超聲波納米顆粒粒度分佈測量技術及應用（簡體書）

本書共7章,內容包括納米顆粒及其測量技術概述、超聲波物理基礎、納米顆粒兩相介質的聲衰減及信號處理技術、超聲波納米顆粒測量的理論模型及反演計算、寬帶超聲波換能器的設計研究、超聲波納米顆粒測量系統和超聲波納米顆粒粒度分佈試驗測量。全書從理論和試驗兩方面,詳細分析了納米顆粒粒度分佈的寬帶超聲波測量技術,具有重要的出版價值。
本書可供從事納米顆粒粒度測量技術研究的科技人員工作參考,也可供高等院校相關專業師生學習參考之用。

侯懷書

男，工學博士，上海應用技術大學副教授、碩士生導師。上海應用技術大學檢測與機電控制技術研究所所長，上海物理氣相沉積（PVD）超硬塗層及裝備工程技術研究中心技術研發部主任。主要從事無損檢測技術及兩相流檢測技術等方面的應用研究工作。多年來，立足於應用技術研究，與國內多家科研院所及大型企業緊密合作，解決行業共性難題，主持完成500萬元以上科研項目2項，累計科研經費超2000萬，服務企業創造效益超2億元。在美國無損檢測學會、德國無損檢測學會、英國無損檢測學會會刊發表學術論文多篇。2012年獲山東省濰坊市科技進步二等獎，2015年獲中國特種設備檢驗協會科學技術二等獎，2016年獲得上海市科技進步三等獎

適讀人群：從事納米顆粒材料測量、加工、製造行業的工程技術人員、研究人員、實驗人員，以及相關專業高校師生
本書的寫作特色和亮點如下：

1.始於20世紀80年代的納米科技，已經成為當今科學研究的一個熱點領域。納米顆粒的超聲波檢測技術，因其裝置簡單、易實現在線檢測等優勢，受到越來越多的重視。

2.作者團隊對超聲波檢測深入研究多年,在本書中全面、系統地介紹了超聲波測量納米顆粒的理論、方法和技術。全書寫作理實結合，圖表豐富直觀，語言通俗易懂。

3.本書為國內首部詳細且集中討論超聲波納米顆粒測量技術的專著。書中所探討相關納米測量技術，處於國內領先水平。

4.能夠準確地測量顆粒，對於改善產品質量、加速科技發展、控制污染和保障人類健康等，有著重大的經濟價值和社會意義。故而本書具有重要的出版價值。

納米技術(nanotechnology），也稱毫微技術，是研究結構尺寸在1~100nm範圍內材料性質和應用的一種技術。該項技術始於20世紀80年代，並逐漸成為當今科學研究領域的熱點之一，它的最終目標是直接以原子或分子來構造具有特定功能的產品。顆粒的粒度大小和粒度分佈，決定著工業生產過程和許多應用過程中產品的質量和性能。能夠準確地測量顆粒，對於改善產品質量、控制污染和保障人類健康等方面，有著重大的經濟價值和社會意義。

納米顆粒的測量技術受到越來越多的重視，許多方法被應用於納米顆粒的檢測。近年來國際上利用超聲波測量納米顆粒粒度的研究得到了迅速發展。2010年上海理工大學蔡小舒教授和蘇明旭教授等出版過一本有關顆粒測量的著作——《顆粒粒度測量技術及應用》。該書對顆粒粒度測量的基礎知識、顆粒測量理論和多種顆粒測量方法做了介紹。在該書的第7章中簡單介紹了超聲顆粒測量方法，但還是不能滿足從事納米顆粒研究的科技人員的需求。作者所在團隊根據超聲波具備較寬的頻帶範圍且穿透能力強，適用於較高濃度顆粒兩相介質測量的特性，在國內首次對超聲波測量納米顆粒粒度進行了深入研究，並重點關注了利用超聲波衰減譜對納米顆粒粒度進行測量，取得了一系列的研究成果。作者經過多年超聲波檢測的深入研究，特撰寫本書，全面系統地介紹了超聲波測量納米顆粒的理論、方法和技術，供從事納米顆粒粒度測量技術研究的科技人員參考，故本書具有重要的出版價值。

全書共7章，從理論和試驗兩方面詳細分析了納米顆粒粒度分佈的寬帶超聲波測量技術。第1章介紹了現有納米顆粒粒度分佈的測量技術以及超聲波顆粒測量技術尤其是超聲波納米顆粒測量技術的發展狀況及特點。第2章介紹了超聲波納米顆粒測量技術中的超聲場以及超聲特徵量概念。第3章詳細分析了納米顆粒兩相介質中造成聲能損失的超聲衰減機制以及超聲譜測量中所用的信號處理技術。第4章重點分析了超聲波納米顆粒測量中適用的理論模型，通過數值模擬研究不同理論模型的應用情況，介紹了基於光順因子優化的PhillipsTwomeyNNLS算法。第5章介紹了寬帶超聲波換能器設計中改善超聲波波形、增加探頭頻譜有效頻帶寬度的相關技術，並設計製作了水浸寬帶超聲波換能器。第6章在理論分析的基礎上，介紹了超聲波納米顆粒測量的試驗裝置，包括超聲波換能器與信號發生接收裝置、數據採集系統、信號處理系統以及超聲測量區裝置，並分析了變聲程脈衝回波法測量聲衰減譜時超聲近場的影響以及應採取的措施。第7章介紹了多種納米顆粒粒度分佈的超聲波測量結果，並與透射電鏡(TEM)測量結果以及離心沉降測量結果進行了對比，結果吻合較好。本書的研究表明了採用寬帶超聲衰減譜測量納米顆粒粒度分佈的可行性與可靠性，並證明了超聲波測量納米顆粒粒度分佈快速、高效、準確，是納米顆粒粒度分佈測量的有效方法。

本書在策劃、編寫及出版過程中，得到了上海物理氣相沉積（PVD）超硬塗層及裝備工程技術研究中心同仁的大力支持，以及上海理工大學蘇明旭教授和同行的熱忱指教。此外，本書在編寫中引用了部分標準和技術文獻資料。在此對上述單位和有關人員一併表示衷心感謝。

超聲波納米顆粒粒度檢測過程涉及內容極為寬泛，影響因素還有很多，限於作者水平，書中定會存在不少不足之處，敬請讀者批評指正。

作者

2019年2月

第1章 納米顆粒及其測量技術概述

1.1 納米顆粒概述

1.2 納米顆粒粒度及其濃度表徵

1.2.1 納米顆粒的粒徑表示

1.2.2 納米顆粒的粒徑分佈

1.2.3 納米顆粒群的不同平均徑

1.3 超聲波顆粒測量技術的歷史發展

1.4 超聲波納米顆粒測量技術的國內外概況

1.4.1 超聲波納米顆粒測量技術的國外概況

1.4.2 超聲波納米顆粒測量技術的國內概況

第2章 超聲波物理基礎

2.1 超聲學概述

2.2 超聲波的特性

2.3 超聲波的波形

2.4 超聲場及其特徵量

2.4.1 描述超聲場的物理量

2.4.2 超聲場的物理性質

2.4.3 超聲場的作用

2.5 彈性媒質空間中的聲波

2.5.1 氣體和液體中的聲波

2.5.2 固體中的聲波

第3章 納米顆粒兩相介質的聲衰減及信號處理技術

3.1 納米顆粒兩相介質的超聲衰減機制

3.2 納米顆粒兩相介質的超聲衰減譜與速度譜處理技術

3.2.1 連續波測量

3.2.2 脈衝波測量

3.2.3 脈衝反射式超聲譜測量的信號處理

第4章 超聲波納米顆粒測量的理論模型及反演計算

4.1 理論模型

4.1.1 ECAH理論模型及其數值計算

4.1.2 McClements理論模型

4.1.3 BLBL理論模型

4.1.4 拓展耦合相理論模型

4.1.5 理論模型對聲衰減與聲速的預測

4.2 反演計算

第5章 寬帶超聲波換能器的設計研究

5.1 超聲波壓電換能器

5.2 超聲波壓電晶片

5.2.1 壓電晶片主要性能參數

5.2.2 壓電晶片材料

5.3 超聲波換能器背襯設計

5.4 超聲波換能器電匹配

5.5 超聲波換能器檢測匹配

第6章 超聲波納米顆粒測量系統

6.1 超聲波換能器與超聲波脈衝發射接收儀

6.2 數據采集與信號處理裝置

6.3 超聲波脈衝回波測量裝置

6.3.1 變聲程脈衝回波測量裝置

6.3.2 反射式脈衝回波測量裝置

6.4 超聲波納米顆粒在線測量系統

第7章 超聲波納米顆粒粒度分佈試驗測量

7.1 超聲波納米顆粒測量樣品介紹

7.2 超聲波納米顆粒粒度分佈測量

7.3 超聲波納米顆粒粒度分佈測量誤差分析

參考文獻