于不同的区域经济，这就要求专业学生的培养具有区域化、差异化。我们分析了杭州电子科技大学、浙江工业大学、苏州大学、南京理工大学和徐州工程学院这五所不同地区、不同层次高校的电子科学与技术专业的培养方案。不仅使我们能学习到其他高校的先进办学理念、合理的课程设置体系，也可以发现与其他高校之间的差异。具体表现为以下几个方面：
1.专业定位。各个学校的电子科学与技术专业依据自身的师资力量、办学条件、区域经济要求确定专业的发展定位。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业依托1个教育部重点实验室、2个部级实验教学示范中心、3个省部级重点实验室，人才培养定位于能从事电子元器件、电子电路乃至电子集成系统的设计和开发等方面工作的工程技术人才。浙江工业大学的电子科学与技术专业主要培养光通信、电子电路系统、集成电路设计等方面的人才。苏州大学的电子科学与技术专业定位在培养能够在电路与系统、集成电路与系统等领域从事各类系统级、板级和芯片级研发工作的高级工程技术人才。南京理工大学的电子科学与技术专业主要是突出光电技术和微电子与信息处理学科的交叉和融合，以光电成像探测理论与技术及微电子理论与技术为专业特色。徐州工程学院的电子科学与技术专业主要定位在培养能从事光电子材料与器件开发的工程技术人才。而我校的电子科学与技术专业定位于服务长三角地区半导体和新能源行业，培养能从事集成电路设计与开发、光电子材料与器件的研发等工作的工程技术人才。
2.课程体系。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业培养学生设计、开发电子元器件、电子电路系统、电子集成系统的能力，在课程设置上开设了通信电子电路、EDA技术、薄膜物理与技术、电子材料与电子器件、电子系统设计与实践、集成电路设计、嵌入式系统原理和应用、现代DSP技术及应用等专业课程。浙江工业大学的电子科学与技术专业培养学生设计、开发电子电路系统、集成电路系统的能力，开设了电路原理、模电数电、通信电子线路、集成电路设计、光纤通信原理、光网络技术、数字信号处理等专业课程，以及电子线路CAD实验、单片机综合实验、通信原理实验、通信电子线路大型实验、微电子基础实验、半导体器件仿真大型实验、集成电路设计大型实验等实验类课程。苏州大学的电子科学与技术专业培养学生设计与开发电路与系统、集成电路与系统，从事各类系统级、板级和芯片级研发工作的能力，开设了信号与系统、电磁场与电磁波、高频电路设计与制作、电子线路CAD、CMOS模拟集成电路设计、VLSI设计基础等专业课程，以及电子技术基础实验、信号与电路基础实验、电子线路实验、电子系统综合设计实验等实验类课程。南京理工大学培养学生从事光电子器件、光电系统和集成电路的设计、开发、应用的能力，开设了信号与系统、光学、光电信号处理、光辐射测量、光电子器件、光电成像技术、超大规模集成电路设计、光电子技术、显示技术、光电检测技术、数字图像处理、半导体集成电路、集成电路测试技术、微电子技术、光电子线路、电视原理等专业课程。徐州工程学院的电子科学与技术专业培养学生设计与开发光电子材料与器件的能力，开设有信号与系统、光电子学、光电子技术、激光原理与技术、光伏材料等专业课程，以及模拟电路课程设计、数字电路课程设计、单片机原理课程设计等实践性课程。我校的电子科学与技术专业主要培养学生集成电路设计、光电子材料与器件的设计与制备能力，开设有半导体物理学、半导体器件原理、MEMS技术、微电子工艺原理与技术、薄膜材料及制备技术、工艺与器件可靠性分析、集成电路工艺与器件模拟、EDA技术、通信原理、数字信号处理、光电子材料与器件、光电检测原理与技术、太阳能电池原理与技术、光纤通信技术等专业课程，以及近代物理实验、专业实验等实验类课程。
3.人才培养特色。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业的人才培养特色是注重集成电路设计、系统集成方面能力的培养。浙江工业大学的人才培养注重光纤通信、集成电路设计方面能力的培养。苏州大学的人才培养注重电路与系统设计、集成电路与系统设计方面能力的培养。南京理工大学的人才培养注重光电技术和微电子与信息处理学科的交叉和融合，以光电成像探测理论与技术及微电子理论与技术为专业特色。徐州工程学院的人才培养注重光电材料与器件方面能力的培养。我校的人才培养注重电子材料与电子器件的设计与开发、集成电路设计方面能力的培养。
参考文献：
[1]陈鹤鸣，范红，施伟华，徐宁.电子科学与技术本科人才培养方案的改革与探索[A]//电子高等教育年会2005年学术年会论文集[C].17-20.