检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：孟亚男中国科学技术大学

学位级别：博士

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）作为一种清洁能源设备,因具有高能量转换效率、低排放、无污染等优点,备受人们关注。在PEMFCs中,与快速的阳极反应相比,阴极的氧还原反应（ORR）相对缓慢,因此严重制约了 PEMFCs的反应效率,而克服这一瓶颈... 详细信息

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）作为一种清洁能源设备,因具有高能量转换效率、低排放、无污染等优点,备受人们关注。在PEMFCs中,与快速的阳极反应相比,阴极的氧还原反应（ORR）相对缓慢,因此严重制约了 PEMFCs的反应效率,而克服这一瓶颈的关键是设计与合成高效的阴极电催化剂。迄今为止,铂及铂基合金是应用最广泛的阴极催化剂。然而,高昂的成本、有限的资源、以及较差的稳定性严重制约了 PEMFCs的大规模商业应用。因此,设计开发高效、廉价、稳定的阴极催化剂对推动PEMFCs的大规模商业化应用意义重大。近几年来,二维材料（如石墨烯,酞菁等）因其比表面积大、能量密度高、成本低等特性被广泛应用于电催化领域。研究发现过渡金属掺杂二维材料可表现出较好的ORR催化活性,并且当多个金属充当活性位点时,由于协同效应,催化活性显著提高。因此,我们利用密度泛函理论方法并结合微观动力学以及计算氢电极等理论模型对过渡金属（二聚体）掺杂二维材料进行了系统的理论研究。本论文主要研究内容如下:（1）研究了 FeN3掺杂双空位石墨烯（FeN3-Gra）表面氧还原反应机理。结果表明,FeN3-Gra在热力学上是稳定的。Bader电荷分析发现FeN3及其相邻的11个碳原子是催化活性中心。几何优化和分子动力学发现HOOH不能稳定地存在于催化剂表面,极易分解为*OH+*OH,表明在FeN3-Gra表面ORR是一个高效的四电子转移过程。与氧气分解相比氧气的氢化过程更容易发生,最优反应途径是*OOH氢化形成*O+H2O的过程。其中第二个水分子的形成是决速步骤,反应能垒为0.48 eV,远低于Pt的0.80 eV,并且低于FeN4掺杂双空位石墨烯的0.56 eV。另外,FeN3-Gra的Tafel斜率在低和高过电势区域中均小于Pt。以上结果表明FeN3-Gra是一个有潜力的ORR催化剂。（2）研究了 RhNx掺杂双空位石墨烯（RhNx-Gra）表面氧还原反应机理,确定了不同比例的RhNx（x=1-4）掺杂石墨烯的结构及其稳定性。结果表明,RhNx-Gra（x=2-4）在热力学上是稳定的,且不同的氮含量会影响ORR的催化活性和反应机理。对于RhNx-Gra（x=2-4）,ORR均为高效的四电子转移过程,决速步骤分别为*OH的生成、*OH+*OH的生成、以及第二个水分子的形成,需要克服的反应能垒分别为1.08、0.54、和0.24eV。因此,与Pt的0.80 eV的能垒相比,RhNx-Gra（x=3,4）的能垒更低,表明它们具有较好的ORR活性。此外,自由能计算发现RhNx-Gra（x=3,4）的工作电压分别为0.33和0.34V。综合以上计算结果可以看出RhNx-Gra（x=3,4）具有较好的ORR催化活性,并随着氮原子数的增加催化活性也相应地提高,这表明可以通过改变氮原子的数量来调控催化剂的活性。（3）研究了一系列过渡金属二聚体掺杂酞菁（TM2Pc,TM=Mn-Cu,Ru-Pd）表面氧还原反应机理,指出了不同金属二聚体对催化活性的影响。通过研究发现ORR催化活性与ΔG*OH之间存在火山关系。火山图曲线表明,Fe2Pc在热力学上表现出最优的ORR活性,过电势为0.25 V,远低于纯Pt的0.45 V。为进一步证实Fe2Pc优异的ORR催化活性,我们对其动力学性质进行了研究。能垒计算表明,对于 Fe2Pc,最优反应路径为*O2→*OOH→*OH+*OH→*OH+H2O→H2O,决速步骤是*OOH加氢形成*OH+*OH的过程,需克服的反应能垒仅为0.25eV,远小于Pt的0.80 eV。这表明Fe2Pc具有良好的ORR活性,是一种高效廉价的ORR电催化剂。（4）实验研究发现,FeCo和氮共掺杂石墨烯表现出优异的ORR催化活性,基于此我们选择了一系列同核及异核过渡金属二聚体和氮共掺石墨烯（M2N6/FeMN6-Gra,M=Mn-Cu）作为ORR电催化剂进行了理论研究。形成能和分子动力学模拟表明这些催化剂在热力学上是稳定的。计算结果发现ΔG*o与ΔG*OH,ΔG*OOH,以及ΔG*OH与ΔG*OOH之间存在明显的线性关系。进一步研究发现,电负性差值与过电势之间也存在明显的线性关系。值得注意的是,ΔG*o与平衡电势,ΔG*OH与过电势以及d带中心与过电势之间存在火山关系,这意味着ΔG*o,ΔG*OH,和d带中心可以作为评估ORR活性的良好描述符。火山图曲线表明,在所研究的催化剂中,FeMN6-Gra（M=Co,Fe,Ni）具有高的ORR催化活性。其中FeCoN6-Gra表现出最优的ORR催化活性,其工作电压为0.97 V,优于纯Pt的0.78 V。此外动力学研究表明,FeCoN6-Gra的决速步骤的反应能垒为0.34eV,远低于Pt的0.80eV。除了 3d过渡金属二聚体以外,我们也

关键词：质子交换膜燃料电池二维材料密度泛函理论氧还原反应单/双金属原子活性位点

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体育工程学的发展需求与应用研究

体育工程学的发展需求与应用研究

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第十三届全国体育科学大会

作者：陈筱玥岳狄哈尔滨工程大学

研究目的:自1996年我国提出"体育工程"的概念至今,学科体系逐步完善和科学技术不断进步,越来越多的跨学科研究展现出了其独有的魅力,而体育工程作为未来体育经济支柱和动力引擎也应发挥其强大的科技力量。工程技术手段对于竞... 详细信息

研究目的:自1996年我国提出"体育工程"的概念至今,学科体系逐步完善和科学技术不断进步,越来越多的跨学科研究展现出了其独有的魅力,而体育工程作为未来体育经济支柱和动力引擎也应发挥其强大的科技力量。工程技术手段对于竞技体育、大众体育、体育产业和体育教育等方面的支撑作用和价值逐步显现。纳米技术、传感技术、大数据、AI、云计算等新技术均已在体育领域实现应用和发展。随着数字技术在全球的应用范围不断扩大,学科体系逐步完善,跨学科研究的成果展现出不可小觑的实力,近年来体育工程学也以此为依托有了实质性发展,同时带动了体育运动现代化发展。研究方法:本文通过结合当前我国国家体育发展战略、区域和地方体育发展、体育行业内发展等不同层面的任务和目标,以及体育工程领域内自身的发展需求等,采取文献综述法以及逻辑分析法对体育工程学学科目前发展现状以及学科发展的必要性原因进行了归纳总结,对我国当前体育工程学与其他学科交叉融合的成果进行分类,并且讨论了当前我国本领域内研发的限制因素和存在的困难问题,为通过探索应当加大研发投入的方向等问题推进体育工程学的学科建设。研究结果:对于体育工程学的发展需求方面(1)国家、地方层面的规划和目标反应出国内普遍存在的共性需求:利用各类设计学知识设计智慧运动场地;采用先进技术研发新型体育训练和科研装备和器材;利用大数据、互知识库和区块链的方法研发科学健身库;研制环保、耐老化耐腐蚀的体育材料等;(2)体育行业以国家体育总局作为我国发挥此作用的载体,在《体育发展"十三五"规划》中,主要从加强足球场地设施建设;重点建设便民利民的健身场地设施;体育场馆等体育消费基础设施建设与改造;针对老年人、残疾人等特殊群体的体育器材、科学健身方法;为贫困人口和农民工等群体提供场地设施、科学指导等保障服务;带动冰雪设备和冰雪运动装备生产向体育工程技术提出了需求;打造具有自主知识产权的装备器材、新型体育服务技术以及"互联网+"的相关产品;(3)体育产业的规模和品质、提供服务和满足需求的能力亟待提高和优化,希望体育工程学的技术支持可以加速体育产业的发展;(4)体育工程领域自身发展的需求则是对自身建设持续发展、研发机构的建设、融合体育视野和工程经验的交叉型人才的培养等的需求。对于当前体育工程学的应用(1)人工智能、传感器及其网络、可穿戴设备等技术在满足竞技体育的训练和科研中的数字化和智能化等方面具有重要作用;(2)数据分析和挖掘为大众体育提供大型数据处理和分析服务;(3)传感器和可穿戴设备已经在竞技体育训练的实时化和数字化训练方面,以及在大众健身科学指导和体育产业新技术方面体现了应用价值;(4)通信和导航技术是实现智能化的数据通道;(5)体育材料则为满足需求提供原材料。研究结论:根据当前的需求特点、成果情况以及重要的工程技术,体育工程领域研发在以下几个方面还需要重点关注和加大投入:新型的体育设施和场地及其科技含量的提升以及体育设施总数量的增加以及密度的合理分布;挖掘传统技术的潜力,加快利用人工智能等前沿技术的巨大优势和现有成果;扩大研发和成果服务对于奥运会项目的覆盖面;大众体育方面研究利用工程技术满足各类人群的特殊需求;体育产业需结合工业设计、人机工程学和管理学,将成熟的研发成果进行大规模适用性研发和推广;体育工程学自身可持续发展与人才培养。体育工程学是一门新兴的学科,它的发展速度惊人,但尚未建立完整的学科体系,学科发展方面与体育学科的融合还有极大的潜力可挖掘,人才培养方面综合性大学的体育学院应该努力构建体育工程创新建设平台,为国家培养更多复合型人才。体育工程学的发展也存在一些限制因素,技术限制、设备成本限制、专业人才限制、数据收集限制以及人文因素等限制,这些限制因素需要专业人士和相关机构共同努力克服,以推动体育工程学的持续发展和进步。随着科技和人们对健康的重视程度的不断提高,人们对体育科技的需求也会越来越高,而体育工程学正是将科技与体育相结合的重要途径,也在体育产业的发展中扮演更加重要的角色。在我国"十四五"规划和2035年远景目标提出的大环境下,提倡推动互联网、大数据、人工智能等同各产业深度融合,而体育工程作为未来体育经济支柱和动力,应不断探索体育工程的优势所在,推进体育工程学科建设,助力人才培养,为推动十四五时期体育强国建设的发展贡献力量。

关键词：体育工程学新兴科技学科融合 "十四五"规划

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城市交通精准感知与预测分析的关键技术及应用

城市交通精准感知与预测分析的关键技术及应用

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作者：田伟赵加坤金仲存吴越韩潇沈元君张美晶王沿甲章步镐李垚辰西安银江智慧城市技术有限公司西安交通大学银江技术股份有限公司

建立基于数据驱动的综合性、全方位、平台化的城市交通科学治理体系，显著提升交通协同指挥、精准执法和运营车辆监管等交通治理能力，是智能交通进一步实现数字产业化的技术核心与关键。定位（GPS/北斗）、视频卡口、雷达微波等采集技... 详细信息

标准号: 2300190781

建立基于数据驱动的综合性、全方位、平台化的城市交通科学治理体系，显著提升交通协同指挥、精准执法和运营车辆监管等交通治理能力，是智能交通进一步实现数字产业化的技术核心与关键。定位（GPS/北斗）、视频卡口、雷达微波等采集技术提供了PB数量级的时空定位数据，然而交通智能化、信息化工程是多部门、多厂商、多批次渐进建设的，数据价值的开发往往是按单业务条线进行，数据烟囱、数据质量低下等现象严重，传统的方法只解决了单一来源数据的分析及应用问题，而在多源异构数据关联分析方面，受限于缺乏共性技术支撑平台，难以形成数据驱动的交通科学治理体系，无法充分释放与运用多源数据之间的关联价值。该项目研究以城市地理信息系统（UGIS)为基础，通过将交通流检测数据与UGIS数据相结合进行更全面的交通流参数分析，主要针对各类交通数据，手机信令和互联网外部数据进行综合分析。根据各项数据的基本特点和UGIS的特性，按照车道级划分出下游出口道、路口、进口道渠化段、路段、上游出口道五维空间的数据分析基本单元，并根据各类交通参数检测设备和数据特点进行动静态数据匹配关联。通过动态数据分析基本单元对进口道渠化段内各车道的车辆到达、消散，路段内的拥堵、排队以及上下游出口道内的车辆占有等状态进行识别预测。并根据路口间（含长路径）的行程时间、平均速度、0D变化等状态进行识别和时空预测。由于交通系统具有强随机性、连续性、拥挤混合等复杂的特性，早期基于模型的分析方法诸如经典的浅层学习算法、时间序列的自回归统计、K近邻、贝叶斯网络、支持向量回归等，在处理数据量和数据类型渐趋庞大的交通系统时性能不够理想。通过研究发现，人工智能技术在交通流分析中的常用框架有混合神经网络，包括循环神经网络及其变体、卷积神经网络、堆叠的自编码器深度神经网络等深度学习框架以及多任务学习等，基于UGIS数据和交通流运行参数，并提取天气、节假日、早晚高峰、重要活动、周围居民状况以及管制措施等信息，建立交通流的机理模型，消除仅基于过车数据单一信息的不确定性和增强系统AI模型的鲁棒性，减弱不确定影响，并结合交通流本身的随机特性，实现机理交通流的数据计算和随机混合。该项目突破了多项技术难关，形成了一系列原创自主知识产权的核心关键技术，开发了城市交通精准感知与预测分析的关键技术及应用平台。项目主要技术创新点如下： 1、多模态交通大数据融合计算与交通本征提取技术，建立了多尺度交通流特征的提取与全息表达，为智能交通预测分析与管控提供可靠的基础数据支撑。 2、提出基于时空图网络和知识图谱锚定的交通状态推演技术，实现城市交通精准感知。 3、提出面向时空数据探索中的实时交互可视分析技术，提高交通治理的效率。 4、针对大规模交通数据关联挖掘能力与效率难以兼顾的问题，提出了异构超图关联、可伸缩约束谱聚类等动静态数据关联挖掘方法，从数据结构和算法层面分别实现了多视角关联挖掘支撑能力，效率提升2个数量级，应用于交通事件挖掘、交通小区划分、警情关联预测等方面。 5、研发城市交通精准感知与预测分析平台，实现交通多模态数据感知、融合、关联分析、可视理解，有效支撑交通预测分析和交通治理。该项目自研究和逐步应用推广以来，突破多项关键技术，服务于城市交通科学治理领域，产生了包括基于大数据的交通综合管控平台系统软件、综合应急指挥处置系统软件、城市道路区域拥堵调控策略推荐系统、道路拥堵预警分析系统、运维云平台系统等在内的10余种软件产品，与同类/相似产品相比，产品占市场主导地位，形成了自己的市场规模，巩固了技术领先，形成了产业优势。共取得了发明专利10余项、软件著作权10余个、在各权威顶级期刊上发标论文10余篇，相关研究成果应用于杭州、西安、四川、宁夏等20多个城市的交通协同指挥和精准执法，其系统在西安市举办的第十四届全运会交通保障任务、杭州2022年第19届亚运会交通保障任务中发挥重要作用，近三年新增产值逾亿元。该项目提升了交通领域数据的可靠性，为交通数据实时响应提供了支撑，为用户关联分析的快速决策提供了效率保障、为城市交通科学治理提供了平台支撑，为进一步实现数字产业化打下技术基础。

关键词：交通流城市地理信息系统数据关联挖掘方法

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基于Boussinesq型方程的钱塘江涌潮数值模拟

基于Boussinesq型方程的钱塘江涌潮数值模拟

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纪念王仁先生百年诞辰纪念会暨固体力学前沿研讨会

作者：黄婷张怀石耀霖中国科学院大学地球与行星科学学院计算地球动力学重点实验室北京 100049 中国科学院大学地球与行星科学学院计算地球动力学重点实验室北京 100049 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海 519080

钱塘江因其恢弘的涌潮现象而举世闻名,对钱塘江涌潮形成机理的探究具有理论与应用双重价值.本文建立了考虑非线性、频散以及耗散作用的二维高阶Boussinesq型方程,并结合有限体积数值方法来描述钱塘江涌潮这一物理过程,复演了最具代表性... 详细信息

钱塘江因其恢弘的涌潮现象而举世闻名,对钱塘江涌潮形成机理的探究具有理论与应用双重价值.本文建立了考虑非线性、频散以及耗散作用的二维高阶Boussinesq型方程,并结合有限体积数值方法来描述钱塘江涌潮这一物理过程,复演了最具代表性的"交叉潮"、"一线潮"和"回头潮"三大潮景,同时展现了涌潮的二次自由面起伏现象,重现了钱塘江涌潮的形成、发展和消亡三个完整阶段.从涌潮高度、涌潮速度等涌潮传播表征指标进行探究,分析了不同河段潮景的形成过程以及特征,模拟结果与实际观测结论相吻合.潮景的形成是涌潮进入不同发展阶段的重要标志,"交叉潮"出现在涌潮的形成初期,Froude数接近1,涌潮高度在0.5m 左右;涌潮进入盐官河段后,强度开始增强,形成"一线潮",Froude保持在1.45 以上,涌潮高度最大可达3 m 以上;"回头潮"出现之后,涌潮强度开始减弱,于三工段区域再次形成小规模的"一线潮",Froude数在1.3～1.4 之间,涌潮高度约为2m;七堡之后,上溯的涌潮进入消亡阶段,Froude数减小至1.3 以下,涌潮高度约为1m.此次研究有助于对钱塘江涌潮特性的进一步认识.

关键词：钱塘江涌潮 Boussinesq型方程频散数值模型

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基于多模态深度对比聚类的自监督视频行为识别研究

基于多模态深度对比聚类的自监督视频行为识别研究

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作者：魏久桐中国科学院大学

学位级别：硕士

随着移动互联网及多媒体技术的发展，大量视频应用的兴起促使网络视频数量呈爆炸式增长。作为目前主流的信息传播方式，视频已广泛应用于数字媒体、科技教育、安防监控等诸多领域。然而，日益增长的视频数据在满足用户需求的同时，也为... 详细信息

随着移动互联网及多媒体技术的发展，大量视频应用的兴起促使网络视频数量呈爆炸式增长。作为目前主流的信息传播方式，视频已广泛应用于数字媒体、科技教育、安防监控等诸多领域。然而，日益增长的视频数据在满足用户需求的同时，也为视频数据的组织、归类及应用带来了巨大挑战。现有基于监督或半监督的视频行为分类方法虽然获得了显著的性能提升，但通常需要基于大规模的高质量标签数据进行模型学习。因此，如何在无类别标签的视频数据中准确地获取有效信息、探索视频数据本质结构特性及类别分布，成为了计算机视觉和人工智能领域的热点研究课题之一。　　本文主要关注基于多模态特征学习的自监督视频行为识别问题，创新性地提出了基于深度聚类的对比学习框架。本文首先针对视频特征矩阵的特点，将对比学习分成实例对比和集群对比两种方式。针对视频中的背景偏差问题，在实例对比模块中设计了背景加噪的正样本增强方法;针对实例对比学习中的语义偏差问题，设计了更高层级的集群对比进行补充修正，最后将该框架应用于音视频融合的多模态领域。通过多种迁移实验，证明了所提出算法的有效性。具体来说，本文的主要工作和贡献如下:　　提出了一种背景加噪的数据增强方式，并将其应用于视频自监督框架中。视频数据中行为及其发生的场景，往往都具有很强的依赖性，在这种情况下，神经网络无需学习到复杂的时空语义信息，仅靠空间表观信息即可实现一定的分类准确率，这种背景偏差的问题会导致模型的泛化性不足。针对这一问题，本文借鉴图像领域中混合增强的思想，随机抽取训练视频中的一静态帧，并将其叠加到训练样本的每一帧上，由此得到正样本进行对比学习。叠加后的增强视频的表观信息发生了显著变化，但由于叠加的静态帧与训练样本的像素分布相似，增强操作并不会对光流信息造成过多影响，从而保证了增强样本的语义不会受到较大破坏，促使模型深度挖掘视频的深层时序语义信息。最后在行为识别和视频检索任务上验证了这种方式的有效性。　　提出了一种针对视频的集群级对比学习方式。目前主流的视频实例对比学习设置负样本的方法大多是直接从不同的视频中采样，但这种采样往往会将实际语义相似的视频在特征空间中相互推远，造成语义混淆。针对这一问题，本文利用特征矩阵的列代表类别的特点，设计了一种集群级的对比损失函数。具体的，首先使用编码器将每个视频表示成一维行向量，组成二维的特征矩阵，然后利用特征矩阵的列向量进行对比学习。通过这种方式设置的负样本不再受限于不同的实例，而是以更高层级的集群级语义做对比，从而促使模型在不同的语义层级上对特征进行学习和修正。本文在两个公开数据行为识别数据库上进行了识别和检索的迁移实验，取得了与当前最新方法可比较的指标。　　将集群级对比学习方法与音视频多模态数据相结合，提出了基于多模态深度聚类的自监督视频行为识别框架。在主流的多模态对比学习框架中，往往是将两种模态的数据映射到同一特征空间中进行对齐。但多模态数据在视频的语义层面是互补关系，而并非完全一致，多模态特征严格对齐往往破坏了多模态数据在特征空间中的流行分布。因此，本文将集群级对比学习应用于音视频的多模态对比学习。具体的，模型分别对音频输入和RGB输入提取特征，互相交叉进行集群对比学习。这种在集群上的多模态对比方式缓解了前述的对齐问题，同时又能挖掘多模态之间更深层次的信息，促进提高模型对视频语义表征的准确性和泛化性。为了验证所提方法的有效性，本文在两个公开视频行为识别数据库上进行了识别和检索的迁移实验，不仅超过了主流的多模态自监督方法，并且得到了很多极具价值的结论。

关键词：视频处理行为识别自监督学习多模态特征学习对比学习深度聚类

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基于云计算架构的5G智慧广播在应急广播系统中的应用探讨

基于云计算架构的5G智慧广播在应急广播系统中的应用探讨

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2020年全国互联网与音视频广播发展研讨会暨中国数字广播电视与广播发展年会

作者：王振宇刘雅浪湖南康通电子股份有限公司

在5G 通信逐步进入商用的大背景下，将5G 移动通讯技术与云计算技术相融合，针对广播这一细分行业领域，研发5G 云广播系统(即5G 智慧广播)，并将5G 智慧广播系统应用到应急广播，从而实现应急广播终端可以大规模、一网化的实时运营管... 详细信息

在5G 通信逐步进入商用的大背景下，将5G 移动通讯技术与云计算技术相融合，针对广播这一细分行业领域，研发5G 云广播系统(即5G 智慧广播)，并将5G 智慧广播系统应用到应急广播，从而实现应急广播终端可以大规模、一网化的实时运营管理，进一步提高应急广播发布的时效性、准确性、安全性;平时还可以用于农技科普、文化下乡、农村电商等面向农村地区的内容传播运营。

关键词：云计算 5G 云广播智慧广播应急广播

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过渡金属基电解水催化剂材料的设计制备及其性能研究

过渡金属基电解水催化剂材料的设计制备及其性能研究

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作者：钱其柱中国科学技术大学

学位级别：博士

随着全球经济和社会的发展,能源和环境已经成为人类面临的两个主要问题。当前,人类使用的能源仍然主要依赖于传统的化石燃料,作为不可再生资源其储量有限,且使用过程中会对环境产生严重影响。为了实现人类的可持续发展,迫切需要加快对... 详细信息

随着全球经济和社会的发展,能源和环境已经成为人类面临的两个主要问题。当前,人类使用的能源仍然主要依赖于传统的化石燃料,作为不可再生资源其储量有限,且使用过程中会对环境产生严重影响。为了实现人类的可持续发展,迫切需要加快对太阳能、风能、水能、氢能等可再生能源的开发和利用。与其他的间歇式能源相比,氢能是一种重要的二次能源,具有质量轻、燃烧热值高、原料丰富、清洁无污染等优点,通常被视为清洁能源的圣杯。相比于化石能源和工业副产物的主流制氢途径,电解水制氢具有设备简单、绿色环保、氢气纯度高、生产灵活、可实现大规模分布式生产的优点。近年来随着风力和光伏发电的发展,通过电解水制氢可以对弃风、弃光所产生的富余电能进行消纳,实现电网的削峰填谷。但是,目前电解水制氢在全球氢气总产量中的占比仍不超过5%,工业化应用还面临诸多挑战:比如,(1)电能成本占比高,尤其是阳极氧析出反应(OER)的高理论电位,使得达到理想产氢水平的实际电压远大于电解水的热力学平衡电位(1.23 V);(2)目前,性能最好的电解水催化剂主要集中于铱、钌和铂等贵金属;(3)阳极产生的氧气易与阴极的氢气混合产生安全风险。鉴于此,本文将重点围绕低成本的过渡金属基材料设计、合成及其电催化性能的研究,从制约电化学水分解的阳极OER为主要切入点,从两方面来解决电化学水分解制氢存在的问题:(1)设计与开发高效、低成本的非贵金属基OER催化剂,深入探究催化反应过程中的材料结构的演变,探究真正的活性位点,揭示可能的构-效关系;(2)开发取代阳极OER反应的水合肼氧化(HzOR)辅助产氢系统,并利用一些功能化策略设计出高活性的过渡金属催化剂,结合理论计算对反应机理进行模拟,为过渡金属催化剂的开发提供一定的指导思路。具体研究内容如下:1.我们发展了一种室温条件下可快速大规模合成的分级泡沫状结构的NiCoFe基三金属有机框架材料((Ni2Co1)1-x-Fex-MOF-NF),可直接作为碱性条件下高效稳定的OER催化剂。通过调节离子比例,最优的(Ni2Co1)0.925Fe0.075-MOF-NF达到10 mAcm-2电流密度所需的过电位为257 mV,Tafel斜率也仅为41.3 mV dec-1。更重要的是,通过对OER反应中间体的表征,我们发现电化学原位转化形成的金属氢氧/羟基氧化物可能是真正的OER活性物种,而我们合成的分级结构的三金属MOF可以提供一个先进的平台同时实现形貌和组成的优化。2.为了进一步验证OER过程的这种羟基化现象是否也可以在其它多元金属化合中体系中观察到,我们发展了一种通用的阴离子交换反应策略,在温和的液相条件下成功制备了一系列非晶的中空纳米混合氧化物,包括FeCoWOx,FeCoVOx,FeCoPOx,FeCoBOx和FeCoSeOx。得益于对其形貌和组成的同时调控,合成的非晶FeCoSeOx(A-FeCoSeOx-HoNPrs)展示出最佳的OER催化性能,10mAcm2的过电位仅为294mV,具有45.1 mV dec-1的较低的塔菲尔斜率。基于原位拉曼光谱测试和非原位的表征,进一步分析了 OER活性增强的可能来源,表明电化学原位转化形成的金属氢氧化物或者羟基氧化物可能是OER的真正活性物质,而引入的阴离子可能对Fe3+/Co2+的电子结构进行调控。3.根据前面两章关于OER催化剂材料的研究,我们发现多金属协同作用可以有效地调控过渡金属基化合物的电催化性能。在本章中,我们发展了一种生长在泡沫镍基底上的多组分纳米片阵列结构,由丰富的NiCo/MoNi4异质结负载于非晶MoOx基底组成(NiCo-MoNi4 HMNAs/NF),通过将HER活性组分MoNi4和HzOR活性组分NiCo的成功整合,实现了优异的双功能活性。以NiCo-MoNi4 HMNAs/NF作为阴极和阳极的两电极水合肼电解(OHzS),在0.63 V的较低电位下就能实现高达250 mA cm-2的电流密度,显著低于全水分解(OWS)的2.87 V。进一步对循环后的产物进行了表征,发现NiCo-MoNi4 HMNAs/NF电极在测试过程中的NiCo和MoNi4活性组分可以保持,同时也观察到少量氢氧化物的形成,可能会促进了水的吸附和解离,并为羟基的吸附提供了有利的活性位点,进一步加快反应动力学。4.在Ni基合金材料研究基础上,将研究体系进一步扩展到了镍基氮化物中。发展了一种在泡沫镍基底上原位生长具有丰富Ni3N/Co3N异质结的分级多孔纳米片阵列结构(Ni3N-Co3N PNAs/NF),在碱性条件下展示出优异的HER和HzOR双功能活性。相比较于纯相Ni3N和Co3N,得益于异质界面对电子结构的调控,使得Ni3N-Co3N PNAs/NF电极具有热中性的氢吸附吉布斯自由能(ΔGH*≈0),同时也促进了水合肼

关键词：电催化过渡金属化合物析氧反应析氢反应水合肼氧化反应

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第五届高光谱技术及其应用研讨会

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太赫兹科学与电子信息学报 2020年第5期18卷 I0006-I0006页

高光谱技术是集新型探测器技术、精密光学机械、微弱信号探测、高速信号处理技术和计算机信息处理技术于一体的综合性技术,在资源勘探、环境检测、灾害预警、精准农业上应用广泛,在民用和军事上都已经成为各国科技争夺的制高点。

关键词：计算机信息处理技术精密光学资源勘探应用研讨会精准农业环境检测高速信号处理微弱信号探测

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基于准零刚度结构的加速度传感芯片在重力测量中的应用探索

基于准零刚度结构的加速度传感芯片在重力测量中的应用探索

引用

中国地球物理学会地球物理技术委员会第九届学术会议—全域地球物理探测与智能感知学术研讨会

作者：伍文杰刘丹丹李方正高乐张健蔡冰洋涂良成华中科技大学物理学院引力中心重力导航教育部重点实验室中山大学天琴中心&物理与天文学院

地球重力场是近地空间最基本的物理场之一,综合反映了地球的物质分布及其随时间和空间的变化。地球重力场的精确测量在地球物理科学、地震预测、重力辅助导航、重力资源勘探等领域有重要应用。相较于传统重力测量仪器,基于MEMS技术发展... 详细信息

地球重力场是近地空间最基本的物理场之一,综合反映了地球的物质分布及其随时间和空间的变化。地球重力场的精确测量在地球物理科学、地震预测、重力辅助导航、重力资源勘探等领域有重要应用。相较于传统重力测量仪器,基于MEMS技术发展起来的高灵敏度加速度传感芯片在尺寸、成本及功耗等方面有潜在优势,是重力测量仪器的发展方向之一。然而受结构尺寸、技术成熟度等因素影响,当前MEMS重力测量仪器在关键性能指标上还有较大提升空间。本课题组以旋转式重力梯度仪和相对重力仪为应用目标,近十年来一直致力于高精度MEMS加速度传感器研究。为降低MEMS加速度传感芯片本征频率,提高加速度检测精度,本文引入了准零刚度结构,利用正、负刚度抵消的思想缓解常规弹簧-振子结构对极细悬臂梁的需求,在现有MEMS工艺能力下实现本征频率达到0.7Hz的水平振动MEMS弹簧-振子结构及本征频率为3Hz的竖直振动弹簧-振子结构的研制。基于该结构研发的三分量MEMS重力传感芯片本底噪声最低为0.5ng/（Hz）,并且在实验室中探测到重力潮汐和倾斜潮汐,展现了高精度、高稳定性的特点。鉴于MEMS器件在尺寸、成本上的潜在优势,高精度MEMS加速度传感器有望为井中重力测量,大规模、高密度重力测量网点布置、无人机载超低空测量等对尺寸,价格较敏感的应用场景提供备选方案。

关键词：重力测量 MEMS 准零刚度芯片加速度计

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交替方向乘子法的安德森加速及其应用

交替方向乘子法的安德森加速及其应用

引用

作者：欧阳文清中国科学技术大学

学位级别：硕士

许多工程应用问题都可以归结于优化问题,即给定目标函数和约束求解最小值.近年以来,随着科技的发展,一方面工程中所需要处理的数据量越来越大,从而要解决的优化问题的规模也越来越大,大规模优化的算法受到了更多的关注.另一方面,随着问... 详细信息

许多工程应用问题都可以归结于优化问题,即给定目标函数和约束求解最小值.近年以来,随着科技的发展,一方面工程中所需要处理的数据量越来越大,从而要解决的优化问题的规模也越来越大,大规模优化的算法受到了更多的关注.另一方面,随着问题的复杂程度增大,在一些情况下目标函数是非凸并且非光滑的,这使得很多传统的基于梯度的优化方法失效.交替方向乘子法(ADMM)正是这样一种适用于大规模优化和非凸非光滑优化的一种算法.当目标函数可以分离成两个关于不同变量的函数之和,并且这两个变量之间有一个线性约束时,ADMM交替优化这两个变量以及对偶变量.一般来说,优化单个函数会显著比优化两个函数之和简单,实践中经常可以得到解析解或者能够并行优化.这些特点使得ADMM每一步的迭代代价非常低,从而适用于大规模优化.在整个优化过程中,ADMM并不需要这两个函数的梯度,取而代之的是两个函数的逼近映射(Proximal Mapping).而对于很多函数而言,逼近映射计算代价很低,这也使得ADMM非常适用于非凸非光滑优化的情况.尽管ADMM已经在工程中得到了广泛应用,研究者发现它有一个明显的缺点.ADMM通常可以以很快的速度得到一个低精度的解,但是需要较多的迭代次数以收敛到高精度的解.而在一些应用中,对精度的要求非常高,这促使研究者开始思考对ADMM的加速方法.然而现有的大部分加速方法只能适用于凸的ADMM问题,这限制了这些方法的使用范围.安德森加速(Anderson Acceleration)是一种用于加速固定点迭代的算法,近年以来,由于安德森加速的实现简单,数值效果好,在工程中已经得到了非常广泛的应用.本文详细地讨论了如何将安德森加速应用.最关键的部分在于将ADMM表达成固定点迭代.本文分成两个部分.第一部分中,我们直接从ADMM本身出发,考察了 ADMM在一般情况下的固定点迭代格式,然后对于一些特殊情形给出了维度更低的固定点迭代格式.之后我们将安德森加速应用到ADMM的固定点迭代格式上.同时注意到为了保证加速算法收敛,我们首先需要保证ADMM的收敛性.现有的非凸ADMM收敛性证明需要一些强假设,而这些假设并不能被一些实际应用问题满足.本文对这些问题的结构做了细致性的分析,得到了新的收敛性证明.第二部分中我们利用了 ADMM和Douglas-Rachford(DR)分裂算法的等价性,通过考察DR分裂算法的固定点迭代格式,对一般的可分离的ADMM问题,我们将ADMM中被加速变量的维度降低到和对偶变量维度一致,然后对等价的DR分裂算法使用安德森加速.最后,利用DR envelope,我们也给出了加速算法的收敛性证明.

关键词：非凸优化非光滑优化交替方向乘子法安德森加速

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