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飞秒激光仿生调控材料表面浸润性:当前进展与挑战(特邀)

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中国激光 2024年第1期51卷 161-241页

作者：雍佳乐吴东中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230026

特殊浸润性表面在众多应用领域都发挥着重要作用,因而它的制备不论是在基础科学研究领域还是在工程实际应用方面都具有重要意义。可加工材料广泛以及擅长微纳结构精细设计的优势使飞秒激光成为一种制备各种超浸润微结构表面的有效工具... 详细信息

特殊浸润性表面在众多应用领域都发挥着重要作用,因而它的制备不论是在基础科学研究领域还是在工程实际应用方面都具有重要意义。可加工材料广泛以及擅长微纳结构精细设计的优势使飞秒激光成为一种制备各种超浸润微结构表面的有效工具。本综述系统总结了飞秒激光微加工技术在调控材料表面浸润性方面的研究进展。基于飞秒激光对材料表面微纳结构的设计和改性,可以实现超亲水与超疏水性、超疏油性、水下超疏气与超亲气性、液体灌注超滑表面、水下超疏聚合物性、超疏液态金属性、可调黏滞性、各向异性浸润性、智能可调浸润性等一系列极端浸润性质。这些特殊的浸润性使得飞秒激光作用后的材料获得了一系列实际应用,如防水/防油/防气、自清洁、液滴操控、液体图案化、浮力增强、微小液滴/气泡释放、油水分离、水气分离、防结冰、防腐蚀、水下减阻、水雾收集、微流控、柔性电路/电子器件、细胞工程、生物医疗、海水淡化、表面增强拉曼散射等。最后,本文总结讨论了飞秒激光调控材料表面浸润性技术的突出优势以及当前所面临的挑战。

关键词：激光技术飞秒激光微纳加工浸润性超疏水

壳聚糖改性生物炭的制备及其对水溶液中Cd^(2+)的吸附机制

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环境科学 2024年第2期45卷 873-884页

作者：姜凌安靖玥岳小琼李亚雄夏秋乐祝婷文佳柴丽红长安大学水利与环境学院西安710054 长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室西安710054 长安大学土地工程学院西安710054

以猕猴桃枝为原料,壳聚糖作为胺基表面改性剂,制备了一种绿色环保、对环境中重金属有良好吸附效果的功能性生物炭材料.采用批量吸附实验研究了改性前后生物炭的吸附性能.借助SEM-EDS、FTIR和XPS表征方法,分析了改性前后生物炭的形貌结... 详细信息

以猕猴桃枝为原料,壳聚糖作为胺基表面改性剂,制备了一种绿色环保、对环境中重金属有良好吸附效果的功能性生物炭材料.采用批量吸附实验研究了改性前后生物炭的吸附性能.借助SEM-EDS、FTIR和XPS表征方法,分析了改性前后生物炭的形貌结构和官能团变化,探究了其对溶液中Cd^(2+)的吸附机制.结果表明,改性后的生物炭表面,引入了羟基(—OH)、羰基(—C=O)和氨基(—NH_(2))等基团,显著提高了吸附性能,对Cd^(2+)的吸附量较改性前增加107.12%.Lagergren准二级动力学模型和Langmuir等温吸附方程能较好地描述吸附过程,说明吸附速率由材料表面活性位点决定,吸附过程以化学吸附为主.对Cd^(2+)的吸附机制主要是配位作用、表面沉淀作用、离子交换作用和阳离子—π键作用,吸附过程为自发的吸热过程.经过5次吸附-解吸循环后,改性后生物炭对Cd^(2+)的吸附容量仍保持在初始吸附量的80%以上,表现出良好的可重复利用性.研究成果体现绿色化学的理念,所制备的壳聚糖改性生物炭可应用于镉污染水体和土壤的修复.

关键词：生物炭壳聚糖吸附剂镉(Cd)污染吸附机制

植物重力感受:从淀粉体沉降到蛋白极性再定位

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科学通报 2024年第1期69卷 12-14页

作者：乐捷龙英强中国科学院植物研究所植物分子生理重点实验室北京100093 中国科学院大学北京100049

1880年Charles Darwin在The Power of Movement in Plants一书中曾详细记载对植物向性生长的观察结果,包括向重性、向光性、向水性等^([1]).重力是地球表面无时无刻不存在的一种环境因子,植物向重性生长是经过长期适应重力环境并演化形... 详细信息

1880年Charles Darwin在The Power of Movement in Plants一书中曾详细记载对植物向性生长的观察结果,包括向重性、向光性、向水性等^([1]).重力是地球表面无时无刻不存在的一种环境因子,植物向重性生长是经过长期适应重力环境并演化形成的植物生长和发育特性.

关键词：向光性向性重力感受地球表面环境因子向重性生长和发育

基于物理启发机器学习的属性散射中心提取方法

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2036-2047页

作者：岳子瑜徐丰复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

基于参数化散射中心模型进行参数估计是实现合成孔径雷达高级信息获取(SAR AIR)技术的基本思路之一,传统的属性散射中心(ASC)参数估计算法往往具有计算速度慢、算法复杂度高、对参数初值要求高等问题。对此,该文提出一个新的基于无监督... 详细信息

基于参数化散射中心模型进行参数估计是实现合成孔径雷达高级信息获取(SAR AIR)技术的基本思路之一,传统的属性散射中心(ASC)参数估计算法往往具有计算速度慢、算法复杂度高、对参数初值要求高等问题。对此,该文提出一个新的基于无监督学习的端到端框架用于从SAR图像反演ASC参数。首先,利用自编码式网络结构有效提取目标图像特征,缓解由于优化空间复杂非凸导致的直接求解困难,解决初值敏感问题;其次,通过嵌入ASC模型作为物理解码器以将编码器输出约束为正确的ASC参数;最后,通过端到端的模型架构进行学习和推理,达到降低算法复杂度及提高估计速度的目的。通过在仿真和实测数据上进行测试,实验结果表明在0.15 m分辨率测试集SAR图像上取得低于0.1 m的估计误差,反演单个散射中心平均耗时0.06 s,验证了该文所提方法的有效性、高效性与鲁棒性。

关键词：属性散射中心模型参数估计基于物理知识的机器学习

长、短股骨近端防旋髓内钉治疗A2.3型股骨转子间骨折的疗效比较

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中国修复重建外科杂志 2024年第6期38卷 703-709页

作者：岳茂明杨大威哈尔滨医科大学附属第四医院骨科哈尔滨150001

目的比较长、短股骨近端防旋髓内钉(proximal femoral nail anti-rotation,PFNA)治疗A2.3型股骨转子间骨折(intertrochanteric fracture of femur,IFF)的临床疗效。方法回顾分析2020年1月—2022年12月收治且符合选择标准的54例A2.3型IFF患者临床资料,根据术中使用的PFNA主钉长度分为长钉组(PFNA主钉长度>240 mm,24例)和短钉组(PFNA主钉长度≤240 mm,30例)。两组患者性别、年龄、骨折侧别、身体质量指数、骨折至手术时间等基线资料比较差异均无统计学意义(P>0.05)。记录并比较两组患者手术时间、术中失血量、术中透视次数、术中复位质量评分、骨折愈合情况及并发症发生情况;术后1年采用Harris评分评价患者髋关节功能。根据A2.3型IFF骨折线与小转子的关系,将两组患者细分为Ⅰ型(骨折线延伸至小转子水平)、Ⅱ型(骨折线延伸至小转子下方2 cm以内)、Ⅲ型(骨折线延伸至小转子下方2 cm以外),评价各亚型患者术后稳定性及内固定物松动情况。结果短钉组手术时间、术中失血量、术中透视次数均少于长钉组(P0.05)。两组患者均获随访,随访时间12~18个月,平均13.5个月。短钉组术后稳定性评分低于长钉组(P0.05)。长钉组有3例发生并发症(包括1例入钉点偏外导致髋内翻,2例复位丢失均发生内固定物松动),短钉组有7例发生并发症(包括1例入钉点偏外导致髋内翻,6例复位丢失均发生内固定物松动),两组均无股骨前弓破损发生;两组并发症发生率比较差异无统计学意义(P>0.05)。Ⅲ型患者因例数较少未纳入统计;Ⅰ型患者中长、短钉组术后稳定性评分及内固定物松动发生率比较差异无统计学意义(P>0.05);Ⅱ型患者中长钉组术后稳定性评分及内固定物松动发生率均明显优于短钉组(P<0.05)。结论长PFNA固定A2.3型IFF手术时间长、术中失血量多,但患者术后总体稳定性更好。对于骨折线延伸至小转子以下2 cm以内的A2.3型IFF使用长PFNA固定,虽然手术创伤大,但患者术后稳定性较短PFNA好;对于骨折线延伸至小转子水平的A2.3型IFF使用长、短PFNA固定术后稳定性无明显差异。

关键词：股骨近端防旋髓内钉股骨转子间骨折骨折稳定性

深冷轧制及时效处理过程中Cu-Fe合金的组织性能演变

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金属热处理 2024年第4期49卷 48-54页

作者：马启东张宇博岳世鹏陈佳乐李廷举大连理工大学材料科学与工程学院辽宁大连116024

利用SEM、XRD、TEM、力学性能及导电性能测试研究了Cu-5Fe合金在深冷轧制及时效过程中组织和性能的演变规律。结果表明,变形量为90%时,相比室温轧制,深冷轧制后合金的位错密度更高,Cu基体晶粒和Fe相的细化更显著。时效温度为500℃时,深... 详细信息

利用SEM、XRD、TEM、力学性能及导电性能测试研究了Cu-5Fe合金在深冷轧制及时效过程中组织和性能的演变规律。结果表明,变形量为90%时,相比室温轧制,深冷轧制后合金的位错密度更高,Cu基体晶粒和Fe相的细化更显著。时效温度为500℃时,深冷轧制试样中析出的纳米Fe相更加细小,数量更多,这是因为深冷轧制试样中更高的形变储能和位错密度更有效地促进了Fe相析出。经过90%变形量深冷轧制和500℃时效1 h后,Cu-5Fe合金的抗拉强度为551.5 MPa,导电率为69%IACS,综合性能优于室温轧制结合时效处理后的合金,这归因于深冷轧制试样再结晶后的晶粒仍小于室温轧制试样的,同时深冷轧制试样中更多纳米Fe相带来的析出强化效果更强,对合金的导电性影响也更小。

关键词： Cu-5Fe合金深冷轧制时效处理析出相

饱和砂土中DNAPL污染物迁移过程及数值模拟

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中国环境科学 2024年第1期44卷 386-395页

作者：肖鹏刘汉乐桂林理工大学广西环境污染控制理论与技术重点实验室岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心广西桂林541004

基于物理砂箱实验所获参数,运用数值模拟Petrasim程序模拟DNAPL在饱和多孔介质中的迁移过程,探究DNAPL在重力和毛细力共同作用下的迁移行为与迁移路径中污染物的分布特征.研究表明:⑴DNAPL污染物入渗前期主要受重力影响呈“液滴”状垂... 详细信息

基于物理砂箱实验所获参数,运用数值模拟Petrasim程序模拟DNAPL在饱和多孔介质中的迁移过程,探究DNAPL在重力和毛细力共同作用下的迁移行为与迁移路径中污染物的分布特征.研究表明:⑴DNAPL污染物入渗前期主要受重力影响呈“液滴”状垂向扩散,在垂向扩散至底部不透水层后,DNAPL在毛细力驱动下开始横向再分布扩散,最后在底部形成长期的“池状”污染源区;⑵通过对比验证数值模拟结果和实验结果,其垂向扩散相对误差范围为-2.96%~5.95%.横向扩散的相对误差范围为0.04%~23.41%.平面污染面积相对误差范围为0.03%~19.39%.表征横向扩散、垂向扩散与污染面积模拟值与实验值差异性的拟合决定系数R2分别为0.8827、0.9919、0.9832,模拟结果与实验值接近,模拟效果良好.结果说明了数值模拟Petrasim程序预测饱和多孔介质中DNAPL迁移行为和污染分布范围的可靠性与准确性.在野外环境中DNAPL泄露污染的污染范围评估与迁移行为预测方面具有广阔的应用前景.

关键词：重非水相液体污染物分布数值模拟饱和砂土

基于满足多边界条件基函数的微分求积法及其应用

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 149-155页

作者：汤轶群李振岳东南大学土木工程学院南京211189

提出了一种由基函数来处理梁边界条件的改进微分求积法(MDQM).在构造挠度函数时,通过多次积分来满足梁的所有边界条件,进而利用此函数计算微分求积法中的加权系数矩阵,解决了通过多项式测试函数计算该系数矩阵时难以在同一个点运用多个... 详细信息

提出了一种由基函数来处理梁边界条件的改进微分求积法(MDQM).在构造挠度函数时,通过多次积分来满足梁的所有边界条件,进而利用此函数计算微分求积法中的加权系数矩阵,解决了通过多项式测试函数计算该系数矩阵时难以在同一个点运用多个边界条件的问题.为了研究该方法在梁的各类分析中的应用,首先构造了2类梁在各种边界条件下对应的挠度基函数,再根据Euler-Bernoulli梁振动理论和稳定性理论,基于微分求积法将计算梁的固有频率问题和临界荷载问题转化为求解矩阵特征值的问题,并将结果与精确解进行比较.此外,还根据理想弹塑性梁的平面弯曲理论,利用该方法计算了梁在各种边界条件下的弹塑性位移,并将结果与其他方法对比.结果表明,所提方法对于梁的稳定性分析、固有频率分析及弹塑性分析都具有较高的计算效率和精度.

关键词：微分求积法 Euler-Bernoulli梁固有频率临界屈曲荷载弹塑性

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中国近海及西北太平洋气溶胶铁的研究进展

中国环境科学 2024年第2期44卷 602-619页

作者：张天乐郑玫北京大学环境科学与工程学院北京100871

总结中国近20年来近海及西北太平洋区域海洋气溶胶中铁的研究进展.从铁排放清单的角度,介绍从沙尘铁清单到人为源铁清单建立的历程,包括总铁和可溶性铁;总结气溶胶中铁浓度的测量方法和来源解析技术的最新进展,强调未来海洋总铁和可溶... 详细信息

总结中国近20年来近海及西北太平洋区域海洋气溶胶中铁的研究进展.从铁排放清单的角度,介绍从沙尘铁清单到人为源铁清单建立的历程,包括总铁和可溶性铁;总结气溶胶中铁浓度的测量方法和来源解析技术的最新进展,强调未来海洋总铁和可溶铁在线测量的重要性,在线测量是获得高分辨率海洋气溶胶铁时空分布特征的关键;此外,指出新兴的铁同位素分析技术可实现对气溶胶铁来源的定量解析,同时将铁的在线测量技术与源解析受体模型结合是定量认识铁来源的新路径;最后总结气溶胶铁沉降对海洋生态和气候的影响,气溶胶铁沉降对浮游植物的生长具有明显的促进作用,但铁沉降气候效应的定量评估仍存在较大的不确定性.未来应加强对海洋大气铁观测数据的积累,深入对铁化学相关机制的研究,并及时推动大气与海洋模型的结合.

关键词：海洋气溶胶铁排放清单来源解析海洋响应