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氢键调控的偕二硝基化合物老化机制的理论研究

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氢键调控的偕二硝基化合物老化机制的理论研究

作者：刘子扬河北大学

学位级别：硕士

双（2,2-二硝基丙基）缩甲醛（BDNPF）是常用于高能钝感推进剂和高性能炸药的硝基增塑剂和粘合剂。它在低温老化过程中的分解机制非常复杂,会影响弹药和推进剂的寿命,也使生产、运输和储存过程中存在安全隐患。因此,研究BDNPF老化反应... 详细信息

双（2,2-二硝基丙基）缩甲醛（BDNPF）是常用于高能钝感推进剂和高性能炸药的硝基增塑剂和粘合剂。它在低温老化过程中的分解机制非常复杂,会影响弹药和推进剂的寿命,也使生产、运输和储存过程中存在安全隐患。因此,研究BDNPF老化反应机制和动力学具有重要意义。本文基于密度泛函理论和过渡态理论,阐明了BDNPF老化产生H2O、NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、HNO、HONO和HNO3的生成及转化过程。此外,本文还系统地研究了水与BDNPF形成氢键后的稳定性及其对老化反应过程各反应机制的影响和调控作用。基于BDNPF的老化分解计算结果表明:硝基夺取亚甲基H和甲基H（HONO消除）是BDNPF老化过程中的初始反应和速率决定步（RDS）。在进一步的老化过程中,由于笼效应,HONO与C=C双键化合物加成形成亚硝基醇。亚硝基醇分解形成乙硝肟酸,进一步分解为HONO或HNO。其中,生成HONO为优势反应路径。与HONO加成相比,HONO双分子反应形成N2O3的能垒更低。该途径涉及亚稳态络合物的形成,亚稳态络合物进一步分解为N2O3和水。形成的N2O3会在另一分子HONO的催化下生成N2O4和HNO。在HONO双分子反应过程中,伪过渡态分叉新机制降低了生成HNO和HNO3的能垒。该机制涉及两个连续的过渡态,中间没有能量最小值,这通过几何参数、自然布居分析电荷、Mayer键序和分子间相互作用得到证实。生成的两分子HNO可以形成关键中间体24（H2N2O2质子转移中间体）。24极易与自身反应形成N2O。此外HONO也能催化H2N2O2形成N2O和H2O。氢键在上述过程中发挥着重要作用。基于BDNPF-H2O络合物的氢键及对老化分解调控的计算结果表明:水与BDNPF的硝基形成的氢键使得BDNPF-H2O络合物的稳定性提高,因而BDNPF中不可避免有水存在。BDNPF-H2O络合物的氢键降低了BDNPF硝基重排、HONO消除、HONO加成、乙硝肟酸分解生成HONO和HNO的能垒,促进了这些反应的发生。此外,HONO消除、乙硝肟酸分解反应均生了结构稳定的HONO-H2O络合物,该络合物还可以与反应中生成的HONO和H2O等形成HONO-（H2O）2、（HONO）2-H2O、（HONO）2-（H2O）2等络合物。HONO-H2O和HONO-（H2O）2中的氢键降低了质子转移生成H-NO2和H2O的能垒,氢键越多能垒降低越多。（HONO）2-H2O络合物可以通过七条路径分解生成HNO和HNO3。能垒最低的反应路径涉及了质子转移和氢氧根转移两个主要步骤,氢氧根转移为整个反应的速控步。有趣的是,能垒次低的反应路径涉及的中间体和过渡态均与最低路径上的中间体和过渡态有立体异构关系,这与氢键引导的六元环过渡态的芳香性有关。我们通过几何参数、NICS、NPA电荷和分子间相互作用的对比验证了氢键的这种作用机制。另外,两条路径涉及了水的翻转机制,对应的反应路径具有较高的能垒,不具有动力学优势。需要注意的是,其他路径也都涉及了质子转移反应并受到了氢键的调控作用,其中能垒较低的一条路径生成了N2O3。随着水含量的增加,（HONO）2-（H2O）2络合物中氢键的数目增多,降低了初始质子转移反应的能垒,阻碍了后续水翻转生成HNO和HNO3的反应。值得注意的是,（HONO）2-（H2O）2络合物经HONO-H2O催化生成HNO和HNO3反应具有最低的势垒,是其中的最优路径。所产生的HNO易形成连二次硝酸H2N2O2,其与H2O之间的氢键使得体系存在（HNO）2-H2O和（HNO）2-（H2O）2等络合物。（HNO）2-H2O通过五条路径分解生成N2O,其中四条路径涉及了多个质子转移反应的能垒都很低,在常温下易于发生。此外,还存在一条能垒更低的路径,该路径为质子转移中间体二聚产物的双质子转移反应,该路径的能垒最低,这是由于体系中的氢键使得过渡态具有微弱的芳香性。与（HNO）2-H2O类似,氢键使得（HNO）2-（H2O）2存在多个异构体,这些异构体将通过多步质子转移反应生成N2O和H2O,所涉及的过渡态能垒高于（HNO）2-H2O的能垒。这表明,氢键的增多将降低HNO的分解速率。本文明确了BDNPF老化分解路径和分解产物,阐明了过渡态分叉新机制的影响;我们还明确了水在BDNPF中的存在的微观结构,阐明了其中涉及的氢键相互作用及其对BDNPF老化分解机制的影响和调控。本文的研究结果有助于偕二硝基类化合物老化机制的研究,也为含能材料老化过程复杂的化学反应的研究提供了理论支持。

关键词：双(2,2-二硝基丙基)缩甲醛过渡态分叉密度泛函理论反应机制分子间相互作用

无人机高光谱遥感的水稻叶瘟病的光谱特征提取与检测方法研究

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1457-1463页

作者：刘子扬冯帅赵冬雪李金朋关强许童羽沈阳农业大学信息与电气工程学院辽宁沈阳110161 沈阳农业大学辽宁省农业信息化工程技术中心辽宁沈阳110161

为了确定最佳的无人机高光谱遥感检测水稻冠层叶瘟病分类模型,以水稻大田试验为研究基础,获取了400~1000 nm波段内的无人机高光谱图像,参照国家标准GBT 15790—2009稻瘟病测报调查规范,按病情指数将叶瘟病划为5个等级,提取了0~4级共227... 详细信息

为了确定最佳的无人机高光谱遥感检测水稻冠层叶瘟病分类模型,以水稻大田试验为研究基础,获取了400~1000 nm波段内的无人机高光谱图像,参照国家标准GBT 15790—2009稻瘟病测报调查规范,按病情指数将叶瘟病划为5个等级,提取了0~4级共227组高光谱数据。采用Savitzky-Golay平滑(SG平滑)、一阶微分光谱(1-Der)和二阶微分光谱(2-Der)对数据进行预处理,并构建SVM模型,对比得出较优的预处理方法。采用主成分分析法(PCA)选取主成分累计贡献率;连续投影法(SPA)和随机青蛙法(RF)筛选光谱特征波段,并将筛选的结果作为模型的输入,分别构建粒子群优化的极限学习机(PSO-ELM)、极限学习机(ELM)、支持向量机(SVM)和决策树(DT)分类模型,并对模型进行对比分析得出最优分类模型。结果表明:相比于1-Der和2-Der,SG平滑方法的去噪效果较好,分类准确率较高,是较优的预处理方法,分类准确率和Kappa系数分别为93.47%、91.85%。PCA的前2个PC的累计贡献率为93.13%,为了模型的有效构建,最终选取了前6个PC,累计贡献率为99.02%。SPA使用RMSE作为最佳光谱特征波段选择标准,共显示了7个最佳光谱特征波段,其中可见光波段为400.8、416.7和426.2 nm,绿光波段为566 nm,红光波段为683.9 nm,近红外波段为830.2和916.4 nm。RF将筛选概率大于0.2的波段选为最佳光谱特征波段,最终筛选了8个光谱特征波段,其中红光波段为663.4和694.2 nm,近红外波段为784.4、787.9、791.4、905.5、927.2和930.9 nm,该方法有效地降低了波段间相关性和冗余性。将3种筛选结果分别构建分类模型,结果显示所有模型的总体分类准确率全部大于92.61%,建模结果较好;其中,以PSO-ELM模型对PCA的分类准确率达到97.77%,Kappa系数为97.22%,在所有模型中分类准确率最高,相比于ELM模型的最高分类准确率和Kappa系数高1.42%和1.56%,相比于SVM模型的最高分类准确率和Kappa系数高2.12%和2.66%,相比于DT模型的最高分类准确率和Kappa系数高4.44%和5.58%。综合评价PSO-ELM模型的建模效果优于ELM模型、SVM模型和DT模型,是最优的分类模型。因此,利用无人机高光谱遥感检测水稻叶瘟病具有可行性,为水稻生产和叶瘟病的检测提供科学依据和技术支持。

关键词：水稻叶瘟病无人机高光谱机器学习

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浅谈福建德化窑及其白釉瓷塑——以厦门市博物馆馆藏为主

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文物鉴定与鉴赏 2024年第16期 12-15页

作者：刘子扬厦门市博物馆

文章以厦门市博物馆馆藏德化窑瓷器为例探讨福建德化窑及其独特的白釉瓷塑艺术。德化窑，作为中国陶瓷的重要产地之一，历史悠久，技艺精湛。其白釉瓷塑作品，以洁白如玉的瓷质、精致的工艺和深邃的艺术内涵而著称。文章通过分析德化窑... 详细信息

文章以厦门市博物馆馆藏德化窑瓷器为例探讨福建德化窑及其独特的白釉瓷塑艺术。德化窑，作为中国陶瓷的重要产地之一，历史悠久，技艺精湛。其白釉瓷塑作品，以洁白如玉的瓷质、精致的工艺和深邃的艺术内涵而著称。文章通过分析德化窑的历史沿革、工艺特点和白釉瓷塑的艺术特色，凸显了其在中国陶瓷艺术史上的重要价值和地位。

关键词：德化窑白釉瓷塑厦门市博物馆

双碳目标驱动下建筑全生命周期碳减排策略探讨

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中华建设 2024年第6期 97-99页

作者：刘子扬西南石油大学

随着我国城镇化步伐不断加快，建筑领域也随之发展壮大。而建筑业发展会产生巨大的温室气体排放问题，若无法在建筑领域下较好地完成碳减排任务，那么对于“双碳目标”的实现将会是一个巨大的阻碍。鉴于此，为了促进“双碳目标”的实现...

随着我国城镇化步伐不断加快，建筑领域也随之发展壮大。而建筑业发展会产生巨大的温室气体排放问题，若无法在建筑领域下较好地完成碳减排任务，那么对于“双碳目标”的实现将会是一个巨大的阻碍。鉴于此，为了促进“双碳目标”的实现，本文从建筑全生命周期的理念出发，分析了建筑物材料生产阶段、施工建造阶段、运行维护阶段、拆解阶段、回收阶段的碳排放构成，并基于此提出每个阶段针对性的碳减排策略。希望能给建筑领域的低碳发展提供参考。全球气候变暖对于人类的生存和发展影响巨大，2016年，170多个国家领导人共同签署了《巴黎协定》，

关键词：

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火红的青春

连环画报 2024年第6期 10-14页

作者：刘子扬(编绘) 不详

在宁静祥和的岁月背后,总有那些默默奉献的人负重前行。他们肩负着使命和担当,不惧危险,不畏艰难,在赴汤蹈火的挑战中锤炼出过人的本领。有人曾问:“青春究竟是何颜色?”对消防战士而言,青春的色彩无疑是那抹在烈焰中闪耀的火红色。

关键词：消防战士火红色默默奉献青春

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基于KAN与动态上采样器的流场预测模型

计算物理 2024年

作者：常绍波陈泽伟余建庚刘子扬陈刚西安交通大学航天航空学院复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室航天通信控股集团股份有限公司

针对流场预测需求，本文提出了一种结合科尔莫哥罗夫-阿诺德网络（KAN）与动态上采样器（DySample:UpsamplingbyDynamicSampling）的KAN耦合模型（KADS），并利用二维菱形翼形数据开展流场数据预测应用。本文改变原始KAN的激活函数 B-Sp... 详细信息

针对流场预测需求，本文提出了一种结合科尔莫哥罗夫-阿诺德网络（KAN）与动态上采样器（DySample:UpsamplingbyDynamicSampling）的KAN耦合模型（KADS），并利用二维菱形翼形数据开展流场数据预测应用。本文改变原始KAN的激活函数 B-Spline，构建了FourierKAN、GRBFKAN、RBFKAN、ChebyKAN等KAN结构，并对其耦合DySample后的性能进行评估。通过与传统的多层感知机MLP进行对比发现，以切比雪夫多项式为激活函数的ChebyKAN能以较少的训练时间和次数实现较高的准确率，且在测试时不会出现过拟合的现象。结果表明，本文提出的KADS模型能够适用于流场预测分析任务，能够为深度学习流体智能建模任务提供新的建模方法与思路。

关键词： KAN 动态上采样器神经网络流场预测

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输电用耐热铝合金研究与应用综述

材料导报 2024年

作者：刘子扬党朋蔡西川上海电缆研究所有限公司特种电缆技术国家重点实验室

本文探讨了锆元素对耐热铝合金导体材料的耐热性能、力学性能及导电性的影响，以及微量稀土元素的添加对耐热铝合金性能的优化作用。介绍了当前耐热铝合金的制备工艺，包括变形工艺和热处理的研究进展。指出未来的研究将集中在开发新型... 详细信息

本文探讨了锆元素对耐热铝合金导体材料的耐热性能、力学性能及导电性的影响，以及微量稀土元素的添加对耐热铝合金性能的优化作用。介绍了当前耐热铝合金的制备工艺，包括变形工艺和热处理的研究进展。指出未来的研究将集中在开发新型合金成分和加工技术，以实现导电性、力学性能和耐热性能的协同提升。

关键词：耐热铝合金微合金化制备工艺

有源RIS辅助MISO系统联合波束成形优化算法

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信息技术与信息化 2024年第4期 66-71页

作者：董鑫许鹏刘子扬沈阳航空航天大学电子信息工程学院辽宁沈阳110000

针对有源RIS辅助MISO系统中传统波束成形方法存在计算复杂度较高,且有源RIS热噪声抑制效果不佳问题,提出一种基于加权最小均方误差和粒子群的有源RIS辅助MISO系统联合波束成形优化算法。首先,利用交替优化思想,将非凸和速率优化问题转... 详细信息

针对有源RIS辅助MISO系统中传统波束成形方法存在计算复杂度较高,且有源RIS热噪声抑制效果不佳问题,提出一种基于加权最小均方误差和粒子群的有源RIS辅助MISO系统联合波束成形优化算法。首先,利用交替优化思想,将非凸和速率优化问题转化为独立的基站波束成形和RIS相移凸优化问题;其次,采用具有较快收敛速度和较高估计精度的加权最小化均方误差算法,对基站波束成形进行优化设计;最后,通过引入混沌初始化和自适应惯性权重思想,对基于传统PSO的RIS相移设计进行优化,改善了容易陷入局部最优问题。仿真结果表明,与多种基准方案相比,所提方案可在有效降低计算量的情况下显著提高系统的和速率。

关键词：有源可重构智能反射面波束成形交替优化粒子群算法加权最小化均方误差

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基于Xgboost的铁路货运装卸作业时间预测

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铁路通信信号工程技术 2024年第3期21卷 36-41页

作者：周瑾王文斌刘子扬刘永壮北京全路通信信号研究设计院集团有限公司北京100070 中国神华能源股份有限公司北京100040

传统方法推算货运装卸作业时间直接使用站细里的标准时间,难以刻画复杂因素影响下作业时间的变化情况,准确率较低。通过数据挖掘的方法,收集铁路综调信息系统记录的货运装卸作业相关数据,利用增强决策树模型Xgboost学习装卸作业相关影... 详细信息

传统方法推算货运装卸作业时间直接使用站细里的标准时间,难以刻画复杂因素影响下作业时间的变化情况,准确率较低。通过数据挖掘的方法,收集铁路综调信息系统记录的货运装卸作业相关数据,利用增强决策树模型Xgboost学习装卸作业相关影响因素对其作业时间的影响,实现货运装卸作业时间预测,对比基线模型准确率提升明显,能更有效辅助车流推算与运行图自动编制。

关键词：重载铁路货运作业装卸作业时间决策树 Xgboost

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