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铠甲催化剂助力锌-空气电池:氮掺杂石墨烯上超薄碳封装铁镍合金增强氧电催化

Chinese Journal of Catalysis 2024年第3期58卷 206-215页

作者：郭一博薛圆媛周震中国民航大学科技创新研究院民航热灾害防控与应急重点实验室天津300300 南开大学材料科学与工程学院新能源材料化学研究所先进能源材料化学教育部重点实验室新能源转化与存储交叉科学中心天津300350 郑州大学化工学院河南郑州450001

改善氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)的缓慢动力学对促进可充电锌-空气电池的应用具有重要意义.在过去十年中,研究人员致力于开发不含贵金属的双功能氧电催化剂,包括过渡金属(铁、钴、镍和锰)、合金、氧化物、氮化物、氢氧化物和磷化... 详细信息

改善氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)的缓慢动力学对促进可充电锌-空气电池的应用具有重要意义.在过去十年中,研究人员致力于开发不含贵金属的双功能氧电催化剂,包括过渡金属(铁、钴、镍和锰)、合金、氧化物、氮化物、氢氧化物和磷化物,以进一步降低催化剂的成本,并提高其性能.研究表明,铁基催化剂表现出较好的ORR催化活性,而镍基催化剂在OER方面具有出色的性能,因此将铁和镍进行合金化组合成为一种实现高效双功能催化活性的有效方法.然而,反复的氧化还原反应会导致金属在水溶液中溶解,从而使得催化剂的耐久性变差.因此,如何在保证催化活性的同时提升催化剂的耐久性,成为了科研人员面临的一项重大挑战.构建铠甲催化剂被证明是解决上述问题的一种有效策略.本文通过热解三聚氰胺、葡萄糖和无机金属盐组成的混合物,成功制备了一种极具前景的铠甲催化剂FeNi@NC,其由掺杂氮的类石墨烯纳米片上超薄碳壳封装的铁镍合金纳米颗粒构成.扫描电镜、透射电镜、能量色散光谱、X射线吸收光谱和X射线衍射系列表征结果证明了碳壳封装铁镍合金纳米颗粒的形成,X射线光电子能谱证明催化剂中铁镍合金的电子向外层碳壳转移.电化学测试结果表明,FeNi@NC的ORR起始电位和半波电位与商业Pt/C催化剂相当,并且OER性能也与商业RuO2催化剂相近,展现出了良好的双功能催化活性.理论计算结果表明,内部铁镍合金的电子向外层氮掺杂碳壳转移,不仅活化了碳表面,还显著提升了催化剂的ORR和OER活性.这种电子转移促进了铁镍合金与氮掺杂碳壳之间的强协同效应,共同赋予了催化剂出色的双功能催化能力.此外,包裹在FeNi合金纳米颗粒周围的碳壳不仅为催化剂提供了结构支撑,还显著增强了易溶解合金物质的稳定性和耐久性.在多次循环伏安测试后,FeNi@NC催化剂仍然能够维持较高的催化性能,循环后的电镜表征进一步证实了催化剂结构的稳定性.FeNi@NC催化剂的高效催化活性、界面上快速的物质和电荷传输以及稳定的封装结构,使其在作为可充电锌-空气电池正极时展现出高功率密度和长循环稳定性.综上,本文研究了杂原子掺杂碳材料负载限域生长过渡金属合金的可控制备及其电催化反应机制,为锌-空气电池提供了一种新的解决方案.

关键词：锌-空气电池铠甲催化剂双功能电催化剂 FeNi合金碳壳

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不均匀气隙表贴式永磁同步电机磁场解析计算

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电工技术学报 2022年第14期37卷 3502-3513页

作者：赵士豪陈进华张驰李争孟玉龙河北科技大学电气工程学院石家庄050018 中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省机器人与智能制造装备技术重点实验室宁波315201

工业机器人与数控机床用永磁同步电机设计过程中为追求反电动势的正弦性和低转矩脉动,常采用面包型或偏心削极的不均匀气隙结构,该文基于微分原理对不均匀气隙结构转子磁极进行径向等极弧分段,在二维极坐标下将电机结构划分为永磁体、... 详细信息

工业机器人与数控机床用永磁同步电机设计过程中为追求反电动势的正弦性和低转矩脉动,常采用面包型或偏心削极的不均匀气隙结构,该文基于微分原理对不均匀气隙结构转子磁极进行径向等极弧分段,在二维极坐标下将电机结构划分为永磁体、气隙、槽开口和定子槽四个精确子域的解析模型,并建立泊松方程和拉普拉斯方程,通过分离变量法与傅里叶级数法求解偏微分方程,通过边界条件对各子域谐波系数求解以得到各分段磁极磁场分布,然后基于积分原理对其等效叠加得到电机二维磁场分布结果。该解析方法同时考虑到瓦片型、偏心式与面包型磁极转子结构,可以计算任意单元数电机的空载、电枢及负载的磁场特性,并在此基础上计算转矩和空载反电动势特性。通过样机测试结果和有限元仿真结果与解析结果进行比较,验证解析方法的准确性,能够快速指导电机设计。

关键词：永磁同步电机子域解析法不均匀气隙等极弧分段磁场性能

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三维空间位置服务中智能语义位置隐私保护方法

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电子与信息学报 2024年第6期46卷 2627-2637页

作者：闵明慧杨爽胥俊怀李鑫李世银肖亮彭国军中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 武汉大学空天信息安全与可信计算教育部重点实验室武汉430072 厦门大学信息学院厦门361005

针对大型医院、商场及其他3维(3D)空间位置服务中敏感语义位置(如药店、书店等)隐私泄露问题,该文研究了基于3D空间地理不可区分性(3D-GI)的智能语义位置隐私保护方法。为摆脱对特定环境和攻击模型的依赖,该文利用强化学习(RL)技术实现... 详细信息

针对大型医院、商场及其他3维(3D)空间位置服务中敏感语义位置(如药店、书店等)隐私泄露问题,该文研究了基于3D空间地理不可区分性(3D-GI)的智能语义位置隐私保护方法。为摆脱对特定环境和攻击模型的依赖,该文利用强化学习(RL)技术实现对用户语义位置隐私保护策略的动态优化,提出基于策略爬山算法(PHC)的3D语义位置扰动机制。该机制通过诱导攻击者推断较低敏感度的语义位置来减少高敏感语义位置的暴露。为解决复杂3D空间环境下的维度灾难问题,进一步提出基于近端策略优化算法(PPO)的3D语义位置扰动机制,利用神经网络捕获环境特征并采用离线策略梯度方法优化神经网络参数更新,提高语义位置扰动策略选择效率。仿真实验结果表明,所提方法可提升用户的语义位置隐私保护性能和服务体验。

关键词：位置服务 3维空间语义位置隐私策略爬山近端策略优化

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棉花出苗期耐冷综合评价体系的构建及耐冷指标筛选

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中国农业科学 2022年第22期55卷 4342-4355页

作者：沈倩张思平刘瑞华刘绍东陈静葛常伟马慧娟赵新华杨国正宋美珍庞朝友中国农业科学院棉花研究所/棉花生物学国家重点实验室华中农业大学植物科学与技术学院

【目的】综合评价棉花品种（系）出苗期耐冷性，建立可靠评价模型，筛选鉴定指标，为耐冷品种选育鉴定提供简便有效的评价方法。【方法】以200份陆地棉品种（系）为试验材料，设恒定低温、昼夜变温和适宜温度3个处理，测定其出苗率、下... 详细信息

【目的】综合评价棉花品种（系）出苗期耐冷性，建立可靠评价模型，筛选鉴定指标，为耐冷品种选育鉴定提供简便有效的评价方法。【方法】以200份陆地棉品种（系）为试验材料，设恒定低温、昼夜变温和适宜温度3个处理，测定其出苗率、下胚轴长、根长、百粒重等指标，采用耐冷系数差异分析、频次分析、降幅分析、主成分分析、聚类分析和多元回归分析等方法，对群体进行耐冷型划分，并建立耐冷性评价模型和确定鉴定指标。【结果】各指标在适宜温度下变异幅度较小，变异系数为3.12%—18.89%，各品种（系）出苗率在85.00%以上，具有较高的生活力，可用于后续耐冷性分析。在低温胁迫下群体内各指标变异幅度增大，为7.14%—108.33%，在恒定低温和昼夜变温下，变幅最大的指标依次为根长和萌发指数。主成分分析将14个低温相关指标和百粒重转换为6个相互独立的综合指标，代表了全部数据74.98%的信息量。利用隶属函数法计算综合耐冷评价值（D），并对其进行聚类分析，按照耐冷性强弱将200份陆地棉品种（系）划分为5类，第Ⅰ类群属于强耐冷型共2份，第Ⅱ类群属于耐冷型共42份，第Ⅲ类群属于中耐冷型共69份，第Ⅳ类群属于较敏感型共83份，第Ⅴ类群属于敏感型共4份，其中，新陆中16号为耐冷性最强的品种。采用多元回归分析方法，建立棉花出苗期耐冷性预测模型为Y=-4.10+0.58X4+0.40X14+0.32X1+0.22X5(R2=0.92)，筛选出4个耐冷性鉴定指标，分别为恒定低温下的棉苗总长、出苗率、干物重和昼夜变温下的萌发率。田间早播试验中各品种（系）的出苗率，与室内试验结果基本一致。【结论】采用恒定低温和昼夜变温处理结合多元统计分析方法对棉花出苗期耐冷性评价是可行的，恒定低温下的棉苗总长、出苗率、干物重和昼夜变温下的萌发率，可作为鉴定指标。

关键词：棉花出苗期耐冷性综合评价指标筛选

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高粱品种生态适应性综合评价指标体系的构建与应用

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中国农业资源与区划 2023年第2期44卷 27-34页

作者：李桂英柯福来朱凯董立邹金秋游光霞王智韩粉霞程汝宏中国农业科学院作物科学研究所作物分子育种国家工程实验室辽宁省农业科学院高粱研究所河北省农林科学院谷子研究所中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

[目的]高粱是我国重要的多用途旱地经济作物，生产区域广，生态条件复杂，栽培方式多样，因此，构建高粱品种生态适应性评价指标体系对品种选择、种植规划等具有重要指导意义。[方法]文章通过文献研究、生产调研和专家问卷调查，利用层... 详细信息

[目的]高粱是我国重要的多用途旱地经济作物，生产区域广，生态条件复杂，栽培方式多样，因此，构建高粱品种生态适应性评价指标体系对品种选择、种植规划等具有重要指导意义。[方法]文章通过文献研究、生产调研和专家问卷调查，利用层次分析法，构建品种生态适应性评价的指标体系的层次结构；利用德尔菲法，利用橙子办公软件设计调查问卷，借助专家微信群对各指标的相对重要性进行专家问卷调查，使用SPSSAU优序图法，计算各指标权重。[结果]根据反复征询意见，确定了各项指标的判分原则和标准，按综合得分将高粱品种生态适应性分为适应（≥90分）、较适应（76～89分）和不适应（≤75分）3类。根据所建评价方法对适应性评价试验中6个代表性品种，对其在6个地区的表现进行综合打分评价。[结论]证明结果符合实际。

关键词：高粱品种生态适应性指标体系评价指标

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过坝下泄水流中温室气体排放速率的数值模拟

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湖泊科学 2022年第2期34卷 664-674页

作者：黄菊萍欧洋铭李然冯镜洁李哲中国科学院重庆绿色智能技术研究院重庆400714 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065 成都大学建筑与土木工程学院成都610106

当水流通过泄洪建筑物下泄时,水体中所溶解的温室气体(二氧化碳(CO_(2))、甲烷(CH_(4))等)会因为所受压力的瞬间改变而导致溶解度降低,从而造成气液之间传质的发生及水中温室气体的排放.然而,目前对于泄流条件下水中温室气体排放的研究... 详细信息

当水流通过泄洪建筑物下泄时,水体中所溶解的温室气体(二氧化碳(CO_(2))、甲烷(CH_(4))等)会因为所受压力的瞬间改变而导致溶解度降低,从而造成气液之间传质的发生及水中温室气体的排放.然而,目前对于泄流条件下水中温室气体排放的研究还较为缺乏.鉴于原型观测与模型试验的局限性,本文建立了大坝泄流条件下温室气体排放速率的数学模型,模型基于VOF(volume of fluid)气液两相流模型,考虑了温室气体在过坝下泄过程中发生的气泡传质和自由液面传质.本文以温室气体CO_(2)和CH_(4)为研究对象,分别通过模拟溶解态CO_(2)和CH_(4)在过流坝面和空中挑射过程中及在坝下消力池或水垫塘内的输移扩散,计算得到CO_(2)和CH_(4)在水中的浓度分布及在不同上游来流的温室气体浓度工况下的坝下温室气体排放速率.模拟结果表明,坝下温室气体在水中的浓度分布主要受到上游来流浓度大小、气液传质的发生及溶解气体输移扩散的影响.其中,上游来流的温室气体浓度大小为影响坝下温室气体排放速率的主要因素.本研究为明确不同泄洪方式下的温室气体排放速率的大小和科学评估水电碳足迹提供了新的研究思路和技术基础.

关键词：温室气体过坝下泄数值模拟排放速率

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星地量子跟踪仪的跟瞄控制系统

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光学精密工程 2022年第24期30卷 3178-3188页

作者：费强邓永停王雪峰邵蒙谢虹波孙景旭季华实验室广东佛山528000 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

星地量子通信传输距离长,卫星与地面存在相对运动,提高了对量子跟踪仪的跟踪性能要求。为了提高星地量子通信的跟踪精度,降低量子通信的误码率,本文对量子跟踪仪的跟瞄控制系统展开研究,并对影响跟踪精度的总扰动进行补偿。首先,介绍了... 详细信息

星地量子通信传输距离长,卫星与地面存在相对运动,提高了对量子跟踪仪的跟踪性能要求。为了提高星地量子通信的跟踪精度,降低量子通信的误码率,本文对量子跟踪仪的跟瞄控制系统展开研究,并对影响跟踪精度的总扰动进行补偿。首先,介绍了星地量子通信链路、量子通信过程及其影响因素。接着,搭建了量子跟踪仪的运动数学模型。基于跟踪仪的数学模型,设计并提出自抗扰模型预测控制算法;针对模式切换问题,提出了分数阶跟踪微分器以优化轨迹减小超调。根据与“墨子号”卫星进行量子通信的实验结果:分数阶跟踪微分器对模式切换后的目标捕获速度提高了22%,提出的自抗扰模型预测控制相比于传统的PI控制有更强的抗扰动能力,削弱了俯仰换向的脱靶量尖峰,跟踪精度达到2.9″,提高了量子偏振数据接收量,总误码率降低到1.18%。本文提出的控制算法能够进一步提高量子跟踪仪的跟踪精度,降低了误码率,满足星地量子通信的精度要求。

关键词：量子跟踪仪量子通信自抗扰模型预测控制分数阶跟踪微分器跟瞄控制系统

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两类数据驱动计算均匀化方法对比研究

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力学学报 2024年第7期56卷 1931-1942页

作者：白晓伟赵鲁阳李亮罗利龙阳杰胡衡武汉大学土木建筑工程学院武汉430072 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065 宁夏大学数学统计学院银川750021

目前针对非均质材料与结构的多尺度仿真尚面临本构建模复杂和多尺度计算成本高的难题.数据驱动计算均匀化方法一方面通过数据科学的手段降低与本构模型相关的人力和时间成本,另一方面将耗时的细观问题计算移至线下进行,从而显著提升非... 详细信息

目前针对非均质材料与结构的多尺度仿真尚面临本构建模复杂和多尺度计算成本高的难题.数据驱动计算均匀化方法一方面通过数据科学的手段降低与本构模型相关的人力和时间成本,另一方面将耗时的细观问题计算移至线下进行,从而显著提升非均质材料与结构的在线计算效率.该方法按控制方程的来源可大致分为两类:第一类是基于能量泛函的数据驱动算法,旨在通过人工智能手段高效地获取材料本构关系,继而在经典计算力学框架下通过能量极值求解问题;第二类是基于距离泛函的数据驱动算法,其绕开材料本构建模过程,直接利用本构数据中的点与满足守恒方程的点的距离极值寻求问题的解.文章简要回顾两类数据驱动计算均匀化方法的求解思路,以纤维增强复合材料结构为例,分别从定性和定量的角度分析样本数据量对两类算法计算效率和精度的影响,继而从算法实现、计算精度、计算效率和后处理等方面进行对比分析,探讨两者在求解多尺度问题时的优势与不足,以期为发展高效的非均质材料结构分析技术提供参考.

关键词：数据驱动计算力学计算均匀化非均质材料与结构

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水平层状介质孔中张量瞬变电磁响应的解析分析

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地球物理学报 2023年第5期66卷 2167-2180页

作者：杨海燕肖占山刘志新岳建华胡海涛苏本玉李哲中国矿业大学资源与地球科学学院深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 中国石油集团测井有限公司西安710077

在感应测井和瞬变电磁场理论基础上,采用并矢格林函数计算三维感应测井中的9个谐变场分量,应用余弦变换数值滤波法将磁张量转换到时间域,得到孔中时间域张量电磁场理论公式,提出了孔中时间域电磁张量测量方法.建立了竖井井旁层状介质模... 详细信息

在感应测井和瞬变电磁场理论基础上,采用并矢格林函数计算三维感应测井中的9个谐变场分量,应用余弦变换数值滤波法将磁张量转换到时间域,得到孔中时间域张量电磁场理论公式,提出了孔中时间域电磁张量测量方法.建立了竖井井旁层状介质模型和钻遇地层模型,从理论上获得了井中不同深度处的时间域电磁张量响应,初步验证了该方法在井旁远探和随钻前探中的可行性.研究结果表明:孔中测点所处深度越深需要的采样时间窗口越宽;与z相关的感应电位分量对目标层的识别能力更高,可以作为井旁远探的首选参数;xx分量和zz分量异常响应较为明显,可分别作为随钻前探的首选分量和辅助分量.多测道曲线和截距剖面能明显反映出目标层界面特征,可以为资料处理与解释提供帮助.此外,zz分量可识别出高阻目标层,显示出了方法的另一优势.研究成果可为电磁张量测井技术与装备研发提供理论参考.

关键词：瞬变电磁法感应测井张量测量钻孔层状介质

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光场角度线索表征的语义分割研究

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中国图象图形学报 2025年第4期30卷 1130-1140页

作者：程欣怡贾晨张梓轩石凡天津理工大学计算机科学与工程学院天津300384 计算机视觉与系统省部共建教育部重点实验室(天津理工大学) 天津300384 学习型智能系统教育部工程研究中心(天津理工大学) 天津300384

目的当前的光场语义分割方法局限于单一物体,手工特征表达鲁棒性差且缺乏高层角度语义信息,针对上述不足,提出了一种适用于静态图像的端到端语义分割网络,充分挖掘了深度卷积神经网络对光场图像特征的表征潜力,探索了空间和角度结构关... 详细信息

目的当前的光场语义分割方法局限于单一物体,手工特征表达鲁棒性差且缺乏高层角度语义信息,针对上述不足,提出了一种适用于静态图像的端到端语义分割网络,充分挖掘了深度卷积神经网络对光场图像特征的表征潜力,探索了空间和角度结构关系以解决过分割和欠分割问题。方法从多尺度光场宏像素图像构造出发,基于多种骨干网络设计,提出了一个高效角度特征提取器(angular feature extractor,AFE)与空洞空间金字塔池化(atrous spatial pyramid pooling,ASPP)结合的光场语义分割模型。其中,在编码器模块中采用ASPP以高效地提取并融合宏像素图像中的多尺度空间特征,提高模型对复杂场景的适应能力;在解码器中设计AFE用于提取宏像素图像中的角度结构线索,减少特征在连续下采样过程中造成的角度信息丢失。结果通过在LF Dataset开源数据集上与7种光场最佳方法(state-of-the-art,SOTA)进行实验,利用ResNet101作为骨干网络时所提模型在测试集上实现了88.80%的平均交并比(mean intersection over union,mIoU),在所有对比方法中是最佳的。结论本文所提模型在提升语义分割性能方面具有可行性和有效性,能够更加精确地捕捉到图像中细微变化的信息,实现更精确的边界分割,为光场技术在场景理解中的应用提供了新的研究方向。

关键词：语义分割光场成像宏像素图像角度线索空洞卷积

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