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3D打印仿生多重管状吸能结构碳纤维复合材料及其力学性能

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复合材料学报 2025年

作者：杨方鸿付韫辰钟佳明张代军信中华关博文王成博叶璐黄威北京航发北京航空材料研究院先进复合材料国防科技重点实验室华中科技大学材料科学与工程学院

本文基于马蹄、骨骼等自然界生物组织的管状吸能结构启发，设计并制备了一种仿生多重管状结构的碳纤维复合材料。通过3D打印制造出具有多重管状结构的碳纤维复合材料，并引入紫外光固化技术使柔性聚氨酯树脂在管状结构中固化而形成异质... 详细信息

本文基于马蹄、骨骼等自然界生物组织的管状吸能结构启发，设计并制备了一种仿生多重管状结构的碳纤维复合材料。通过3D打印制造出具有多重管状结构的碳纤维复合材料，并引入紫外光固化技术使柔性聚氨酯树脂在管状结构中固化而形成异质界面，显著提升了材料的韧性和抗冲击能力。实验结果表明，该仿生结构材料在静态压缩测试中展现出延长的屈服阶段和优异的变形恢复能力，比强度和能量吸收密度可达130.6 [MPa/(g/cm3)]和44.6 J/g，高于传统的蜂窝吸能结构；在三点弯曲试验中表现出更长的塑性变形区域，其断裂韧性为碳纤维板的1.54倍；在冲击测试中，裂纹扩展受限于管的分布，并且通过异质界面破坏显著提高吸收能量，避免了材料发生灾难性破坏。该研究为复合材料的抗冲击设计提供了新的仿生策略，尤其在国防、航空航天等需要高韧性、高强度材料的应用领域，具有广泛的应用潜力和前景。

关键词：仿生管状结构 3D打印复合材料异质界面抗冲击性能

基于改进Informed-RRT^(*)的机械臂抓取运动规划

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工程科学学报 2025年第1期47卷 113-120页

作者：殷雄陈炎郭文豪杨子辰陈汉歆廖安姚道金华东交通大学电气与自动化工程学院南昌330013

为提高工业机械臂对目标物体抓取及对障碍物躲避的效率和成功率,提出一种基于改进抓取信息引导的快速随机树星(GI-RRT^(*))的机械臂路径规划算法.首先,预先设定最大迭代次数和自适应函数,缩短机械臂运动轨迹生成时间,增强采样导向性和质... 详细信息

为提高工业机械臂对目标物体抓取及对障碍物躲避的效率和成功率,提出一种基于改进抓取信息引导的快速随机树星(GI-RRT^(*))的机械臂路径规划算法.首先,预先设定最大迭代次数和自适应函数,缩短机械臂运动轨迹生成时间,增强采样导向性和质量;其次,基于椭圆形子集直接采样,对采样点位置进行约束,提高采样效率;最后,采用贪心算法删除机械臂运动轨迹的冗余点,并使用三次B样条曲线平滑约束机械臂运动轨迹,提高机械臂运动轨迹的柔顺性.利用生成残差卷积神经网络模型预测,输入深度相机采集的彩色图像和深度图像,输出视场中物体的适当映射抓取位姿.为验证机械臂的抓取效果,选择三指气动柔性夹爪,设计柔性抓取模块,并结合法奥(FR3)协作机械臂构建自主抓取系统,进行二维地图仿真和机械臂样机实验.结果表明,与传统的信息引导的快速随机树星算法相比,GI-RRT^(*)算法运动轨迹长度缩短10.11%,轨迹生成时间缩短62.68%.同时,算法具有较强的鲁棒性.机械臂能独立地避开障碍物、抓取目标物体,满足其自主抓取的需求.

关键词：柔性夹爪机械臂运动规划信息引导的快速随机树星算法神经网络

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敦煌三危山出产多色颜料的矿物学及谱学特征研究

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 152-159页

作者：李林筱谭宇辰先怡衡铁付德孙满利艾昊梁云孙凤西北大学文化遗产学院陕西西安710127 中国国家博物馆北京100006

敦煌三危山火焰沟发现一处古代多色颜料开采遗址,该遗址的发现对研究我国西北地区古代矿物颜料的来源有着一定的学术意义。为判断三危山出产颜料的矿物种属及其谱学特征,本文应用偏光显微镜、X射线衍射、激光拉曼光谱、X射线荧光光谱多... 详细信息

敦煌三危山火焰沟发现一处古代多色颜料开采遗址,该遗址的发现对研究我国西北地区古代矿物颜料的来源有着一定的学术意义。为判断三危山出产颜料的矿物种属及其谱学特征,本文应用偏光显微镜、X射线衍射、激光拉曼光谱、X射线荧光光谱多种光谱分析手段对所出产多色颜料矿物开展科学分析。结果表明,三危山古矿出产矿物颜料属天然矿物,主要化学成分为Fe_(2)O_(3)(平均含量66%)和SiO_(2)等,部分样品呈现富硅铝的特征,且均存在不同程度的烧失;主要物相以赤铁矿、针铁矿为主,少许铁矾类,脉石矿物包括石英、高岭石及少许黏土矿物。同时进一步通过拉曼光谱对矿物颜料的显色物相进行分析,2号亮黄色矿物显色物相和前述主要物相一致,均为铁矾类(黄钾铁矾和黄钠铁矾)。除4号样品外,所有呈红棕色的样品主要显色物相均为α-Fe_(2)O_(3)即赤铁矿,而4号样品显色物相为针铁矿,呈色本应为黄色,但致其呈色变为红棕色是由于和赤铁矿伴生存在,且赤铁矿显色能力远强于针铁矿,故改变了4号样品的呈色。综上,该古矿遗址所出产的红色矿物颜料主要为赤铁矿,黄色矿物颜料为黄钾铁矾和黄钠铁矾。黄钾铁矾作为优良的颜料,在岩画及壁画也多有使用,但在莫高窟目前已研究的壁画上暂未发现使用,三危山古矿实证了铁矾类颜料矿物的存在,该发现在一定程度上拓宽了对西北地区黄色矿物颜料的维度。同时也为后续研究该矿冶遗址出产颜料的流向,提供了基础性的数据支撑。

关键词：敦煌采矿遗址矿物颜料呈色拉曼光谱

聚酰亚胺纳米纤维膜的制备及性能调控研究进展

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化工新型材料 2025年

作者：宇平张乐乐贾子辰黄琦睿龙映雪彭万贾雪梦朱家强孙昊李婷江苏海洋大学环境与化学工程学院上海晋飞碳纤科技股份有限公司

静电纺丝法制备的聚酰亚胺(PI)纤维膜具有高的孔隙率、透气性及表面积，融合并放大了PI材料和微纳米结构的优异特性。从PI和静电纺丝两个概念及特点出发，介绍了这一具有特殊微纳米结构和微观形貌的高分子材料，总结了用于制备PI纳米纤... 详细信息

静电纺丝法制备的聚酰亚胺(PI)纤维膜具有高的孔隙率、透气性及表面积，融合并放大了PI材料和微纳米结构的优异特性。从PI和静电纺丝两个概念及特点出发，介绍了这一具有特殊微纳米结构和微观形貌的高分子材料，总结了用于制备PI纳米纤维膜的现有工艺策略，重点介绍了PI纤维膜的相关改性技术方法，阐明了其具体的性能优势。最后，指出了PI纳米纤维膜未来发展趋势及所面临的关键技术挑战。

关键词：聚酰亚胺纤维膜静电纺丝改性技术挑战

基于改进YOLOv5的复杂场景电动车头盔检测方法

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现代电子技术 2025年第1期48卷 123-129页

作者：韩东辰张方晖王诗洋段克盼李宁星王凯陕西科技大学电子信息与人工智能学院陕西西安710021

佩戴电动车头盔是安全骑行的重要保障,对电动车驾乘人员佩戴头盔进行有效检测在保障驾乘人员安全方面具有重要意义。电动车头盔检测中存在目标之间相互遮挡、复杂背景干扰、头盔目标小等问题,现有方法尚不能满足复杂场景下电动车头盔检... 详细信息

佩戴电动车头盔是安全骑行的重要保障,对电动车驾乘人员佩戴头盔进行有效检测在保障驾乘人员安全方面具有重要意义。电动车头盔检测中存在目标之间相互遮挡、复杂背景干扰、头盔目标小等问题,现有方法尚不能满足复杂场景下电动车头盔检测的要求,因此,提出一种改进YOLOv5的复杂场景电动车头盔识别方法。首先,提出一种新的主干网络结构ML-CSPDarknet53,增强网络的特征提取能力,引入轻量级上采样算子CARAFE,利用特征图语义信息扩大感受野;其次,搭建坐标卷积CoordConv模块,增强网络对空间信息的感知能力,并将WIoU v3作为边界框损失函数,降低低质量样本对模型性能的不利影响;最后,构建了内容丰富的头盔检测数据集对改进算法进行验证。实验结果表明,改进后算法相较于原算法在精确度、召回率、mAP@0.5、mAP@0.5:0.95上分别提升了2.9%、3.0%、3.4%和2.2%,并且性能优于其他主流检测算法,满足复杂道路交通场景下电动车驾乘人员头盔检测的任务要求。

关键词：头盔检测改进YOLOv5 复杂场景目标遮挡特征提取上采样坐标卷积损失函数

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碳族单质超导性的第一性原理研究

原子与分子物理学报 2025年第4期42卷 87-92页

作者：韩沛辰林永熠郑磊刘其军刘正堂高娟西南交通大学物理科学与技术学院成都610031 西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

同为第四主族的元素,碳、硅、锗、锡、铅具有相似的价电子排布,但超导性却并不相同.锡和铅在常压下即可实现超导,硅和锗则需要在高压下才具有超导性,而碳的常规晶体结构在常压和高压下均尚未发现其超导性.压力在很大程度上是通过改变晶... 详细信息

同为第四主族的元素,碳、硅、锗、锡、铅具有相似的价电子排布,但超导性却并不相同.锡和铅在常压下即可实现超导,硅和锗则需要在高压下才具有超导性,而碳的常规晶体结构在常压和高压下均尚未发现其超导性.压力在很大程度上是通过改变晶体结构和原子之间的位置进而影响其超导性,本论文基于密度泛函理论的第一性原理计算,对碳、硅、锗、锡、铅五种第四主族元素的单质的晶体结构、电子结构、声子性质以及超导性质进行系统地对比分析.计算结果表明费米能级附近的电子态密度越高,金属体系实现超导所需的压力越小.在具有金属性的体系中价带靠近费米能级处带隙的存在会使电子更容易局域在费米能级附近,从而增大费米能级附近电子态的数目并提高体系的超导性.此研究为探究超导机制并提高材料的超导性提供思路.

关键词：超导性第一性原理计算碳族元素电子结构

基于康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系评价添加剂对高寒地区不同品种燕麦青贮品质的影响

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动物营养学报 2025年

作者：秦子旸张洪瑞王昭明李雨嘉郝迎辰王磊安宅一夫孙志强玉柱中国农业大学草业科学与技术学院国家草业技术创新中心(筹) 酪农学园大学山西农业大学饲草高效生产模式创新重点实验室

为探究不同品种和添加剂对燕麦青贮品质的影响,本试验选取“白燕11”“黑玫克”和“凯撒”3个品种的燕麦作为试验对象,设计4种添加剂处理,即空白对照（CK）、植物乳杆菌（LP,接种量为1×10～5 CFU/g FW）、布氏乳杆菌（LB,接种量为1×10... 详细信息

为探究不同品种和添加剂对燕麦青贮品质的影响,本试验选取“白燕11”“黑玫克”和“凯撒”3个品种的燕麦作为试验对象,设计4种添加剂处理,即空白对照（CK）、植物乳杆菌（LP,接种量为1×10～5 CFU/g FW）、布氏乳杆菌（LB,接种量为1×10～5 CFU/g FW）和苯甲酸钠（SB,添加量为1.5%FW）,在青贮45 d后,对燕麦青贮饲料的发酵品质、营养品质和康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系（CNCPS）组分进行分析。结果显示:1)与“白燕11”燕麦青贮饲料相比,“黑玫克”燕麦青贮饲料的pH显著降低（P<0.05）,乙酸（AA）含量显著提高（P<0.05）;与CK相比,添加LP、LB和SB均显著降低了燕麦青贮饲料的pH和氨态氮（NH3-N）含量（P<0.05）,显著增加了乳酸（LA）含量（P<0.05）,并且以LB的表现最为突出。2)在品种方面,“黑玫克”燕麦青贮饲料的干物质（DM）含量最低,“凯撒”燕麦青贮饲料的DM和可溶性碳水化合物（WSC）最高,其粗蛋白质（CP）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）和酸性洗涤木质素（ADL）含量显著低于其他品种（P<0.05）;在添加剂方面,与CK相比,添加LP、LB和SB均显著降低了燕麦青贮饲料的NDF和ADF含量（P<0.05）。3)在品种方面,“黑玫克”燕麦青贮饲料CNCPS的蛋白质组分中非蛋白氮（PA）含量较低,快速降解蛋白质（PB1）、慢速降解蛋白质（PB3）含量较高,结合蛋白质（PC）含量显著低于其他品种（P<0.05）;在添加剂方面,与CK相比,添加LP、LB和SB均显著提高了燕麦青贮饲料CNCPS的蛋白质组分中PB1和中速降解蛋白质（PB2）含量（P<0.05）,显著降低了PA和PC含量（P<0.05）,并且以LB的表现最为突出。4)“黑玫克”燕麦青贮饲料的碳水化合物（CHO）含量最高,“凯撒”燕麦青贮饲料的非结构性碳水化合物（NSC）和糖类（CA）含量显著高于其他品种（P<0.05）,其可利用纤维（CB2）和不可利用纤维（CC）含量显著低于其他品种（P<0.05）;与CK相比,添加LP、LB和SB均显著提高了燕麦青贮饲料的CA、淀粉和果胶（CB1）含量（P<0.05）,显著降低了CB2和CC含量（P<0.05）,并且以LB的表现最为突出。综上所述,添加LB有利于提高燕麦青贮饲料品质,青贮发酵后品质较好的燕麦品种为“黑玫克”,且“黑玫克”燕麦青贮饲料的蛋白质组分最优,“凯撒”燕麦青贮饲料的碳水化合物组分最优。因此,“黑玫克”是适用于三江源地区调制青贮的优质燕麦品种。

关键词：燕麦品种添加剂青贮品质 CNCPS

改性活性炭电极用于电厂生活污水后脱氮及减碳的研究

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水处理技术 2025年第1期51卷 97-101+119页

作者：杨畅畅于海琴冯瑞琦韩溪童孙贺范思辰北京交通大学环境学院北京交通大学计算机与信息技术学院

受传统氨氮处理工艺限制，电厂生活污水常出现氨氮难达标问题，从而需要投入大量外加碳源，这一过程会造成碳排放和处理成本的增加。本研究使用NaOH改性活性炭电极，应用在传统生活污水生物处理（AAO）之后进一步去除氨氮（后脱氮），... 详细信息

受传统氨氮处理工艺限制，电厂生活污水常出现氨氮难达标问题，从而需要投入大量外加碳源，这一过程会造成碳排放和处理成本的增加。本研究使用NaOH改性活性炭电极，应用在传统生活污水生物处理（AAO）之后进一步去除氨氮（后脱氮），此过程中不添加任何外加碳源、除磷药剂以及深度脱氮工艺。实验结果表明，在最优操作条件：电压1.2 V、进水流量37 mL/min、初始氨氮质量浓度6.138 mg/L下，改性后氨氮去除率达到64.31%;TN、TP、电导率去除率达到45.38%、62.08%和89.38%;CDI的加入使得传统生物处理过程无需外加碳源和除磷药剂即可达到出水标准，成本下降了0.4元/m3，出水作为电厂回用水可节省2 000元取水费用；对吸附过程进行碳排放核算，在电厂生活污水日处理量为450 m3/d的情况下，CDI装置的加入平均每天可以减少738.25 kgCO2的排放，具有良好的减碳效益。此外，该技术可推广应用于居民小区等建筑做回用水，每天可节省256元污水处理费用，并且具有同样的碳减排效益。

关键词：生活污水 CDI 后脱氮电吸附碳减排

类芬顿催化剂CuO/C_(3)N_(4)降解染料废水中罗丹明B的机制研究

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福建轻纺 2025年第1期 4-10页

作者：艾林林项伟陈铮华陈隋晓辰郑曦金延超福建师范大学环境与资源学院碳中和现代产业学院福建福州350117 福建省污染控制与资源循环利用重点实验室福建福州350117

文章通过高温热解制备氮化碳(C_(3)N_(4))负载氧化铜(CuO)类芬顿催化剂,对其进行了详细的材料表征并研究了其降解罗丹明B(RhB)染料废水性能。结果表明:CuO均匀分布在C_(3)N_(4)表面,可为催化过氧化氢(H_(2)O_(2))提供丰富的活性位点;在... 详细信息

文章通过高温热解制备氮化碳(C_(3)N_(4))负载氧化铜(CuO)类芬顿催化剂,对其进行了详细的材料表征并研究了其降解罗丹明B(RhB)染料废水性能。结果表明:CuO均匀分布在C_(3)N_(4)表面,可为催化过氧化氢(H_(2)O_(2))提供丰富的活性位点;在CuO与C_(3)N_(4)质量比为1.5%,H_(2)O_(2)浓度为0.5 mg/L,催化剂投加量为1.0 g/L,pH值为5.5条件下,初始浓度为15 mg/L的罗丹明B处理120 min,去除率可达97%;CuO/C_(3)N_(4)在较宽的pH值范围内(5.5~9.0)均表现出优异的催化活性,水处理过程中产生的单线态氧(^(1)O_(2))是主要的活性物种;与脱色相比,矿化RhB需要更长的处理时间,处理360 min,总有机碳(TOC)去除率达72%;此外,催化剂具有良好的可循环使用性能,使用5次后,RhB的降解率为82%。

关键词：氮化碳氧化铜罗丹明B 催化反应废水处理