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石墨烯类复合物在锂离子电池负极中的储能应用

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石墨烯类复合物在锂离子电池负极中的储能应用

作者：吴晓超深圳大学

学位级别：硕士

锂离子电池是储能电池中研究最广泛,应用最成熟,市场份额占比最高的新能源技术之一,在经济社会发展过程中扮演着不可替代的角色。因其具有比容量高,循环寿命长,安全性高等优点被广泛关注。目前,锂离子电池虽发展迅速,但商业电池仍使用... 详细信息

锂离子电池是储能电池中研究最广泛,应用最成熟,市场份额占比最高的新能源技术之一,在经济社会发展过程中扮演着不可替代的角色。因其具有比容量高,循环寿命长,安全性高等优点被广泛关注。目前,锂离子电池虽发展迅速,但商业电池仍使用石墨作为电池负极材料,其所能提供的锂存储容量已不能满足市场需求。因此,开发新一代绿色环保,高比电容,长循环稳定的电池负极材料任重道远。石墨烯类二维材料因其表面具有丰富的活性位点,大比表面积,高导电性以及较强的柔韧性等诸多优势,被认为是最有可能成为下一代储能器件的电极活性材料之一。然而,石墨烯类材料作为电极材料受限于自身原因,其电容量往往非常低,在很大程度上限制了石墨烯类材料的发展。因此,设计具有高存储能量密度的活性物质与石墨烯类二维材料复合能够有效提升锂存储性能。综上所述,本文通过溶剂热法,低温煅烧法等常规改性方法开发出具有优异锂存储性能的锂离子电池负极材料,并探究了复合负极材料的锂离子作用机理。具体研究内容如下:（1）通过一锅水热法制备了层状Ni（SO）（OH）（Ni SH）纳米带锚定在3D多孔还原氧化石墨烯（r GO）纳米片上（记为Ni SH@r GO）。Ni SH@r GO复合材料具有出色的放电比容量(230次循环后200 m A g时为1060 m Ah g)和出色的倍率性能(2000 m A g时为991 m A g)。通过in-situ XRD、ex-situ SEM和TEM对其反应机理进行了探究,结果表明Ni SH@r GO复合材料的优异性能源于多电子反应机制和表面缺陷的突出结构,这使得更多的活性位点暴露出来用于存储电荷,加速电子/离子扩散,同时保证结构的稳定性,因此表现出优异的高锂存储容量和高倍率性能。此外,由Ni SH@r GO复合材料负极和Li Fe PO正极组成的全电池显示出优异的比电容和循环稳定性。该工作揭示了以提升多电子反应动力学的多阴离子过渡金属化合物的设计策略和机理研究,并应用于高性能锂离子电池领域。（2）以Co CO为代表的过渡金属碳酸盐被认为是最具潜力的高能量密度锂离子电池负极材料之一,这是因为CO深度锂化可提供额外的高容量。然而,纯Co CO的微米级尺寸和低电导率等原因限制了电极材料的循环稳定性和倍率性能。本文通过一锅水热法将纳米Co CO包裹在金属碳化物（Mxene）薄膜中获得了Co CO@Mx复合负极材料。Co CO@Mx表现出优异的循环性能(200 m A g时为956 m Ah g)和倍率性能(2000 m A g时为524 m Ah g)。通过CV、SEM和ex-situ TEM测试探索了Co CO@Mx的反应机理,实验结果表明Mxene片状结构加速了电子/离子扩散,并且在锂化过程中存在C→C的深度分解为Co CO提供了高的比容量。此外,Co CO@Mx负极和Li Co O（LCO）正极构成Co CO@Mx//LCO全电池,在200 m A g的电流密度下循环50次,具有722 m Ah g的高可逆容量。该研究揭示了自然界丰富的过渡金属碳酸盐作为锂离子电池负极材料的潜在应用前景,为开发其他储能器件先进材料提供了更多线索。（3）通过静电作用将Ni和Fe锚定在Mxene（TiC）表面上,再利用低温硫化退火方法,构建了3D Fe S/Zn S-Mx复合材料用作锂离子电池负极材料。由于互连的三维Mxene导电网具有高的比表面积,Fe S/Zn S异质结构展现出快速的电荷转移和高Li扩散速率。因此,3D Fe S/Zn S-Mx复合物作为锂离子电池负极在200 m A g的电流密度下经过200次循环后具有605 m Ah g的高可逆容量。在2000 m A g的电流密度下循环500次仍具有约360.0 m Ah g的放电比容量,远高于原始的Mxene材料。结果表明,双金属硫化物异质结构在Mxene表面原位生长的具有可行性,同时揭示了金属硫化物异质结能够有效改善锂电池反应过程中的氧化还原动力学,是开发高性能储能器件的潜在候选材料。

关键词：锂离子电池负极材料石墨烯类复合物 Mxene(Ti3C2) 原位表征

联“理”通“法”,提高运算能力——以“两位数乘两位数”单元设计为例

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华夏教师 2022年第25期 65-67页

作者：吕志新吴晓超北京教育学院丰台分院北京师范大学教育学部课程与教学研究院

运算能力是学生的数学核心素养之一,而理解算理、掌握算法是学生发展运算能力的基础。乘法运算的通理通法是能够贯穿整数乘法知识序列的,是学生需要获得的、可迁移的上位知识内容,也是发展学生运算能力的重要载体。因此,本设计采用单元... 详细信息

运算能力是学生的数学核心素养之一,而理解算理、掌握算法是学生发展运算能力的基础。乘法运算的通理通法是能够贯穿整数乘法知识序列的,是学生需要获得的、可迁移的上位知识内容,也是发展学生运算能力的重要载体。因此,本设计采用单元整体设计的基本思路,以三年级下学期“两位数乘两位数”单元为例,进行了单元系列学习任务的开发与实践,积累了促进学生数学核心素养形成的单元学习任务的设计与实践经验。

关键词：整数乘法单元整体设计运算能力

模拟牲畜采食对高寒草甸土壤潜在氧化亚氮排放的影响

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草地学报 2024年

作者：吴晓芬陈有超蒋文婷沈玉叶蔡延江浙江农林大学省部共建亚热带森林培育国家重点实验室浙江农林大学环境与资源学院/碳中和学院

探明牲畜采食对土壤氧化亚氮(N2O)排放的影响，是准确预测放牧干扰下高寒草甸生态系统温室气体变化的关键。本研究通过刈割留茬模拟牲畜不同强度采食行为（无采食，CK；轻度采食，LD：留茬高度3 cm；重度采食，HD：留茬高度＜1 cm），... 详细信息

探明牲畜采食对土壤氧化亚氮(N2O)排放的影响，是准确预测放牧干扰下高寒草甸生态系统温室气体变化的关键。本研究通过刈割留茬模拟牲畜不同强度采食行为（无采食，CK；轻度采食，LD：留茬高度3 cm；重度采食，HD：留茬高度＜1 cm），利用室内培养法测定土壤潜在N2O排放，并测定了土壤理化性质、酶活性以及硝化和反硝化功能基因丰度等指标。结果表明：LD处理对土壤潜在N2O排放无显著影响，但HD处理显著降低了潜在N2O排放（P ＜0.05）。重度采食导致输入土壤铵态氮(NH4+-N)和碳减少，降低土壤AOA-amoA，nirS和nosZ I基因丰度及反硝化潜势（Denitrification potential， DP），减弱土壤硝化和反硝化作用从而降低N2O排放。综上，轻度采食对土壤潜在N2O排放无显著影响，但重度采食可能通过降低土壤硝化和反硝化作用，减弱土壤潜在N2O排放。

关键词：高寒草甸硝化作用反硝化作用放牧

结合梯度提升树算法与可解释机器学习模型SHAP的抑郁症影响因素研究

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数据分析与知识发现 2024年第3期8卷 41-52页

作者：聂卉吴晓燕中山大学信息管理学院广州510275

【目的】本研究旨在探讨构建抑郁严重度预测模型及其解释性问题,通过分析互联网用户生成的内容,进一步发展抑郁症风险预测研究,从而提高抑郁症自动检测模型的可靠性和实用性。【方法】通过收集“好大夫在线”平台上的抑郁症医疗咨询文... 详细信息

【目的】本研究旨在探讨构建抑郁严重度预测模型及其解释性问题,通过分析互联网用户生成的内容,进一步发展抑郁症风险预测研究,从而提高抑郁症自动检测模型的可靠性和实用性。【方法】通过收集“好大夫在线”平台上的抑郁症医疗咨询文本记录,构建了一个语料库。利用心理学词典,从中提取了患者的心理特征,并采用梯度提升树算法预测患者的病情,同时引入可解释机器学习方法SHAP解读模型,借助SHAP独特的可视化图表剖析患者年龄、性别、认知、情感、感知、社会家庭及个人得失与抑郁症发生之间的复杂关系。【结果】抑郁症患者心理状态能反馈患者病况,利用从患者问诊记录中提取的心理特征能够有效检测重度抑郁,准确率达到86%。可解释机器学习模型SHAP解释了模型的预测结果,揭示出患者各层面心理特征对抑郁症发生产生的多重效应。【局限】受语料集所限,仅利用单次问诊记录对抑郁程度做预测;而模型特征基于心理学词典,更多与抑郁症发生风险有关的要素可纳入建模考虑中。【结论】影响抑郁症产生及发展的因素复杂。个体差异致使各项特征对于疾病预测产生不同效应。构建抑郁症的自动诊断模型,不仅要关注模型的精准度,更需增强对模型预测的理解。

关键词：抑郁症预测在线用户生成内容可解释机器学习梯度提升树算法

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基于非理想量子态制备的实际连续变量量子秘密共享方案

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物理学报 2024年第2期73卷 93-103页

作者：吴晓东黄端福建理工大学管理学院福州350118 中南大学电子信息学院长沙410083

连续变量量子秘密共享方案基于物理学基本定律,能够保证密钥信息的无条件安全.然而,在实际连续变量量子秘密共享方案中,量子态的制备往往并非是理想、完美的,会引入额外的过噪声,影响方案的安全性,因此有必要对其进行分析.本文提出基于... 详细信息

连续变量量子秘密共享方案基于物理学基本定律,能够保证密钥信息的无条件安全.然而,在实际连续变量量子秘密共享方案中,量子态的制备往往并非是理想、完美的,会引入额外的过噪声,影响方案的安全性,因此有必要对其进行分析.本文提出基于非理想量子态制备的实际连续变量量子秘密共享方案.具体而言,在所提出的方案中假定有多个用户,并且任意一个用户的非理想量子态制备,可以描述为相对应的不可信第三方采用相位非敏感放大器,对该用户的理想调制器与激光器进行放大操作.每个用户由于非理想量子态制备所引入的等效过噪声,可以通过相对应的相位非敏感放大器的增益参数进行全面与定量地计算.研究结果表明,连续变量量子秘密共享方案对非理想量子态制备所引入的过噪声非常敏感,因此不可避免地会降低其性能和安全性.幸运的是,本文利用相位非敏感放大器特定的增益公式,获得所提出方案对非理想量子态制备所引入的额外过噪声容忍度的上界限,有效解决由非理想量子态制备所带来的安全隐患.由于考虑了非理想量子态制备所引入的额外过噪声,因此相比于理想连续变量量子秘密共享方案,所提出的方案能够得到更紧的密钥率曲线.这些结果表明,本文所提出的方案能够对连续变量量子秘密共享方案的实际安全性进行改进与完善,为其实用化发展提供理论依据.

关键词：非理想量子态制备连续变量量子秘密共享

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胶东地区玲珑双向变质核杂岩的均衡隆升:运动学涡度的指示

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地质学报 2024年第1期98卷 31-49页

作者：吴晓冬朱光合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009 湖南科技大学地球科学与空间信息工程学院湖南湘潭411201

在胶东半岛西北部,围绕着玲珑岩基所发育的早白垩世伸展构造,属于独特的双向变质核杂岩。这一变质核杂岩的东、西边界上,分别发育了倾斜相背的招平与焦家伸展拆离剪切带。双向变质核杂岩的剥露是否也有均衡隆升的贡献,一直没有明确的认... 详细信息

在胶东半岛西北部,围绕着玲珑岩基所发育的早白垩世伸展构造,属于独特的双向变质核杂岩。这一变质核杂岩的东、西边界上,分别发育了倾斜相背的招平与焦家伸展拆离剪切带。双向变质核杂岩的剥露是否也有均衡隆升的贡献,一直没有明确的认识。本次工作以采自这两条边界拆离剪切带不同部位的糜棱岩样品为分析对象,分别应用刚性残斑长短轴比值法(具体又分别使用了Wallis投图法和刚性颗粒网格法)和石英c轴组构与主应变比值法对同一样品进行了运动学涡度测量。对于招平拆离剪切带,应用刚性残斑长短轴比值法获得的涡度值为0.57~0.73,而应用石英c轴组构与主应变比值法获得的涡度值为0.80~0.93。对于焦家剪切带,应用刚性残斑长短轴比值法获得的涡度值为0.58~0.74,而应用石英c轴组构与主应变比值法获得的涡度值为0.79~0.93。对于剪切带的同一样品,这两种测量方法给出的结果明显不同。应用刚性残斑长短轴比值法数据所获得这两条剪切带的减薄率,也明显高于应用石英c轴组构与主应变比值法数据的计算结果。理论分析与实例表明,刚性残斑长短轴比值法所获得的涡度值代表了剪切带的早期变形,而石英c轴组构与主应变比值法所得结果指示了晚期变形。由此表明,玲珑双向变质核杂岩边界拆离剪切带演化中,伴随着纯剪组分的明显降低,指示了剪切带产状的变陡,为均衡隆升的结果。均衡隆升发生在核杂岩演化的晚阶段,是早白垩世郭家岭期同构造花岗闪长岩侵位的响应。本文结果指示,双向与不对称变质核杂岩具有相似的演化规律,都经历过晚阶段均衡隆升,对中—下地壳的剥露具有重要的贡献。

关键词：伸展拆离剪切带运动学涡度一般剪切均衡隆升玲珑双向变质核杂岩

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适应于弱光环境的ORB-SLAM算法

北京邮电大学学报 2024年第1期47卷 106-111页

作者：黎萍操超超电子科技大学中山学院机电工程学院中山528402 广东工业大学自动化学院广州510006

针对视觉同步定位与地图构建(SLAM)算法在弱光照或黑暗等复杂条件下定位失败和跟踪丢失等问题,提出了一种基于ORB-SLAM2算法的适合弱光环境的ORB-SLAM算法,其中应用了一种新的自适应图像增强模块,利用多尺度高斯函数提取的输入图像照度... 详细信息

针对视觉同步定位与地图构建(SLAM)算法在弱光照或黑暗等复杂条件下定位失败和跟踪丢失等问题,提出了一种基于ORB-SLAM2算法的适合弱光环境的ORB-SLAM算法,其中应用了一种新的自适应图像增强模块,利用多尺度高斯函数提取的输入图像照度分量,所设计的校正因子可根据照度分量进行动态调整,从而自适应地调整图像亮度。在公开数据集上进行了算法性能测试。结果表明,该算法能够有效地增强弱光照甚至黑暗等复杂条件下视觉图像的特征匹配,从而有效提升ORB-SLAM算法的鲁棒性。

关键词：弱光环境同步定位与地图构建图像增强多尺度高斯函数自适应校正

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MXene基复合水凝胶在修复感染创面中的研究进展

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复合材料学报 2024年第7期41卷 3427-3441页

作者：吴晓娜汪宜宇赵凯黑龙江大学生命科学学院农业微生物技术教育部工程研究中心黑龙江省寒区植物基因与生物发酵重点实验室哈尔滨150080 台州学院生命科学学院浙江省植物进化生态学与保护重点实验室台州市生物医药与高端剂型重点实验室台州318000

感染创面严重危害着人类的生活质量甚至是生命健康,因此研发高效且副作用小的抗菌生物材料用于修复感染创面具有广阔的市场前景。二维过渡金属碳化物(MXene)是一种新型的二维片状材料,具有优异的抗菌性能,其抗菌机制主要包括物理捕获理... 详细信息

感染创面严重危害着人类的生活质量甚至是生命健康,因此研发高效且副作用小的抗菌生物材料用于修复感染创面具有广阔的市场前景。二维过渡金属碳化物(MXene)是一种新型的二维片状材料,具有优异的抗菌性能,其抗菌机制主要包括物理捕获理论、红外热效应、活性氧(ROS)生成理论、胞间分子泄露理论等,因此MXene有望成为一种更安全、有效、广谱的抗菌手段。通过水凝胶包裹MXene制成的MXene复合水凝胶比单纯水凝胶具有更佳的抗菌、抗氧化性以及光热效应等优势。本文综述了MXene的抗菌机制,并就近年来报道的MXene复合水凝胶修复感染创面的研究进行全面综述和总结。

关键词： MXene 复合水凝胶抗菌创面修复应用

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大跨桥梁行车振动测试与舒适性分析

振动与冲击 2014年第21期33卷 213-217页

作者：李枝军吴晓超徐秀丽李雪红南京工业大学土木工程学院南京210000

为研究大跨桥梁行车振动舒适性,对5座不同环境下的大跨桥梁行车内部振动进行了现场实测,基于实测数据分析了车辆动力特性、桥面动力特性、桥面不平整度以及车速等对行车振动的影响,此基础上对车辆行车振动舒适性进行了分析。通过采用小... 详细信息

为研究大跨桥梁行车振动舒适性,对5座不同环境下的大跨桥梁行车内部振动进行了现场实测,基于实测数据分析了车辆动力特性、桥面动力特性、桥面不平整度以及车速等对行车振动的影响,此基础上对车辆行车振动舒适性进行了分析。通过采用小波变换的方法对车辆内部振动信号的时频域分布规律进行分析可以发现车辆内部振动信号的能量分布:在竖向受车辆动力特性的影响较大,在横向受桥面动力特性影响较大。桥面不平整度和伸缩缝对行车内部振动的幅值影响较大。行车内部竖向振动随着车速的增加而增大;对于风速较大的跨海大桥,当车速超过80 km/h时,行车内部横向振动急剧增大。研究成果为合理评价大型桥梁行车振动舒适性具有重要的参考价值。

关键词：大跨桥梁行车振动现场测试时频域分析行车舒适性