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基于全介质微纳结构的光捕获及准导模的相关利用的研究

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基于全介质微纳结构的光捕获及准导模的相关利用的研究

作者：王光栋山东师范大学

学位级别：硕士

光力是一种无接触式的捕获和操作微米和纳米级别物体的一种重要工具,被广泛应用于多个科学和医疗领域。实现微粒捕获的光镊技术主要可以分为三种类型:传统光镊、基于表面等离激元光镊以及全介质微纳结构光镊。传统光镊可以实现光捕获但... 详细信息

光力是一种无接触式的捕获和操作微米和纳米级别物体的一种重要工具,被广泛应用于多个科学和医疗领域。实现微粒捕获的光镊技术主要可以分为三种类型:传统光镊、基于表面等离激元光镊以及全介质微纳结构光镊。传统光镊可以实现光捕获但其却会受到衍射极限的限制,因此其在捕获核酸、细菌以及氨基酸等生物活性物质会受到一定的限制。研究人员通过基于表面等离激元的光镊来克服衍射极限,但由于金属的高损耗,光的吸收引起的焦耳热效应导致表面等离激元光镊的温度升高从而导致相应的光损伤。相比之下,由无损耗全介质材料制成的微纳结构光镊不仅具备与表面等离激元相似的强局域场增强能力,而且不会引发有害的热加热效应。具有高质量因子(Q-factors)的光子结构在传感、热辐射、微粒捕获等需要强场增强和局域化电磁场的基础研究和应用中是非常有益的。这种高Q因子可以在全介质超表面上实现,与三维结构、光子晶体或金属谐振器相比,介质超表面在灵活性和尺寸等方面具有显著的优势,因此基于高Q因子的全介质超表面引起了研究人员的广泛关注。本文首先对三种主流光学共振(环形偶极子共振、无辐射模式、准连续域中的束缚态共振)产生的机理进行了说明,然后对基于全介质微纳结构的三种主流光学共振所产生的光力的大小进行了系统的研究和比较。接着引入一种新的实现准导模共振的方式并且实现了在宽广的能量-动量空间区域实现了超高且鲁棒的Q值,最后以基于准导模的超表面捕获纳米颗粒微粒对此做出了相应的证明。本文研究的主要内容和创新点如下:1.三种主流光学共振产生的光力研究:通过精心设计槽盘阵列的几何形状,可以支持三种不同的共振,辐射功率谱的多极分析验证了这一点。数值结果表明,准连续域中的束缚态共振能够产生更大的光梯度力,比其他两个共振产生的光梯度力高出约三个数量级。这些共振产生的光学力的巨大反差归因于准连续域中的束缚态共振提供了更高的电磁场增强。这些结果表明,在使用全介电纳米结构阵列进行光力捕获和操纵纳米粒子时,准连续域中的束缚态共振是首选。2.新的实现准导模共振的方式:通过将平板波导上的一维脊光栅沿顺时针和逆时针方向旋转一定角度θ,此时原来的亚波长晶格可以转化为波导moiré光栅(Waveguide Moirégratings,WMGs),周期增加到一个较大的值,这取决于θ的值。这些周期增加的扰动会导致一维脊光栅的第一布里渊区(First Brillouin zone,FBZ)缩小,从而将色散带低于光线的非辐射导模转换为光线以上可以与自由空间相耦合的准导模,自由空间辐射可以进入这些模式。最后,本文给出了由θ=60°的WMGs所支持的准导模的数值计算色散带和Q值。研究结果表明,由WMGs所支持的高Q谐振可以在宽广的能量-动量空间区域内实现,并且Q值在波矢量上展现出显著的鲁棒性。以光捕获纳米颗粒为例,数值计算表明基于准导模的WMGs可以在不同的波数或波长下产生相当高的光学梯度力。研究结果表明,由WMGs支持的准导模可以作为一种新型的高Q共振,并可能在各种光子系统中找到有前景的应用。

关键词：光力环形偶极子无辐射模式准连续域中的束缚态准导模

基于负压驱动受限流道内气泡运动行为特性研究

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基于负压驱动受限流道内气泡运动行为特性研究

作者：王光辉郑州轻工业大学

学位级别：硕士

气泡在液体中的生成、发展及运动过程广泛存在于化工、生物工程、环境保护和能源转换等工业过程,其运动过程的动态行为特性直接影响到工业过程设备中涉及到的传质、传热效率以及化学反应的速率和稳定性。因此,深入探究不同条件下气泡的... 详细信息

气泡在液体中的生成、发展及运动过程广泛存在于化工、生物工程、环境保护和能源转换等工业过程,其运动过程的动态行为特性直接影响到工业过程设备中涉及到的传质、传热效率以及化学反应的速率和稳定性。因此,深入探究不同条件下气泡的生成机理、生长过程及上升行为,对于优化相关技术和实现工业过程系统节能具有重要意义。本课题针对工业过程中存在的典型负压分离及微流控领域,开展受限通道内气泡运动过程特性的实验研究,重点研究了液相性质,负压压差及通道几何尺寸对气泡的形成、脱离及浮升过程的影响机制。自主搭建了压差驱动气泡生成的实验平台,探究了气泡在去离子水（DW）、丙二醇（PG）和丙三醇（GL）中的生成、脱离及上升运动特性。利用高速摄影技术捕捉并记录气泡运动全过程数据,主要观测到的气泡形状为球形、蘑菇形、扁椭球形、帽形半椭球上凸形、半椭球下凸形以及其他不统一的不规则形,并使用MATLAB脚本提取了气泡大小、运动轨迹等数据。与现有预测关联式对比发现:在低粘度介质中,气泡脱离直径的预测与现有模型吻合较好。实验中产生的误差也基本控制在±10%内。构建了气泡受力过程物理模型,发现气泡主要受浮力FB、附加表面力Fσ、粘性阻力Fv以及惯性力Fi的影响。对于去离子水、丙二醇和丙三醇中的气泡生成实验,观察到较为统一的变化规律。其实验结果表明:气泡脱离尺寸随进气管内径的减小而减小气。较小的内径限制了气泡的最大尺寸,气泡当量直径也是随着进气管内径的减小而减小。同时,进气管内径较小时,气泡运动轨迹也会更为稳定。随着液位高度的增加气泡脱离直径也会增大并增加轨迹的不确定性。而气体空间容积的增加也导致了更大的脱离直径,但其变化对气泡直径的影响相对较弱,同时也导致了其对气泡的运动轨迹、运动速度及形变度的影响相对有限。此外,实验中还发现,在去离子水中,气泡的形变度随进气管内径的变化呈现出四个阶段:极速减小,逐步增大,缓慢下降以及波动变化。对于较大的进气管内径(Din≥1.12 mm),形变度依次经历了四个阶段;而较小的进气管内径(Din≤0.51 mm)下,形变度（E）下降后逐渐增大,达到最大值后趋于稳定,没有出现再次下降的过程。对比了去离子水、丙二醇和丙三醇中气泡当量直径、运动轨迹、运动速度以及形变度的变化。随溶液粘度的增加气泡当量直径增大,丙三醇中生成气泡直径最大可达去离子水中的2.37倍。同时,粘度较高的介质中气泡的运动轨迹更直更稳定,运动速度波动较小,形变度也相应减少,表现出较高的稳定性。液位高度和气体空间容积对气泡行为的影响在丙二醇中开始减弱。在更高粘度的丙三醇中,气泡的波动进一步减弱。在丙三醇中,无论进气管内径、液位高度还是气体空间容积如何变化,气泡波动大幅减弱,形变几乎保持恒定,形变度基本维持为1。对于气泡脱离压力的讨论,实验表明在去离子水、丙二醇和丙三醇中,气泡脱离压力的变化呈现出折线周期波动,随着进气管内径的减小、液位高度和气体空间容积的增加而增加。此外,液体的粘度和表面张力是影响脱离压力的关键因素。在较大进气管内径(Din≥1.12 mm)时,由于丙三醇的粘度较大,其所需负压较大。丙三醇中气泡脱离压力平均为去离子水的1.29倍。而在较小的进气管内径(Din≤0.51 mm)下,去离子水由于高表面张力的限制作用更显著,所需负压反而最大。此时,去离子水中气泡脱离压力平均为丙三醇的1.09倍。实验结果表明,在不同粘度介质中进行气泡生成和控制时,考虑介质的粘度和表面张力对气泡脱离压力的影响是至关重要的。

关键词：粘度气泡成长脱离直径运动轨迹形变度脱离压力

增材制造生物材料改进型多孔植入物的力学各向异性分析

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增材制造生物材料改进型多孔植入物的力学各向异性分析

作者：王光东西安理工大学

学位级别：硕士

金属是传统植入物中最常用的材料,然而骨和金属植入物之间的弹性模量的差异导致了应力屏蔽的产生。使得骨组织长期处于应力较低的水平,在骨折康复的后期,骨组织会因为得不到足够的力学刺激而发生骨质疏松,甚至是植入物脱落等症状。设计... 详细信息

金属是传统植入物中最常用的材料,然而骨和金属植入物之间的弹性模量的差异导致了应力屏蔽的产生。使得骨组织长期处于应力较低的水平,在骨折康复的后期,骨组织会因为得不到足够的力学刺激而发生骨质疏松,甚至是植入物脱落等症状。设计多孔结构可以有效的降低植入物的弹性模量。而增材制造Ti6Al4V材料的Gyroid晶格具有与人骨相似的微观结构形态和宏观等效的力学性能,并且被广泛应用于植入物的研究中。然而Gyroid晶格各向异性的力学性质使得应力屏蔽的产生以及影响变得难以估计和控制。本文通过拉伸试验(EXP)和有限元分析(FEA)再现了 Gyroid晶格的各向异性,获得了几个在所有方向上接近其自身平均力学性能的模型,并提出了一种代表性体积单元材料参数的确定方法,成功地削弱了绝大部分方向的应力屏蔽。同时提出了一种在不改变体积分数的情况下提高晶格弹性模量的方法,其弹性模量提升最高可达49%。从数值结果中可以得到,体积分数对Gyroid晶格的各向异性影响很小,这意味着改变体积分数不会削弱各向异性。旋转Gyroid晶格某些特定角度模型可以很好地削弱力学性能的各向异性,并且比Gyroid晶格更适合作为植入物的代表性体积单位,体积分数为20%-50%的几种模型与人体骨骼的弹性/剪切模量更为兼容。在随后的研究中,建议旋转晶格以便在所有方向上平均模型的力学性能。为解决结构各向异性导致的应力屏蔽难以预估和控制的问题,本研究逐渐将目标放在了无序结构上。Voronoi结构因其表现出极大的随机性,经本研究进行有限元仿真后发现,该结构力学性能具有各向同性的性质,弹性模量最大值与最小值的差距仅有约11%。而这一性质可以确保植入物植入人体后,在多方向的受力上不会与人骨之间产生应力屏蔽。证实了Voronoi结构在作为医学植入物方面要优于几乎所有的有序结构。

关键词：增材制造 Gyroid晶格 Voronoi结构各向异性生物材料

分级增量加载对细粒尾矿固结蠕变影响的试验研究

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昆明理工大学学报(自然科学版) 2024年

作者：高尔雅王光进云南省岩土工程与地质灾害重点实验室金属矿尾矿资源绿色综合利用国家地方联合工程研究中心昆明理工大学国土资源工程学院昆明理工大学公共安全与应急管理学院

随着入库尾矿粒径越来越细，大量排放的尾矿使筑坝速度明显加快，进一步加剧了库内尾矿固结速度慢、坝体稳定性不断降低等问题，若不加以控制将会导致溃坝的发生.通过对一维侧限固结压缩试验分析不同粒径细粒尾矿的应变-时间-应力的关... 详细信息

随着入库尾矿粒径越来越细，大量排放的尾矿使筑坝速度明显加快，进一步加剧了库内尾矿固结速度慢、坝体稳定性不断降低等问题，若不加以控制将会导致溃坝的发生.通过对一维侧限固结压缩试验分析不同粒径细粒尾矿的应变-时间-应力的关系曲线，建立相应的蠕变模型，深入研究其蠕变特性.结果表明：不同应力下的细粒尾矿应变-时间曲线均呈明显的非线性特征，在荷载作用下细粒尾砂产生瞬时变形，可认为尾砂的变形速率在加载初期是无穷大的，建立了一个能描述不同粒径的细粒尾矿在一维侧限状态下的蠕变特性经验模型，通过对比分析可知尾矿的颗粒越细，其变形随时间的变化量越大.研究结果可为在长期荷载作用下尾矿库（坝）产生的蠕变效应提供良好的研究依据，可以很好地解释合理的蠕变本构关系，以指导尾矿坝的工程实践.

关键词：细粒尾矿非线性蠕变分级加载应变

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“本土化”与中国现当代文学研究

济南大学学报（社会科学版） 2024年第2期34卷 28-30页

作者：王光东上海社会科学院文学所

“本土化与中国学术研究转型”这一命题的问题意识非常明确,即在全球化的文化背景下,从本土化的立场、视野、方法进行学术研究,开拓学术研究的空间,建立学术研究的“中国范式”。在这一过程中,我们还应重视“传统与现代”“本土与世界... 详细信息

“本土化与中国学术研究转型”这一命题的问题意识非常明确,即在全球化的文化背景下,从本土化的立场、视野、方法进行学术研究,开拓学术研究的空间,建立学术研究的“中国范式”。在这一过程中,我们还应重视“传统与现代”“本土与世界”的关系,因为在国别联系日益深入的今天,“本土文化”与世界必然发生深刻的关联。本土化作为学术研究的立场、视野和方法,落实到具体的学科,关注的问题会有所差异。在中国现当代文学学科中,我想通过两个问题对“本土化”作一讨论。

关键词：中国现当代文学研究中国现当代文学学科中国范式学术研究本土文化研究转型本土化传统与现代

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基于L灵敏度最小化的数字滤波器状态空间实现稀疏化方法

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电子学报 2024年

作者：庄陵张文静王光宇移动通信技术重庆市重点实验室重庆邮电大学通信与信息工程学院移动通信教育部工程研究中心

为解决传统数字滤波器在有限精度实现时因有限字长(Finite Word Length, FWL)效应导致滤波器性能下降的问题，提出一种L2灵敏度最小化的数字滤波器状态空间实现稀疏化方法 .推导前向差分算子数字滤波器结构传输函数及其等效状态空间实... 详细信息

为解决传统数字滤波器在有限精度实现时因有限字长(Finite Word Length, FWL)效应导致滤波器性能下降的问题，提出一种L2灵敏度最小化的数字滤波器状态空间实现稀疏化方法 .推导前向差分算子数字滤波器结构传输函数及其等效状态空间实现，根据可控及可观格莱姆矩阵得到基于相似变换矩阵的L2灵敏度表达式，并进行稀疏化校准，将L2灵敏度最小化问题转换为凸函数求最值问题，求导得到L2灵敏度最小化表达式，代回即得前向差分算子数字滤波器的稀疏化状态空间实现.仿真结果表明，所提方法设计的数字滤波器具有更好的抗FWL效应.

关键词：数字滤波器有限字长效应前向差分算子矩阵稀疏化 L 灵敏度

基于DSC的隔震支座用橡胶材料低温结晶试验

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湖南大学学报(自然科学版) 2024年

作者：杜永峰王光环李元张超兰州理工大学防震减灾研究所兰州理工大学土木工程减震隔震技术研发甘肃省国际科技合作基地

为了分析低温下橡胶隔震支座的性能劣化机理，对无应变状态下我国隔震支座用橡胶材料的低温结晶性能开展了研究工作.采用差示扫描量热（differential scanning calorimetry， DSC）技术，对我国两家典型企业用于生产隔震支座的天然硫化... 详细信息

为了分析低温下橡胶隔震支座的性能劣化机理，对无应变状态下我国隔震支座用橡胶材料的低温结晶性能开展了研究工作.采用差示扫描量热（differential scanning calorimetry， DSC）技术，对我国两家典型企业用于生产隔震支座的天然硫化橡胶开展了玻璃化转变温度和等温结晶熔融试验.结果表明:无应变状态下，随着在低温下保持时间的延长，隔震支座的结晶度会逐渐增大；且受产地、生长环境及硫化工艺等不同因素的影响，不同硫化天然橡胶的结晶性能不同；只有当环境温度低于-60 ℃时，由本研究中使用橡胶材料生产的橡胶隔震支座才会丧失工程实用价值.实际服役过程中，隔震支座会受到低温和应变双重因素的影响，本文的研究工作对揭示低温下隔震支座的力学性能劣化机理和理解低温下橡胶隔震支座的力学行为可提供参考和依据.

关键词：差示扫描量热法(DSC) 隔震支座橡胶材料低温诱导结晶等温结晶熔融

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基于注意力机制的云数据中心资源消耗预测

武汉大学学报(理学版) 2024年

作者：闫永权山西财经大学统计学院

针对关于云计算资源消耗预测精度不高的问题，设计了一个资源预测的框架。该框架包括数据预处理、基于注意力机制的长短时记忆网络以及基于改进的遗传算法的搜索机制。在数据预处理中通过自组织映射网络保留了数据的内在特性，有助于去... 详细信息

针对关于云计算资源消耗预测精度不高的问题，设计了一个资源预测的框架。该框架包括数据预处理、基于注意力机制的长短时记忆网络以及基于改进的遗传算法的搜索机制。在数据预处理中通过自组织映射网络保留了数据的内在特性，有助于去除噪声并揭示数据的潜在模式。注意力机制与长短时记忆网络的结合，提高了模型对关键时间步的关注，从而增强了预测能力。改进遗传算法用于权重优化，使得模型可以自适应地调整注意力权重分配。基于Google集群跟踪数据对本文设计的框架进行了验证。实验结果表明，与基准算法相比，本文的框架在三类指标上短期和长期预测均具有优势，该框架具有更高的精度。通过修正的Friedman检验和Nemenyi检验，证明了所述方法的预测性能在均方根误差上好于两类基准算法。

关键词：云数据中心资源利用长短时记忆网络注意力机制

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真空包装结合低温贮藏对鲜切芋头的保鲜效果

食品工业科技 2024年第11期45卷 280-288页

作者：袁晓易景怡付龙威王光王斌广东省粤北食药资源利用与保护重点实验室韶关学院生物与农业学院/韶关市园艺韶关学院工程技术研究中心广东韶关512005 华南农业大学园艺学院/广东省果蔬保鲜重点实验室广东广州510642

鲜切芋头即使贮藏在低温条件下,切面也会出现变黄变褐的症状,导致商品性降低。为明确真空包装结合低温贮藏对鲜切芋头的保鲜效果,研究了低温贮藏条件下真空包装处理对鲜切芋头褐变和微生物总数的影响。结果表明:在低温贮藏条件下真空包... 详细信息

鲜切芋头即使贮藏在低温条件下,切面也会出现变黄变褐的症状,导致商品性降低。为明确真空包装结合低温贮藏对鲜切芋头的保鲜效果,研究了低温贮藏条件下真空包装处理对鲜切芋头褐变和微生物总数的影响。结果表明:在低温贮藏条件下真空包装(VP)处理抑制了切面L的下降,抑制a、b、色差(△E)和褐变指数(BI)的增加,表明VP处理能显著抑制鲜切芋头褐变。VP处理有效控制微生物的生长和繁殖,在12 d时细菌总数降低了94.31%,酵母总数降低了65.02%,表明VP结合低温贮藏对鲜切芋头具有很好的保鲜效果。VP处理降低了鲜切芋头PAL和PPO活性,降低了总酚、总黄酮和总可溶性醌含量,表明VP通过减少酚类物质的合成和氧化抑制鲜切芋头褐变。VP处理抑制CAT活性的下降,提高贮藏前期的POD活性,降低LOX活性、H2O2和MDA含量,表明VP处理通过保持鲜切芋头的抗氧化活性,延缓低温贮藏期间的品质劣变。本研究证实真空包装结合低温贮藏是一种保鲜效果好、简单易用的物理保鲜技术,为真空包装在鲜切芋头保鲜中的应用奠定了基础。

关键词：鲜切芋头真空包装低温贮藏褐变病原微生物

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