检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：李宝武北京建筑大学

学位级别：硕士

化石能源的大量使用虽然促进了世界工业的快速发展,但也产生了诸多能源和环境问题。为了改变当前能源应用现状,世界正在进行以可再生能源利用为主的第三次能源革命。光伏发电技术是可再生能源利用的一种主要形式,但实际应用中往往存在... 详细信息

化石能源的大量使用虽然促进了世界工业的快速发展,但也产生了诸多能源和环境问题。为了改变当前能源应用现状,世界正在进行以可再生能源利用为主的第三次能源革命。光伏发电技术是可再生能源利用的一种主要形式,但实际应用中往往存在着太阳能光通量密度低、能量分散等问题,影响光伏发电系统的电性能。因此,本文设计了V型槽式聚光光伏发电系统,利用V型槽聚光器增大太阳能电池表面的辐射强度,提高光伏发电系统的输出功率。首先,本文分析了V型槽聚光器内部光线的反射路径,确定了V型槽聚光器的设计原则,推导出了不同情况下V型槽聚光器的设计计算公式。然后,设计并搭建了V型槽式聚光光伏发电系统（单晶硅、多晶硅）和平板式光伏发电系统（单晶硅、多晶硅）,以分析不同电池材料和有无聚光器对光伏发电系统电性能的影响,并对4套光伏发电系统进行实验测试,选取典型工况日的实验数据进行研究分析。最后,建立了V型槽式聚光光伏发电系统的数学模型,该模型由太阳辐射数学模型和光伏发电系统各组件的能量平衡方程构成,利用典型工况日的实验数据对该数学模型进行了可靠性验证,利用验证后的数学模型对V型槽式聚光光伏发电系统进行了不同工况下的性能模拟和优化分析。主要研究结果如下:（1）相较于平板式光伏发电系统,V型槽式聚光光伏发电系统的平均电功率最高可提升43.65%,并且在同等环境条件下,聚光光伏发电系统（单晶硅）的平均电功率和电效率均高于聚光光伏发电系统（多晶硅）。（2）相对于平板式光伏发电系统,聚光光伏发电系统中太阳能电池组件的温度并没有大幅升高。因为V型槽两侧反射器在聚光的同时,还作为太阳能电池组件的肋片增大了散热面积,降低了太阳能电池组件的温度。（3）V型槽式聚光光伏发电系统数学模型计算的模拟值和实验值之间的偏差为-11.41%～10.32%,该偏差在±15%的合理范围内,数学模型较为精准,可以用于V型槽式聚光光伏发电系统的性能模拟与优化。（4）随着聚光器反射率、风速、辐射强度和太阳能电池覆盖率等的增大,V型槽式聚光光伏发电系统的电功率和电效率都会提高;随着室外温度的升高,系统的电功率和电效率都下降;V型槽式聚光光伏发电系统的最佳光伏板倾角为37°,聚光器的最佳槽角为25°。

关键词： V型槽聚光器 CPV 数学模型电功率电效率

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三维辐射传输模型LESS原理及其应用

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遥感技术与应用 2019年第5期34卷 914-924页

作者：漆建波谢东辉许月阎广建北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室北京100083 北京师范大学地理科学学部北京100875

三维辐射传输模型能够准确地刻画太阳辐射与异质地表之间的相互作用,近年来已成为定量遥感建模与反演研究中的重要工具。LESS模型是基于光线追踪的三维真实冠层辐射传输模型,充分利用了光线追踪的前向追踪模式模拟能量平衡问题以及后向... 详细信息

三维辐射传输模型能够准确地刻画太阳辐射与异质地表之间的相互作用,近年来已成为定量遥感建模与反演研究中的重要工具。LESS模型是基于光线追踪的三维真实冠层辐射传输模型,充分利用了光线追踪的前向追踪模式模拟能量平衡问题以及后向追踪模式模拟大尺度(公里级)遥感影像,从而实现在同一模型中多种遥感数据的模拟。目前,LESS模型可以模拟多角度反射率、多/高光谱影像、鱼眼相机、复杂地形区上下行短波辐射、冠层分层FPAR等数据,可以为验证物理模型、发展参数化模型以及训练神经网络模型等提供更为可靠的模拟数据集。本文主要介绍了LESS模型的基本原理和典型的应用。LESS模型可以从***网站下载。

关键词： LESS 光线追踪三维辐射传输真实场景

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齿轮逆序啮合研究

齿轮逆序啮合研究

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作者：李柯北京工业大学

学位级别：博士

齿轮作为机械制造基础零件，用于传递运动和动力，其设计和制造水平直接影响传动系统的整机性能。齿轮传动过程分为两个阶段:单对轮齿的齿面啮合传动和确保传动连续性的多对轮齿间的交替啮合传动。经典齿轮啮合原理仅研究单对齿面啮合... 详细信息

齿轮作为机械制造基础零件，用于传递运动和动力，其设计和制造水平直接影响传动系统的整机性能。齿轮传动过程分为两个阶段:单对轮齿的齿面啮合传动和确保传动连续性的多对轮齿间的交替啮合传动。经典齿轮啮合原理仅研究单对齿面啮合而不涉及多对轮齿交替啮合，现代齿轮啮合理论拥有研究多对轮齿交替啮合的手段，但迄今的工作仍集中在研究单对齿面啮合而忽视了针对多对轮齿交替啮合的研究。　　齿轮传动过程中，为确保传动的连续性，齿轮的重合度必须大于1;为保证传动的平稳性，理论上要求主、从动轮的法向啮合齿距相等。受加工误差、载荷等影响，主、从动轮的法向啮合齿距并不实时相等，导致啮入和啮出冲击等现象。在本文的研究中发现:由于齿轮重合度大于1，轮齿交替传动过程不仅有啮入冲击、啮出冲击和交替冲击，更存在一种内涵更为丰富的普遍物理现象，称之为“逆序啮合”现象。　　本文对齿轮逆序啮合现象及其涉及的几个关键技术问题开展了深入研究，主要内容如下:　　(1)揭示了齿轮逆序啮合现象。从一种全新的角度，针对齿轮啮合过程中轮齿之间啮合顺序的变化规律开展研究，发现了与正常顺序啮合相反的现象，提出了一个新概念——齿轮“逆序啮合”。分析了导致逆序啮合的原因，得出逆序啮合现象与齿轮加工误差、安装误差、受热变形和承载变形等诸多因素存在的联系，总结出啮合齿对法向啮合齿距不相等，是导致逆序啮合的根本原因。将逆序啮合分为微观逆序啮合和宏观逆序啮合，并对两种逆序啮合现象的运动规律进行了分析。以基节误差为出发点，着重解析齿轮微观逆序啮合现象，建立了齿轮微观逆序啮合过程的数学模型，得到啮合过程中从动轮的角速度误差和角加速度误差等运动学模型。　　(2)建立了特征齿轮的啮合刚度模型。针对误差齿廓的平行轴齿轮副的时变啮合刚度、传动误差和载荷分布问题，基于齿轮误差和受载弹性变形的统一性原理，引入动态齿轮副整体误差，建立平行轴齿轮传动系统啮合刚度、载荷分配系数和有载动态整体误差模型。计算了齿顶修缘、压力角误差和中鼓修形等特征齿形的齿轮副时变啮合刚度和齿面载荷分配系数，并对特征齿轮的啮合过程进行详细的分析。将时变啮合刚度研究回归到逆序啮合现象，分析逆序啮合过程的受力特点，建立逆序啮合过程时变啮合刚度的计算模型。　　(3)基于齿轮逆序啮合过程分析无载和承载的齿轮传动啮合冲击。基于逆序啮合解析建模，对无载时的啮入和啮出过程进行分析，提出了“硬脱啮”和“软脱啮”的概念，进而对冲击过程建模解析。考虑齿轮误差和轮齿变形的综合作用，分析了几类特征齿轮传动在载荷作用下的啮合过程，揭示了增速交替、减速交替和齿面多次交替齿轮副的动态特性变化规律，确定哪类交替可能导致齿轮传动性能恶化。为优化齿轮传动性能，从齿轮逆序啮合的角度提出了齿轮修形和齿轮配对应遵循的准则。　　(4)从动力学角度研究特征齿轮的传动性能。由于齿轮振动加速度的均方根正比于齿轮的噪声，因此，可以利用振动加速度研究传动噪声。在建立直齿轮动态性能分析模型的基础上，将5种特征齿轮副对应的啮合刚度代入模型，得到对应情况下主、从动轮弯-扭方向上的振动加速度均方根。通过对比和分析各个方向的加速度均方根，得到不同特征修形对应的动态响应趋势，结论与齿轮配准则基本吻合，验证了承载后逆序啮合理论对传动性能影响的正确性。　　(5)阐述了齿轮逆序啮合在齿轮测量和加工中的应用。齿轮逆序啮合作为一种物理现象，其避免和利用是矛盾的两面。齿轮传动中，要避免逆序啮合现象，但如何利用免逆序啮合也是非常有价值的工作，其在齿轮测量和加工等领域应用展现了令人振奋的前景。蜗杆式齿轮整体误差“间齿测量”方法，其本质就是利用了逆序啮合现象。根据整体误差测量中所发生的齿轮逆序啮合的特点，分析出啮出段数据可信度更高，提出了利用啮出段数据作为依据的齿廓评价区域确定方法。在间齿珩齿加工中，利用齿轮逆序啮合过程中的运动规律，通过对逆序过程的运动控制，实现齿根光整和齿根修形以及实现齿顶倒棱加工，甚至可以进行齿项修缘。

关键词：齿轮传动逆序啮合误差分析运动学模型

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共轭烯酮类化合物的设计合成、光物理/光化学性质研究及应用

共轭烯酮类化合物的设计合成、光物理/光化学性质研究及应用

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作者：薛探龙北京化工大学

学位级别：博士

光响应有机小分子能够在光照下发生化学变化或者物理变化,基于不同的光响应特性,它们在不同的领域得到了应用。分子对光的吸收能力是其对光响应的基础条件。在光聚合领域中,光引发剂能够对光响应产生自由基进而引发聚合反应。LED光源具... 详细信息

光响应有机小分子能够在光照下发生化学变化或者物理变化,基于不同的光响应特性,它们在不同的领域得到了应用。分子对光的吸收能力是其对光响应的基础条件。在光聚合领域中,光引发剂能够对光响应产生自由基进而引发聚合反应。LED光源具有环保、高效、节能的优势,将逐渐代替汞灯成为光聚合领域中主流的辐照光源。相较于汞灯,LED光源的发光波段窄且波长通常大于365 nm。然而,目前大多数商业化的光引发剂在365 nm以上的光吸收能力很弱(ε<1000 M-1 cm-1),不能很好的匹配LED光源。开发在LED光源发光波段下具有强吸收能力、高引发效率的光引发剂是解决这一问题的关键。共轭烯酮类化合物可以通过醛和酮之间的克莱森施密特缩合反应制备,廉价、广泛的原料赋予了其合成的便利性和一定的结构设计性。由于羰基的存在,这类化合物能够发生光化学夺氢反应产生自由基。通过合理的结构设计,这类化合物的吸收光谱可以延伸到可见光区,能够满足LED光引发剂对光吸收能力的需求。但是,由于缺乏对共轭烯酮类化合物光化学/光物理性质与构筑单元之间的关系的深入理解,目前这类夺氢型光引发剂/光敏剂在结构设计存在着一定的盲目性,导致其性能不能得到很好的发挥。此外,作为一类易于合成的化合物,应该对共轭烯酮类化合物的性质进行更多探索,以提高其实际应用中的附加值。为解决光聚合领域中高效LED光引发剂的需求问题以及共轭烯酮类化合物理解不深、性能不佳和应用不广的问题,本文设计合成了多种共轭烯酮类化合物,对其化学结构进行了表征和验证,并结合实验结果和理论计算系统的探究了共轭烯酮类化合物中构筑单元与光化学/光物理性质之间的构效关系。基于此构效关系,进一步设计合成了一种低迁移、引发性能较优的LED光引发剂,设计合成了一类具有高光热转化能力的托品酮基共轭烯酮化合物并将其应用于光控开关的粘合剂。此外,发现了吡咯基共轭烯酮的酸致变色行为并探究了其变色机理及应用。具体的,针对共轭烯酮类化合物光物理/光化学性质理解不深的问题,本文做了如下工作:（1）设计合成了四种含不同酮构筑单元的吡咯基共轭烯酮化合物（PYOs）,PYOs的最大吸收波长在410 nm附近(εmax=～40000 M-1 cm-1),相较于商业化光引发剂(如ITX,ε405=～500 M-1 cm-1)得到了显著的提高。PYOs、PYOs/TEOA和PYOs/ONI体系能够在405 nm和460 nm的LED光源下引发自由基光聚合反应。六元环的存在不仅使分子激发态能量主要通过非辐射跃迁耗散,还降低了分子发生电子转移反应的驱动力,不利于光引发聚合反应。丙酮作为构筑单元的C3PY在各个体系中表现最优,但是其光引发效率仍然较差。（2）以丙酮为构筑单元,设计合成了三种外围基团为N-甲基吡咯、N-甲基吲哚和N-乙基咔唑的共轭烯酮化合物（C3s）。C3s最大吸收波长在400 nm附近(εmax=～40000 M-1 cm-1)。C3CZ能够发生高效的光化学夺氢反应,而C3PY/C3ID与TEOA之间的光化学反应不明显。推测C3PY和C3ID在顺反异构后,发生分子内的氢转移反应。该分子内的反应降低了分子的光稳定性,不利于其作为光引发剂。咔唑作为构筑单元有利于光引发过程,但是其共轭面积大导致溶解性降低。（3）针对大共轭外围基团带来的溶解性问题,以丙酮为构筑单元,设计合成了四种含不同给电子基团的共轭烯酮化合物（BKs）。随着基团给电子能力的增强,BKs的吸收波长发生红移,C3PH、C3PO、C3PS,和C3PN的最大吸收波长分别为323 nm、356 nm、372 nm和435 nm。但是,与此同时BKs与TEOA反应的驱动力逐渐降低。BKs在特定波长LED光源下的光引发效率取决于其光化学夺氢反应驱动力和光吸收能力两个因素之间的平衡。BKs中,甲氧基作为给电子基团的C3PO在365 nm、405nm和460 nm LED光源下均具有较为优异的光引发活性。基于以上三部分内容中得到的构效关系,针对共轭烯酮类化合物性能不佳、应用不广的问题,本文开展了如下工作:（4）在C3PO中引入两个丙烯酸酯基团设计合成了C3POAC得到了一种光引发性能较优且具备迁移稳定性的共轭烯酮光引发剂。C3POAC在365 nm、405 nm和460 nm处的摩尔消光系数分别为40100 M-1 cm-1、4400M-1 cm-1和～2 M-1 cm-1。在365 nm和405 nm的LED光源下,C3POAC的引发活性与商业化引发剂ITX相当,在460 nm LED光源下显著优于商业化光引发剂ITX。丙烯酸丁酯的本体聚合证明C3POAC可以共价连接到聚合网络中,因而不会从所得到的聚合样品中迁出。（5）第一部分的工作中证明环酮有利于分子将吸收的光能转换为热能。进一步的,本文以含氮杂双环的托

关键词：共轭烯酮类化合物 LED光引发剂光物理/光化学性质酸致变色

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常态化防控下新型冠状病毒肺炎新发疫情研判方法

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疾病监测 2020年第8期35卷 679-686页

作者：黄森忠魏凤英彭志行靳祯王金杰徐铣明张新岩徐建国南开大学公共卫生与健康研究院天津300071 南开大学统计与数据科学学院智英健康数据研究中心天津300071 福州大学数学与计算机科学学院运筹学与控制论福建省高校重点实验室福州350116 南京医科大学公共卫生学院流行病与卫生统计系江苏南京211166 山西大学复杂系统所疾病防控的数学技术与大数据分析山西省重点实验室山西太原030006 南开大学滨海开发研究院天津300071 南开大学统计与数据科学学院天津300071 锦州市疾病预防控制中心辽宁锦州121000 中国疾病预防控制中心传染病预防控制所传染病预防控制国家重点实验室北京102206

目的介绍研判国内自2020年6月以来新型冠状病毒肺炎(COVID-19)新发疫情在常态化防控背景下首发时间、结束时间及最后规模的首估法和更新法。方法在首个病例确诊后的一个迭代间隔内,首估法运用疫情重心"可能的密切接触(密接)者人数&... 详细信息

目的介绍研判国内自2020年6月以来新型冠状病毒肺炎(COVID-19)新发疫情在常态化防控背景下首发时间、结束时间及最后规模的首估法和更新法。方法在首个病例确诊后的一个迭代间隔内,首估法运用疫情重心"可能的密切接触(密接)者人数"乘以感染率得到疫情最后规模。在超过半个迭代间隔后,更新法旨在修正疫情的最后规模和结束时间。其中,未来病例数等于现有"处于医学观察者人数"乘以转化率,疫情最后规模为现有病例数与未来病例数之和。首估法和更新法均基于国内前期抗疫积累的经验参数,包括各省、市卫生健康委员会公布的确诊病例数与密接者人数确定的密接到确诊的转化率、具体疫情事件关联的感染率。首发时间的判断则依赖于流行病学调查结果;结束时间则假定为首例病例确诊后的28 d。结果应用首估法和更新法研判北京市、新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市和辽宁省大连市的COVID-19新发疫情的首发时间、结束时间和感染者最后规模。根据首例病例确诊3 d内的数据,于2020年6月13日、7月19日和7月24日分别对北京市、乌鲁木齐市和大连市的新发COVID-19疫情,及时给出预判结果并将报告呈送给有关政府部门参考。北京市新发地新发疫情已于2020年7月6日开始清零,累计确诊病例335例,清零时间比本研究预测的7月10日早4 d。结论对疫情的首发时间、结束时间及最后规模的精准研判成为疾控部门疫情早期制定相应措施的一个根本依据。本研究提供了对疫情做及时研判的可行方法。北京市将成为其他省市面对类似新发疫情的一个参考样板。

关键词：新型冠状病毒肺炎疫情转化率感染率最后规模停时

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基于Huber-U-Net网络的地震数据重建与去噪

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地球物理学进展 2023年第6期38卷 2540-2552页

作者：欧炳霖曾同生柳天成高好天李钟晓李振春青岛大学电子信息学院青岛266071 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266580

实际地震数据通常存在缺失地震道、噪声,需对其进行重建与去噪处理.基于压缩感知理论的凸集投影(Projection onto Convex Sets, POCS)方法对重建误差施加Huber范数最小化约束,等价于对大重构误差(异常噪声)施加L1范数最小化约束、对小... 详细信息

实际地震数据通常存在缺失地震道、噪声,需对其进行重建与去噪处理.基于压缩感知理论的凸集投影(Projection onto Convex Sets, POCS)方法对重建误差施加Huber范数最小化约束,等价于对大重构误差(异常噪声)施加L1范数最小化约束、对小重构误差(高斯随机噪声)施加L_(2)范数最小化约束,可以对缺失含噪地震数据实现同时重建与去噪.但由于POCS方法只是一个单层的无监督学习方法,数学表征能力较弱,导致其重建效果较差且难以将噪声压制完全.基于深度学习的U-Net方法以L_(2)范数最小化约束为损失函数对含噪随机缺失地震数据进行重建与去噪,该方法假设重建误差满足高斯分布.因此,U-Net方法虽能有效压制高斯随机噪声却难以有效去除超高斯分布的异常强振幅噪声.本文创新性地将上述两种方法进行结合,使用Huber范数约束替代L_(2)范数约束作为U-Net网络的误差函数,建立Huber-U-Net网络.合成数据和实际数据的处理结果表明,Huber-U-Net方法相比于POCS方法,能够实现更好重建效果和噪声压制效果;相比于传统U-Net方法,具有更好的鲁棒性,能更有效地消除强振幅噪声并且减少了信息损失.

关键词：地震数据重建与去噪强振幅噪声 POCS Huber-U-Net

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基于光氢转化的金属/TiO2热电子器件构建及界面电子传输机制

基于光氢转化的金属/TiO2热电子器件构建及界面电子传输机制

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作者：于泽鑫北京工业大学

学位级别：博士

发展绿色氢能是未来能源利用的方向，是达成“双碳”目标的关键环节。太阳能光电分解水(Photoelectrochemical，PEC)是实现太阳能+氢能清洁转换的绿氢技术，影响PEC制氢性能的关键要素是半导体光阳极内电子的收集和利用。当前的研究热... 详细信息

发展绿色氢能是未来能源利用的方向，是达成“双碳”目标的关键环节。太阳能光电分解水(Photoelectrochemical，PEC)是实现太阳能+氢能清洁转换的绿氢技术，影响PEC制氢性能的关键要素是半导体光阳极内电子的收集和利用。当前的研究热点之一是在半导体上负载金属以构建金属/半导体热电子器件，即利用金属吸收可见光激发局域表面等离激元共振(Localized surface plasmon resonance，LSPR)，弛豫高能热电子传至半导体而提升PEC制氢性能。但是金属/半导体界面间热电子传递行为复杂限制了热电子收集，为了优化电子传输和提高热电子利用率，本课题围绕金属/TiO2热电子器件的构建和界面电子传输机制展开实验和模拟研究，聚焦于优化热电子器件结构及其光电性能，并通过可视化表征分析所构建的热电子器件的界面电荷传输机制。主要研究工作如下:　　针对目前金属/半导体热电子器件的模拟研究限于稳态电场而缺少多物理场耦合及动态模拟计算的问题，建立了描述金属/半导体界面电子迁移过程的数学物理模型，包括频域电场方程组、载流子浓度方程组和电子运动速度方程组，为界面电荷传输可视化表征研究提供理论基础。基于COMSOL Multiphysics软件内波动光学模块的麦克斯韦方程，通过时谐正弦变换和代入完美电导体条件确立稳态电磁场方程;通过快速傅里叶变换代入时间变量建立动态电磁场方程，共同组成频域电场方程组。基于传统的漂移-扩散方程，解析半导体-光电子物理场的耦合过程，结合Wentzel-Kramers-Brillouin隧穿条件，建立电子隧穿的载流子浓度方程组。基于拉格朗日描述方程，研究静电势-电子双向相互的扰动过程，建立电子运动速度的方程组。　　为解决Ag/TiO2界面热电子回流金属而降低热电子收集效率的问题，设计了不同SiO2壳厚度的Ag@SiO2-TiO2/FTO热电子器件并研究了器件内热电子的传输行为。基于电场模拟优选出最佳尺寸的Ag粒子，利用St(o)ber方法制备出不同SiO2壳厚度的Ag@SiO2核壳结构。通过电场模拟不同厚度的Ag@SiO2内Ag核和SiO2壳的电场分布，得出壳外电场随壳厚度降低而增加，说明薄SiO2壳外聚集大量热电子。借以半导体-光电子场耦合后TiO2模型内电流流线和电子+空穴浓度的变化，可视化展示了Ag/TiO2和Ag@SiO2/TiO2界面处的电子的迁移方向。载流子浓度计算和荧光光谱测试表明薄SiO2壳(2 nm)的引入阻止了热电子再次返回Ag，热电子单向传输并传递能量给TiO2内光生电子，提高电子-空穴对的分离率。实时电子迁移轨迹表征也进一步展示了界面间的电子移动过程。结合光电流密度和光电压测试，优化设计的Ag@SiO2(2 nm)-TiO2/FTO热电子器件的光电性能最佳。　　为利用SiO2薄壳的定向电子传输作用和改善TiO2与Ag粒子间点对点的接触方式以及提高电子传输效率，设计了分层TiO2纳米碗结构并在Ag/TiO2界面中插入SiO2薄层，优化构建出新型Ag/SiO2/TiO2纳米碗阵列热电子器件，并可视化表征了电子的定向隧穿。利用两步阳极氧化法制备了分层的TiO2纳米碗结构，由顶层的纳米环和底层的纳米洞组成，类碗状的曲面使得Ag与TiO2的接触方式转变为面与面，利用电场等值面模拟得出顶层纳米环可定向传输电子到底层纳米洞。在多物理场耦合模拟中加入Wentzel-Kramers-Brillouin隧穿模型，通过比较Ag/TiO2和Ag/SiO2/TiO2纳米碗内的电子浓度，得出高能态和低能态的热电子均能以隧穿形式通过SiO2层并向TiO2内迁移。通过荧光光谱、电化学阻抗、Mott-Schottky曲线等电荷传输性能测试，验证了热电子隧穿通过SiO2层。优化的Ag/SiO2/TiO2纳米碗器件的光电流密度是纯TiO2纳米碗器件的1.8倍，其平均析氢速率近似是纯TiO2纳米碗的2倍，最大制氢量为250.9μL h-1 cm-2。　　基于上述直接电子迁移机制，为协同利用LSPR的等离激元能量共振转移(Plasmon resonance energy transfer, PRET)和近电场效应(Near electric field，NFE)作用机制，设计双金属AgCu共负载于TiO2纳米洞/纳米管(nanopore/nanotube，NP/NT)和在纳米管中掺杂还原性氧化石墨烯(rGO)以促进电子生成量和电子的定向传输。通过对单Ag和Cu球的时域电场模拟并结合UV-Vis DRS测试，对Ag起到NFE机制作用，Cu起到PRET机制作用做出合理假设。通过对AgCu双金属球的时域电场表征，证明了Cu可作为电子接收体也可作为能量产生体。针对AgCu紧挨与分离的两种情况，对比AgCu/TiO2的实时电场变

关键词：光电分解水制氢热电子器件二氧化钛界面电子传输机制可视化表征

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基于RSVP-BCI范式的图像识别关键技术研究

基于RSVP-BCI范式的图像识别关键技术研究

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作者：许萌北京工业大学

学位级别：博士

脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)的研究可为人脑与外部设备输出之间提供新的交流方式和控制通道,促进对人脑潜在功能进一步的开发与利用。快速序列视觉呈现(Rapid Serial Visual Presentation,RSVP)是BCI的范式之一,它是利用人... 详细信息

脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)的研究可为人脑与外部设备输出之间提供新的交流方式和控制通道,促进对人脑潜在功能进一步的开发与利用。快速序列视觉呈现(Rapid Serial Visual Presentation,RSVP)是BCI的范式之一,它是利用人脑对于视觉刺激的“新奇”属性而设计出的图像识别范式。当被试者看到不同的图像时,会诱发出不同的脑电信号。通过解码相关的脑电信号,能实现对于图像的快速识别。RSVP范式适合处理海量图像流数据,在军事目标侦查、医学标靶筛查和舆情检测等方面具有广泛的应用前景。然而,基于脑电信号的RSVP脑-机接口范式发展还面临着诸多挑战:(1)由于采集设备的发展、电极原材料成本降低等原因,电极导联通道数量大幅增加。在采集到更多的脑电信息的同时,部分通道也带来了与任务无关的冗余信息和噪声;(2)原始RSVP存在着目标与非目标脑电样本极度不平衡问题,导致脑电数据在解码过程中难以正确识别目标样本,阻碍其分类性能的提高;(3)脑电信号普遍存在着信噪比低、非平稳性等问题,导致RSVP单次试验分类算法的效率有待提高;(4)由于被试之间个体差异大,在解决零校准数据问题上解码能力较弱,人机适配性差。针对上述问题,本文结合了最优化理论和深度学习方法,围绕一系列RSVP在信号解码过程中的关键技术问题展开了研究,主要包括:通道选择、数据增强、单试次P300检测和零训练样本等。论文的主要研究内容和创新性成果如下:一、针对RSVP通道特征维度高和在跨被试泛化分类表现弱的问题,本文首次提出了一种基于大规模稀疏多目标优化的RSVP通道选择模型。该方法首先建立RSVP通道选择数学模型,并通过改进初始解的生成方式和稀疏化进化算子,以提高优化算法的收敛性。其次,结合结构化判别元素分析方法(Hierarchical Discriminant Component Analysis,HDCA),同步进行优化和分类,得到每个被试的通道优化方案。最后,将提出的通道组合模板进行跨被试泛化性能的验证。实验结果表明,所提出的通道选择模型,在公开的RSVP数据集中,仅使用原来通道数量中的42%就可以实现更好的分类效果。在跨被试泛化问题上,提出的通道组合模板比Hoffmann经验通道更能针对RSVP任务。二、针对RSVP目标与非目标两类样本数量极度不平衡阻碍其分类表现的问题,本文基于条件生成对抗网络,提出了一种解决类别不平衡的数据增强方法。该方法首先利用自编码器训练网络参数,以确保可以生成高质量的脑电初始解;然后,在生成对抗网络学习的过程中,利用自编码器中带标签的隐变量调节类标签朝向生成少数类别的脑电样本方向进行训练。该方法在自采的数据集上进行了验证,结果表明提出的算法可以改善RSVP类别不平衡导致其分类表现差的问题,亦可实现人工生成样本部分取代真实RSVP数据,减少了约40%左右的真实脑电采集时间。三、针对RSVP范式单试次脑电信噪比低,特别是对于P300信号的解码效率低的问题,本文提出了融合多尺度卷积和注意力机制的P300检测模型。首先,使用多尺度感受野的卷积层并行连接来增强网络提取和表达脑电信号的能力;其次,引入挤压激励注意力机制和高效通道注意力机制实现P300信号重要信息的提取。这些注意力机制模块尝试提取RSVP数据中时、空域的有用信息,而抑制无用信息,提升了分类器对于P300信号的检测能力。本文通过将所提出的算法应用于两种范式(RSVP和P300拼写器)的分类识别,证明了提出的方法可以提升单试次P300信号的检测能力,与当前最先进的EEGNet对比,AUC值分别提升了3.32%和5.68%。四、针对RSVP在零训练数据中,跨模态解码性能低的问题,本文基于元学习的思想,提出了基于混合注意力机制的原型网络RSVP零校准方法。首先,该网络利用已知被试的数据进行训练,将单被试叠加的信号作为数据的输入;其次,基于上一章提到的网络模型提取低维特征,结合混合注意力机制提升原型网络获取不同被试的共性特征—ERP原型模板的能力;最后,设计了平衡度量学习和预测标签两个损失函数,计算ERP原型模板和未知被试EEG的距离进行分类。分别在公开和自采RSVP数据集上做了测试,结果表明提出的算法可以提升RSVP无训练数据的分类表现。此外,在加入数据增强模块和通道选择模块后,模型表现得到了进一步提升,为推进RSVP-BCI在线图像识别系统提供了技术支持。

关键词：快速序列视觉呈现脑机接口神经网络多目标优化零校准

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凹版印刷电子印制工艺过程仿真及实验研究

凹版印刷电子印制工艺过程仿真及实验研究

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作者：吴茂谦北京印刷学院

学位级别：硕士

印刷电子产品因其大面积、柔性化、低成本的特点成为国内外研究机构和企业研究的热点。不同于普通印刷以图像质量为评价指标,凹版印刷电子以电子性能为核心指标,需要更高的印刷精度。凹印图案转移工艺过程成为影响印刷精度的关键要素。... 详细信息

印刷电子产品因其大面积、柔性化、低成本的特点成为国内外研究机构和企业研究的热点。不同于普通印刷以图像质量为评价指标,凹版印刷电子以电子性能为核心指标,需要更高的印刷精度。凹印图案转移工艺过程成为影响印刷精度的关键要素。本文针对凹版印刷电子图案转移过程动力学行为进行了数学建模、仿真和试验研究。主要研究工作及创新点如下:(1)通过对比研究,提出了凹版印刷电子工艺的关键指标要素。通过普通凹印与印刷电子在性能要求、印前流程、版辊结构对比研究,提出了影响印刷电子印刷精度(最小线宽)的关键参数:版辊和刮墨刀几何参数;刮墨刀角度与刮墨刀压力工艺参数;版辊转速等运动参数等关键参数。(2)依据普通凹印过程油墨为牛顿流体假设,对油墨流变学特性进行了分析。以刮墨刀为受力体,分析了驱动压力、版辊正压力和油墨粘滞力的作用特征;建立了刮墨刀受力模型,揭示了几何、工艺、物理与运动参数之间的关系。(3)采用描述能量守恒的纳维-斯托克斯方程(N-S方程)和动量守恒的连续性方程,进行了凹印电子图案转移过程仿真。建立了版辊网穴模型。采用N-S方程和连续性方程,利用建立的刮墨刀受力模型为加载条件,采用ANSYS ICEM CFD(计算流体动力学)软件,对图案转移过程进行了数值仿真。结果表明:刮墨刀两端流动速度达到中间部分的4倍以上,油墨在1/2-1/3处流动状况恶化。(4)基于接触压力和微位移测试,开展了凹印电子油墨转移过程试验研究。使用微胶囊感压胶片作为压力传感器,采用微位移传感器测量印刷过程中刮墨刀与压印辊作用下的变形情况。研究发现:刮墨刀变形量不均匀导致出现墨痕,与仿真中刮墨刀变形量相对较小的位置基本吻合;刮墨刀压力达到一定值后,刮墨刀总变形增大会减小实际刮墨角度,并使刮墨刀与版辊之间的接触面积会增大。综上所述,凹版印刷电子工艺的关键指标要素涉及几何、工艺、物理和运动参数。刮墨刀受力模型的建立、油墨动力学仿真及试验研究,为凹版印刷电子技术的产业化研究提供了理论指导、仿真和试验方法。

关键词：凹版印刷印刷电子印刷压力试验印刷精度流体动力学仿真

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面向有机物分离的金属-有机骨架材料的制备及其性能研究

面向有机物分离的金属-有机骨架材料的制备及其性能研究

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作者：赵英杰北京化工大学

学位级别：博士

随着工业的发展,化工分离在生产过程中占重要地位。与能耗较高的传统的分离技术（如精馏、结晶等）相比,基于固体吸附剂的分离技术由于其成本低、分离效率高等优点,引起了研究者们的广泛关注。该分离技术的关键之处在于高效的分离材料... 详细信息

随着工业的发展,化工分离在生产过程中占重要地位。与能耗较高的传统的分离技术（如精馏、结晶等）相比,基于固体吸附剂的分离技术由于其成本低、分离效率高等优点,引起了研究者们的广泛关注。该分离技术的关键之处在于高效的分离材料。因此,开发具有高效分离性能的优异功能材料具有重要意义。金属-有机骨架材料（Metal-organic frameworks,MOFs）作为一种新型的纳米多孔材料,因其具有高比表面积、孔尺寸的高度可调以及结构可设计性等优点,被广泛应用于诸多领域。本工作针对水中痕量药物污染的分离和C8芳烃同分异构体的分离,基于客体分子的结构特性,定向开发了具有高性能的MOF材料,采用实验与理论相结合的方法,从分子水平探究了分离机理。主要研究内容如下:（1）针对于水体中痕量药物污染物的分离,合成了一种锆基金属-有机骨架材料（PCN-777）作为吸附剂,研究了其对水中头孢氨苄抗生素药物的去除能力。实验结果表明,PCN-777表现出较高的吸附容量,可达到442.48 mg·g-1,高于已有报道的其他类型吸附剂。除了较大的比表面积和孔径之外,主-客体之间的静电相互作用和配位相互作用的协同影响,进一步提高了材料与头孢氨苄之间的相互作用强度,从而提升了PCN-777对头孢氨苄的吸附容量。本研究工作也表明了PCN-777在含微量抗生素废水的净化中具有良好的应用前景。（2）由于C8芳烃同分异构体具有相似的物理化学性质,使得它们的分离和纯化面临着巨大的挑战。鉴于邻二甲苯具有更高的偶极矩,本工作合成了一种铝基金属-有机骨架材料（Al-MOF）,考察了其对邻二甲苯的吸附分离能力。单组分和多组分吸附实验均表现出高效的邻二甲苯分离性能,其吸附顺序为:OX>PX>MX>EB。尤其是OX与MX的分离选择性可高达8.1,高于液相分离中已报到的其他MOF材料。结合理论计算可知,除客体分子之间的堆积相互作用之外,骨架中的极性基团与客体分子之间的相互作用在分离过程中占主要地位。同时,具有高静电势梯度的铝基金属簇增强了主-客体之间的静电相互作用。此外,通过DFT计算结果可以得出,骨架与客体分子的亲和力的差异赋予了该MOF材料对邻二甲苯优异的选择性吸附能力。（3）基于前修饰改性的方法,以Ni（BDC）(TED)0.5作为基本骨架结构,通过使用1,4-萘二羧酸（H2NDC）替换对苯二甲酸（H2BDC）,合成了具有同拓扑结构的Ni（NDC）(TED)0.5。萘环的引入不仅成功的调控了材料的孔径大小（从7.5?到6.0?）和孔道微环境,而且引入了更多的可与带正电/Lewis碱位点相互作用的苯环基团,实现了间二甲苯分子的选择性分离。分析机理表明,Ni（NDC）(TED)0.5表现出间二甲苯的高效分离能力是因为C8芳烃同分异构体的形状差异和材料独特的孔道结构协同导致了主-客体之间的范德华和C-H···π相互作用的差异引起的。此外,骨架中萘环基团可能会发生一定程度的旋转,从而为客体分子提供最佳的吸附位置,进而提高了间二甲苯的分离选择性。同时本研究工作也为其他体系的分离提供了新思路。（4）利用MOF材料的柔性特性,合成了一种具有局部柔性的MOF材料Ni（ADC）(TED)0.5,使用该材料涂覆的气相色谱柱实现了C8芳烃同分异构体混合物的完全反沸点顺序的基线分离,其洗脱顺序为EB>PX>MX>OX。静态吸附实验和液相穿透实验也证实了材料对EB的选择性吸附能力。粉末X射线衍射和微晶电子衍射研究表明,它可以通过有机配体单元的无序转变来适应特定的客体分子,从而实现了乙苯的选择性吸附。通过密度泛函理论（DFT）和框架中客体分子的Hirshfeld表面计算可知,在C8芳烃同分异构体的吸附分离过程中,客体分子诱导的ADC配体形成的类似于“夹板”的构型起着至关重要的作用。这项工作不仅实现了利用材料的局部柔性分离C8芳烃同分异构体,也为其他异构体的分离提供了一种合理的策略。

关键词：金属-有机骨架材料吸附分离药物分子 C8芳烃同分异构体

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