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基于可控掺杂ZnS一维纳米结构高性能传感器的研究

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基于可控掺杂ZnS一维纳米结构高性能传感器的研究

作者：江鹏合肥工业大学

学位级别：硕士

一维半导体纳米材料展现出不同与薄膜和体材料优越的电学和光电特性，基于纳米结构构建的纳米传感器件的研究引起广泛的关注。ZnS是重要的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体，禁带宽度为3.7eV，广泛用于平板显示、紫外发光二极管和紫外传感器等领域... 详细信息

一维半导体纳米材料展现出不同与薄膜和体材料优越的电学和光电特性，基于纳米结构构建的纳米传感器件的研究引起广泛的关注。ZnS是重要的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体，禁带宽度为3.7eV，广泛用于平板显示、紫外发光二极管和紫外传感器等领域。近年来对于一维ZnS纳米结构研究发现，它们具有高的晶体质量和良好的光学特性，这为制备高性能传感器奠定了基础。但由于本征ZnS纳米材料的高绝缘性，限制了其在纳米器件中的广泛应用，纳米材料掺杂是制备高性能器件的重要环节。本文将运用化学气相沉积方法系统研究一维ZnS纳米结构的合成及掺杂工艺，利用扫描电子显微镜(FESEM)、X射线能谱分析(EDX)、透射电子显微镜(HRTEM)、选区电子衍射(SAED)、光致发光能谱仪(PL)等对合成纳米结构进行表征，进一步优化工艺，实现n、p型一维ZnS纳米结构可控的合成。同时基于单根n-ZnS纳米线和p-ZnS纳米带运用光刻等微纳加工手段制备了底栅场效应器件(Back-gate FETs)和结型场效应器件(JFETs)，并对器件的电学、光学以及传感特性进入了深入详细的研究，发现n型ZnS纳米线具有高性能的紫外传感器和湿度传感器特性，p型ZnS纳米带能够制备高速节能的光探测器，综合起来取得以下有意义的成果： 1．以Al单质为Al元素掺杂源，通过控制蒸发源中掺杂源与ZnS的质量比获得不同掺杂浓度的n型ZnS：Al纳米线(NWs)，进一步形貌和结构分析表明，ZnS：Al纳米线尺寸均匀、表面平滑，直径在300nm范围，长度能够达到几百微米，为高质量的单晶纤锌矿结构，生长方向为[1010]。同时基于单根ZnS:Al纳米线的电学测试发现随着掺杂浓度的升高，ZnS纳米线的电导明显提高，且能在3个数量级内调控，电子浓度最高达1.3×10cm。以高纯Cu2S为Cu元素为掺杂源，合成了尺寸均匀、形貌良好单晶六角纤锌矿结构的p型ZnS:Cu纳米带(NRs)，空穴浓度高达1.4×10cm。 2.对基于n、p掺杂ZnS纳米结构制备的场效应晶体管研究发现，ZnS:Al纳米线Back-gate FETs表现出n沟道场效应晶体管特性，随着掺杂浓度升高，栅极的控制能力减弱，阈值电压变小，电子迁移率0.16cmVs增加到18.8cmVs，呈逐渐增大的变化趋势;ZnS:Cu纳米带FETs输出特性为典型的p沟道场效应特性，空穴迁移率达23.6cmV1s1，制备的p-ZnS:Cu NR/n-CdS的p-n结的理想因子为1.3，JFET的亚阈值摆幅为65mV dec。 3.以ITO为欧姆接触电极制备了n型可控掺杂ZnS:Al NWs的紫外传感器，发现器件只对波长小于335nm的紫外光有明显的响应，并且随着掺杂浓度的提高，器件响应度和增益逐渐增加，最高分别达4.7×106AW)和2.3×10，增益带宽积高达.1GHz，具备了能够进行单光子探测应用的条件;p-ZnS:Cu NR/n-Sip-n结光电探测器在零偏压下开关比达到105以上，响应速度为毫秒级。 4.研究了基于n型ZnS:Al NWs制备的场效应器件对湿度传感特性，发现在环境相对湿度在50%以下时，随着湿度的增大电流略微减小，这归咎于纳米线表面吸附水分子，夺取内部电子形成OH，使得纳米线表面能带向上弯曲而形成空穴积累，与内部电子复合导致电导率下降;在湿度大于50%以后，随着湿度增加，纳米线电流呈线性增大趋势，且湿度从50%增加到90%时，电流增加了两个数量级，这主要原因来自于水分子的物理吸附。可控掺杂ZnS纳米结构的实现为进一步制备高性能纳米电子器件、纳米光电子器件及纳米传感器件奠定了良好的研究和应用基础，n-ZnS:Al NWs将在紫外弱光探测及单光子探测和高敏感湿度传感器中具有很大的应用前景，p-ZnSNR/n-Si p-n结具有制备高速光电探测器的应用潜力。

关键词：一维ZnS纳米结构 n、p型可控掺杂纳米场效应晶体管 p-n结紫外光电探测器湿度传感器

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基于变换编码的压缩体绘制

基于变换编码的压缩体绘制

作者：江鹏浙江大学

学位级别：硕士

体绘制技术是科学计算可视化的一种重要方法,它能够从体数据集中抽取内在的本质信息,并借助交互式图形图像技术展现出来。由于体绘制是将三维空间的离散数据直接转换为二维图像而不必生成中间几何图元,所以又称为直接体绘制。它适合生... 详细信息

体绘制技术是科学计算可视化的一种重要方法,它能够从体数据集中抽取内在的本质信息,并借助交互式图形图像技术展现出来。由于体绘制是将三维空间的离散数据直接转换为二维图像而不必生成中间几何图元,所以又称为直接体绘制。它适合生成原始数据集的整体图像,并能够清晰地显示其中的细节信息。体绘制的应用领域十分广泛,涵盖了医学、气象学和地质勘探等领域。随着科学探测仪器性能和精度的不断提高,数据集的容量急剧增大,为体绘制技术带来了更大的挑战。使用GPU的硬件加速体绘制是实时体绘制常用的方法,但是在绘制大数据集时,仍然存在图形内存有限的问题。体数据压缩和绘制结合在一起则是一种有效解决方案。本文提出了一种为实时体绘制特别设计的基于方块的变换编码方案,使得在不牺牲压缩质量的情况下快速地进行解压;这是通过一种以预计算方式结合逆变换和量化解码的技巧实现的。进一步,为了尽量优化编码并对解码器隐藏其复杂性,我们利用了离线压缩的自由性。在此背景下,我们研制了一种新型块分类方案,使得在压缩中保留重要的数据特征。最后,本文给出了一个不对称的变换编码方案,使体数据在GPU上渲染时实时地被解压缩。

关键词：体绘制变换编码矢量量化压缩 GPU硬件加速

基于样条变换的非线性PLS的反应高炉炉温的参数预测

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钢铁研究学报 2013年第2期25卷 20-25页

作者：石琳汤佳佳于涛李江鹏内蒙古科技大学数理与生物工程学院内蒙古包头014010 内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头014010

高炉冶炼过程是一个大时滞、强非线性的系统,现有的高炉炉温预测模型不够准确,因此,建立了基于香农熵的广义相关系数时滞分析模型和基于样条变换的非线性偏最小二乘回归(ST-PLS)的反应炉温的参数预测模型,得出影响高炉炉温的主要参数的... 详细信息

高炉冶炼过程是一个大时滞、强非线性的系统,现有的高炉炉温预测模型不够准确,因此,建立了基于香农熵的广义相关系数时滞分析模型和基于样条变换的非线性偏最小二乘回归(ST-PLS)的反应炉温的参数预测模型,得出影响高炉炉温的主要参数的滞后时间,预测出能够综合反应高炉炉温的4个参数([Si],[S],铁还原速率及铁水温度)。试验证明,模型具有较高的预测精度,当相对误差分别为0.11和0.18时,模型预测[Si]的命中率分别为0.714 3和0.918 4,[S]的命中率分别为0.734 7和0.918 4,铁还原速率的命中率分别为0.612 2和0.816 3,铁水温度的命中率分别为1.000 0和1.000 0。

关键词：反应炉温参数广义相关系数样条变换 PLS

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强化学习稀疏奖励算法研究——理论与实验

智能系统学报 2020年第5期15卷 888-899页

作者：杨瑞严江鹏李秀清华大学自动化系北京100084 清华大学深圳国际研究生院广东深圳518055

近年来,强化学习在游戏、机器人控制等序列决策领域都获得了巨大的成功,但是大量实际问题中奖励信号十分稀疏,导致智能体难以从与环境的交互中学习到最优的策略,这一问题被称为稀疏奖励问题。稀疏奖励问题的研究能够促进强化学习实际应... 详细信息

近年来,强化学习在游戏、机器人控制等序列决策领域都获得了巨大的成功,但是大量实际问题中奖励信号十分稀疏,导致智能体难以从与环境的交互中学习到最优的策略,这一问题被称为稀疏奖励问题。稀疏奖励问题的研究能够促进强化学习实际应用与落地,在强化学习理论研究中具有重要意义。本文调研了稀疏奖励问题的研究现状,以外部引导信息为线索,分别介绍了奖励塑造、模仿学习、课程学习、事后经验回放、好奇心驱动、分层强化学习等方法。本文在稀疏奖励环境Fetch Reach上实现了以上6类方法的代表性算法进行实验验证和比较分析。使用外部引导信息的算法平均表现好于无外部引导信息的算法,但是后者对数据的依赖性更低,两类方法均具有重要的研究意义。最后,本文对稀疏奖励算法研究进行了总结与展望。

关键词：强化学习深度强化学习机器学习稀疏奖励神经网络人工智能深度学习

秦皇岛市经济技术开发区西区多热源供热管网技术研究

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秦皇岛市经济技术开发区西区多热源供热管网技术研究

作者：江鹏燕山大学

学位级别：硕士

近年来,中国国民经济迅速发展,城市采暖供热行业也随之发展壮大。多热源供热管网已经被许多大型供热企业采用,并且被逐渐推广。但是,多热源供热管网不仅包含多个热源,而且其拓扑结构不是传统的枝状管网,而是一个或多个环状管网,因此它... 详细信息

近年来,中国国民经济迅速发展,城市采暖供热行业也随之发展壮大。多热源供热管网已经被许多大型供热企业采用,并且被逐渐推广。但是,多热源供热管网不仅包含多个热源,而且其拓扑结构不是传统的枝状管网,而是一个或多个环状管网,因此它的水力和热力工况都更加复杂,让人们难以把握其规律。目前在供热设计领域,如何设计多热源供热管网系统,如何对供热管网进行水力分析,降低水泵输送能耗、灵活分配各热源的供热量等还缺乏技术和经验。本文以秦皇岛市经济技术开发区西区供热管网现状为基础,以该区到2030年的发展规划为依据,系统研究了多热源供热管网技术,旨在为工程实施提供技术方案支持。作为多热供热源管网研究的基础,本文首先计算该区域近期、中期和远期热负荷。根据热负荷统计结果,设计了管网布置方案。结合发展规划,预测了管网的三个典型运行工况,并对各个工况进行了水力计算。依据计算结果,规划设计了适应远景规划的热力站、中继泵站,从而完成了完整的多热源供热管网工程。为该区域供热事业未来十几年的建设和发展提供了技术支持。为适应节能减排以及环境保护需求,论文对该工程能源利用状况、环境影响状况进行了评估。综合论文研究成果可以确认,本研究成果具备节能特性,对环境影响符合国家标准,在能源利用与环境保护方面达到了国家相关标准的控制要求。

关键词：多热源供热管网水力计算中继泵站节能环保

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蚓激酶工程菌的构建及发酵过程控制

蚓激酶工程菌的构建及发酵过程控制

作者：江鹏安徽工程大学

学位级别：硕士

蚓激酶(Lumbrokinase,LK)是蚯蚓体内发现的一组同时具有纤溶活性和激酶活性的丝氨酸蛋白酶。该酶能够刺激纤溶酶原转变成纤溶酶,从而催化纤维蛋白,起到溶血栓作用。该酶稳定性良好,其酶制剂既能口服,亦可注射,现已广泛应用。目前蚓激酶... 详细信息

蚓激酶(Lumbrokinase,LK)是蚯蚓体内发现的一组同时具有纤溶活性和激酶活性的丝氨酸蛋白酶。该酶能够刺激纤溶酶原转变成纤溶酶,从而催化纤维蛋白,起到溶血栓作用。该酶稳定性良好,其酶制剂既能口服,亦可注射,现已广泛应用。目前蚓激酶基因已在真菌、细菌和动物细胞中成功进行表达,但表达效果不够理想。本论文从土壤中筛选得到野生蚯蚓,鉴定为赤子爱胜蚓,并克隆得到蚓激酶基因lks2。以乳酸克鲁维酵母和巴斯德毕赤酵母为宿主,成功构建重组菌GG799-p KLAC1-lks2和GS115-p PIC9K-lks2。通过高密度发酵及过程控制,成功实现蚓激酶在毕赤酵母中的高表达,最高酶活达1140.8 U/m L。主要研究工作如下:(1)从校园土壤中筛选得到野生蚯蚓,利用分子生物学鉴定为赤子爱胜蚓。提取蚯蚓总RNA并进行反转录得到c DNA,克隆得到蚓激酶基因lks2。利用DNAMAN等生物信息学软件对基因分析,该基因全长738 bp,共编码245个氨基酸,与已报导F238(Gene Bank ***202401)基因同源性为99.59%,其中第136、175和398位碱基不同,导致编码的46和59位氨基酸发生差异。对蚓激酶LKS2进行分子建模和底物对接,预测得到该酶的催化活性中心(Tyr167-Ile218-Gly219-Asp189-Gly219)。(2)成功构建重组质粒p KLAC1-lks2,实现蚓激酶基因在乳酸克鲁维酵母GG799中的表达。经优化确定重组菌最佳培养基为:葡萄糖25.0 g/L、酵母粉10.0 g/L、蛋白胨20.0 g/L、KH2PO4 10.0 g/L。此条件下产酶效果最佳,酶活在72 h达到峰值140.4 U/m L。(3)构建载体p PIC9K-lks2,实现蚓激酶基因lks2在巴斯德毕赤酵母GS115中的表达。经优化确定最佳诱导条件为:初始菌体量OD600=1.5,p H 5.5,温度28℃。此外,添加0.1%的丝氨酸能有效提高重组菌产酶能力。在最佳条件下,经甲醇诱导84 h,蚓激酶活力达到峰值为397.6 U/m L,较优化前提高了56.3%。(4)在摇瓶优化基础上,利用10 L发酵罐对重组菌GS115-p PIC9K-lks2进行高密度发酵条件优化,确定最佳菌体接种浓度为9±0.5 g/L。此外,添加0.5%酵母浸粉能够促进产酶。经发酵过程控制,蚓激酶活力最高达1140.8 U/m L,较优化前的前期培养时间缩短11.5 h,酶活提高1.16倍。

关键词：蚓激酶乳酸克鲁维酵母巴斯德毕赤酵母发酵优化高密度发酵发酵过程控制

GO-TiO2改性PVDF超滤膜的制备及其截留性能研究

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GO-TiO2改性PVDF超滤膜的制备及其截留性能研究

作者：江鹏广东工业大学

学位级别：硕士

聚偏氟乙烯(PVDF)由于化学稳定性好、机械强度高、抗老化等优点,成为最受欢迎的膜材料之一。但是,由于PVDF耐污染性能比较差,导致膜运营动力成本提高和膜寿命减短等问题产生。本课题采用高亲水性的氧化石墨烯(GO)和二氧化钛(TiO)作为改... 详细信息

聚偏氟乙烯(PVDF)由于化学稳定性好、机械强度高、抗老化等优点,成为最受欢迎的膜材料之一。但是,由于PVDF耐污染性能比较差,导致膜运营动力成本提高和膜寿命减短等问题产生。本课题采用高亲水性的氧化石墨烯(GO)和二氧化钛(TiO)作为改性剂,利用抽滤吸附与界面聚合联合改性方法,对PVDF中空纤维超滤膜(简称原膜)进行表面改性,得到GO-TiO复合改性中空纤维超滤膜(简称GO-TiO改性膜)的最佳制备条件。考察该改性膜在“混凝-超滤”联合工艺中,对含溴氰菊酯农药微污染水的截留性能。主要研究成果如下:1.利用正交实验和连续性实验,得出GO-TiO改性膜的最佳制备条件为:钛酸丁酯(TBOT)2ml、GO 1mg、间苯二胺(MPD)1wt%、MPD浸泡时间8min、1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)0.2wt%、TMC浸泡时间10min。2.不同改性剂与改性方式,对膜抗污染性能和分离性能的改善也显著不同,其抗污染性能和分离性能高低依次为:(1)在改性剂选择上:GO-TiO>GO>TiO。(2)在改性方式上:抽滤吸附+界面聚合>界面聚合>抽滤吸附。其中GO-TiO抽滤吸附+界面聚合联合改性工艺对超滤膜的抗污染性能、分离性能改善最显著(HA吸附量158.6mg/m2,HA截留率90.1%)。***-TiO改性膜比原膜的抗污染性能和分离截留性能有显著提高:腐殖酸(HA)静态吸附量由295.0 mg/m2下降到158.6 mg/m2,HA的截留率从81.0%上升到90.1%。***-TiO改性膜比原膜的亲水性能得到明显改善。其表面亲水性功能层为GO-聚酰胺-TiO复合结构,膜表面富含大量的-COOH、-OH等亲水性基团,膜表面O/C元素质量比由改性前的0.109提高到改性后的0.556,其水接触角由(80.6±1.8°)下降到(38.6±1.2°)。***-TiO改性膜通量衰减得到很大程度延缓:通量总衰减率由改性前的51.2%下降到改性后的35.6%;不可逆污染向可逆污染转化,不可逆衰减率由24.3%下降到7.1%。***-TiO改性膜比原膜的过滤周期延长了2倍。当通量损失30%时,GO-TiO改性膜过滤时间由改性前的240min延长到改性后的570min。7.水力反冲洗能有效提高GO-TiO改性膜的通量恢复率。经过5次“过滤-清洗”周期后,通量恢复率由改性前的69%上升到94%。8.在直接混凝、直接超滤和“混凝-超滤”三种工艺中,GO-TiO改性膜对微污染物溴氰菊酯的去除效果高低依次为:混凝-超滤>直接混凝>直接超滤。其中,采用GO-TiO改性膜的“混凝-超滤”联合工艺去除效果最优(高达83.7%)。***-TiO改性膜良好的亲水性能显著延缓了膜污染的速度。对溴氰菊酯水样过滤300min后,原膜的膜通量损失率为39.8%,而GO-TiO改性膜的通量损失率则下降至20.4%。综上所述,经过改性后的GO-TiO改性膜抗污染性能改善明显,同时对溴氰菊酯农药微污染水的截留能力也有较大程度的提高。

关键词： PVDF超滤膜二氧化钛氧化石墨烯表面抗污染改性截留性能溴氰菊酯

基于Android系统的人脸识别门禁系统的研究

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基于Android系统的人脸识别门禁系统的研究

作者：江鹏上海工程技术大学

学位级别：硕士

随着Android系统和人脸识别技术应用的迅速发展,智能门禁系统越来越广泛地应用于智能大厦、小区、办公室和宾馆等场所,它正在成为安全防护中重要的组成部分。本文采用了人脸识别技术与手机端身份识别技术相结合,设计了一种基于Android... 详细信息

随着Android系统和人脸识别技术应用的迅速发展,智能门禁系统越来越广泛地应用于智能大厦、小区、办公室和宾馆等场所,它正在成为安全防护中重要的组成部分。本文采用了人脸识别技术与手机端身份识别技术相结合,设计了一种基于Android的人脸识别门禁系统,实现了用户在Android手机端进行人脸识别身份验证获取服务器端发来的二维码,用获取到的二维码去智能门禁端进行扫码开门的功能。在人脸检测方面,本文分析了基于肤色分割和Adaboost两种人脸检测算法的优势与不足,将两种算法相结合并提出了一种基于多特征结合的人脸检测算法,可以首先利用基于肤色分割的人脸检测算法的简单、快速特点迅速地锁定待检测图像中大致的人脸区域,再对该区域使用Adaboost算法提取Haar特征进行检测确定出最终的人脸位置。实验结果表明,多特征结合的人脸检测算法使Adaboost算法的效率有很大的提高,可以对人脸进行实时的检测,并且人脸检测的正确率也有较大的提升。在人脸识别方面,考虑到传统的PCA算法要求训练样本符合高斯分布,而现实中采集到的人脸图像往往受到光照、表情、姿态的影响不符合高斯分布,这样就会导致样本的识别率不高,因此本文对传统PCA算法进行改进。一方面采取了分块方式,将姿态相同的图片划分进同一矩阵里,这样可以使得样本更加接近于高斯分布,另一方面,传统PCA算法较容易受到光照的干扰而影响最终的识别效率,经研究发现,在PCA方法中,特征空间中前三个最大的主分量受到光照的影响最大,所以本文将前三个主分量加上权重小于1的系数来减少光照对识别的影响。实验表明,改进的算法有效的解决了上面的问题,并且识别率明显提升。本文设计的门禁系统具有双重验证的优点,一方面用户在Android手机端进行人脸识别身份验证,另一方面当身份验证成功手机端将会获取服务器端发送来的二维码作为开门“软钥匙”。双重验证的方式大大增加了门禁系统的安全性,本门禁系统为智能门禁系统提供了新的设计方案。

关键词：人脸识别 Android 门禁系统肤色分割 Adaboost PCA

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油水乳状悬浮液流动特性研究

油水乳状悬浮液流动特性研究

作者：江鹏中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

稠油乳化降粘技术是稠油的开采和管输过程中一种重要的降粘方法。稠油乳状悬浮液管输时,其流动特性受剪切作用、温度等因素的影响而变得复杂。本文从配制乳状悬浮液方法入手,建立了乳状悬浮液表观粘度模型。针对胜利油田陈南联合站稠油... 详细信息

稠油乳化降粘技术是稠油的开采和管输过程中一种重要的降粘方法。稠油乳状悬浮液管输时,其流动特性受剪切作用、温度等因素的影响而变得复杂。本文从配制乳状悬浮液方法入手,建立了乳状悬浮液表观粘度模型。针对胜利油田陈南联合站稠油,以乳状液稳定性及降粘效果为依据,分别对油酸钠等八种乳化剂进行了单一和复配筛选实验。最终优选出司班80(25.8%)与十二烷基苯磺酸钠(74.2%)复配乳化剂体系乳化性能最优,形成的O/W型乳状液稳定性良好,降粘率在98%以上。接着,研究了油水质量比、乳化剂浓度、乳化温度、乳化强度、降温速率等因素对乳状悬浮液形成的影响。在此基础上,以改进的P&R模型为基础,建立了包含温度作用的乳状悬浮液表观粘度模型。在调研现有管输模拟装置的基础上,设计了以螺旋叶片为驱动结构的小型管输模拟试验环道,并通过实验对螺旋叶片驱动流体的可行性及环道系统压降计算式进行了研究。利用自行设计的管输试验装置,分析了含水率、流速、温度等条件对悬浮液层流流动压降的影响,对管输试验过程悬浮液粘度变化规律进行了研究。最后根据实验数据,将试验装置粘度实验结果、旋转流变仪测试粘度结果及表观粘度模型预测结果进行了比较分析。

关键词：稠油乳化降粘粘度模型管输试验装置流动特性