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电解海水制氢的挑战、策略与未来

科学通报 2024年

作者：范容莉赵敏跃邹志刚李朝升南京大学现代工程与应用科学学院固体微结构物理国家重点实验室人工微结构科学与技术协同创新中心南京大学江苏省纳米技术重点实验室

大规模利用可再生能源电解水制备“绿氢”是实现“双碳”目标,乃至构建可持续社会的重要保障.使用海水等低品质水作为原料进行电解制备绿氢引起了广泛的研究兴趣.但海水成分复杂,对电解系统的耐久性造成了严重挑战,阻碍了该技术的实际应... 详细信息

大规模利用可再生能源电解水制备“绿氢”是实现“双碳”目标,乃至构建可持续社会的重要保障.使用海水等低品质水作为原料进行电解制备绿氢引起了广泛的研究兴趣.但海水成分复杂,对电解系统的耐久性造成了严重挑战,阻碍了该技术的实际应用,甚至引发了对其经济可行性的担忧与争论.本文概述了电解海水的催化机理,总结了目前电解海水的主要挑战,重点回顾了目前析氧反应和阳极替代反应电催化剂及器件设计的最新进展,最后对电解海水制氢的未来发展前景与趋势进行了预测和展望.

关键词：电催化海水分解析氧反应阳极替代反应电解槽设计

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思维的雕琢——脑电波雕塑的创新之道

美术 2024年第6期 51-53页

作者：张增增四川美术学院造型艺术学院雕塑系

本文以作品《造物》为例,探讨当代雕塑家如何将雕塑语言与新兴数字技术的融合问题。作品中,通过采集观众脑电波信号,运用脑机接口、三维建模、增强现实和3D打印等技术手段,将无形的意识转化为有形的雕塑作品,突破了传统雕塑的物理局限,... 详细信息

本文以作品《造物》为例,探讨当代雕塑家如何将雕塑语言与新兴数字技术的融合问题。作品中,通过采集观众脑电波信号,运用脑机接口、三维建模、增强现实和3D打印等技术手段,将无形的意识转化为有形的雕塑作品,突破了传统雕塑的物理局限,实现了观众脑部活动与物质形态之间的直接互动。

关键词：数字艺术交互艺术脑电波雕塑

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基于迁移学习和度量学习的牛鼻纹识别方法研究

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基于迁移学习和度量学习的牛鼻纹识别方法研究

作者：钟旻跃重庆理工大学

学位级别：硕士

近年来,国家大力扶持数字农牧业的发展。乡村振兴局的成立更是确立了数字农牧业的发展方向。然而,当前我国农牧领域的数字化、智能化程度还几乎空白,处于起步阶段,特别是在中小型牧场、合作社及个体养殖户方面。因此亟须通过智能化手段... 详细信息

近年来,国家大力扶持数字农牧业的发展。乡村振兴局的成立更是确立了数字农牧业的发展方向。然而,当前我国农牧领域的数字化、智能化程度还几乎空白,处于起步阶段,特别是在中小型牧场、合作社及个体养殖户方面。因此亟须通过智能化手段解决农牧业相关痛点难题,将信息化技术与畜牧生产有机融合,形成突破。本研究以牛只监管为切入点。过去,对牛只进行监管主要依靠一些硬件设施对其进行标记,甚至采用会对牛造成伤害的方法。这种做法不仅会使动物感到疼痛,并且可能导致伤口感染。如今,在监管过程中引入人工智能和大数据相结合的方式寻找一种高效且健康的方法已经成为当下需要探索解决的问题。由于牛鼻纹具有独特的生物特征,并且不会随着时间改变,在识别个体身份上与人类的指纹相似,具有潜在优势,因此可以作为匹配个体的身份信息。本文提出了基于迁移和度量学习的牛鼻纹识别方法,主要贡献及研究内容如下:(1)本文提出了一种基于迁移学习的网络模型,通过对轻量级的三种特征提取网络进行微调,加载了在Image Net上预训练的权重参数,并有选择的冻结网络模型最后三层,采用了四种不同的模型训练策略:从零开始训练、迁移学习(所有层冻结)、解冻最后一层和解冻最后三层。通过在公开的牛脸数据集和本文构建的牛鼻纹数据集上实验,评估了各网络模型的识别准确率。实验结果表明,迁移学习策略相比完全从零开始训练的效果更好,尤其是在解冻部分层数后,模型的准确率进一步提升。(2)为了解决复杂的牛鼻纹理和形状特征的分类问题,本文还提出了一种融合Swin Transformer和Triplet的网络模型,该模型的前端是Swin Transformer,它通过引入平移窗口机制和分层结构来实现更高效的视觉特征提取,且在处理大尺寸图像而不受显存限制,可以提取牛鼻纹图像的全局特征;后端由一个Triplet网络结构组成,它适用于学习图像之间的相似性,将前端的特征向量进行降维并计算各特征向量之间的欧氏距离,通过距离的远近程度判断特征向量之间的相似性。同时,本文构建了一个联合损失函数,它由一个自适应的三元组损失和交叉熵损失组成,自适应三元组损失去除了边距超参数,使其能够不受超参数的影响而自动调整正负样本之间的距离。联合损失函数既可以直接对图像的类别直接进行预测,也可以学习样本之间的相似与不同,极大地提高了牛鼻纹识别的准确率。

关键词：深度学习卷积神经网络牛鼻纹生物特征度量学习

基于Bi2(Te1-xSex)3的光电响应特性及应用研究

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基于Bi2(Te1-xSex)3的光电响应特性及应用研究

作者：曹虎跃浙江农林大学

学位级别：硕士

拓扑绝缘体（Tis）作为近年来热门的一类新型纳米材料,具有优秀的热电、光电性能,而作为其中典型的三元二维纳米材料Bi(TeSe)也开始在光电领域展示出了丰富的研究和应用前景。以水热法对Bi(TeSe)进行合成,探究了不同配比下Bi(TeSe)的光... 详细信息

拓扑绝缘体（Tis）作为近年来热门的一类新型纳米材料,具有优秀的热电、光电性能,而作为其中典型的三元二维纳米材料Bi(TeSe)也开始在光电领域展示出了丰富的研究和应用前景。以水热法对Bi(TeSe)进行合成,探究了不同配比下Bi(TeSe)的光电化学性能差异,并制备了BiTeSe/ITO、BiTeSe/Ag/ITO为工作电极,实现了实际应用型光电化学（PEC）传感器。本文主要研究内容如下:（1）通过水热法对几类典型x取值（x=0.05,0.1,0.33,0.66）的Bi(TeSe)进行制备。在该方法下所制备的Bi(TeSe)在光电化学工作站内均表现出一定的光电化学特性。实验现象表明,光开关条件下Bi(TeSe)的上升时间介于0.23-0.45 s之间,恢复时间位于0.5-0.71 s范围内,证明Bi(TeSe)在本实验条件下具有快速的光响应性能。BiTeSe和BiTeSe的光电响应强度大于BiTeSe和BiTeSe,而BiTeSe的光电稳定性最优。（2）对照选择了BiTeSe的作为光电化学传感器的受体材料,并研究BiTeSe/ITO在盐酸四环素检测方面的应用。研究结果表明,BiTeSe相比较与其他比例材料作为传感受体具有更好的稳定性和0.23 s的光响应速率,对盐酸四环素的线性检测范围1·10-100 nmol·L,检测限为0.08 pmol·L,同时在真实样品条件下的相对标准偏差（RSD）不超过1%,具有良好的特异性、再现性、重复性和长时间稳定性。（3）在BiTeSe/ITO传感器的基础上还原生长了Ag纳米颗粒,以引入表面等离子激元共振效应（LSPR）提升传感器的性能。实验得到的BiTeSe/Ag/ITO传感器成功实现了对草酸的浓度检测,线性检测范围0.5 nmol·L-1 mmol·L,检测限达0.23 nmol·L。并在此基础上引入单片机控制系统,实现了传感器的便捷化检测和实时监控的功能。

关键词：拓扑绝缘体材料光电响应光电化学传感器污染物检测单片机系统

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纤维素自愈合水凝胶研究进展

林业科学 2024年第2期60卷 128-138页

作者：张永跃石江涛付宗营卢芸中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091 南京林业大学材料科学与工程学院南京210037

水凝胶是由亲水性聚合物通过物理或化学交联方式形成的3D网络结构材料,通常具有亲水性、黏弹性、生物相容性等特点,广泛应用于生物工程、柔性电子等领域。传统水凝胶一般采用化石基聚合物为原料,其使用和废弃过程对人体和环境存在潜在威... 详细信息

水凝胶是由亲水性聚合物通过物理或化学交联方式形成的3D网络结构材料,通常具有亲水性、黏弹性、生物相容性等特点,广泛应用于生物工程、柔性电子等领域。传统水凝胶一般采用化石基聚合物为原料,其使用和废弃过程对人体和环境存在潜在威胁;同时水凝胶长时间使用后,在机械外力作用下易产生破坏,从而会对其结构完整性和性能产生影响。具有自我修复能力的水凝胶破损后利用超分子相互作用或可逆共价作用可以恢复到与起始状态几乎相同的机械性能,对延长水凝胶使用寿命具有重要意义。纤维素是一种天然有机聚合物,主要来源于自然界中的树木等天然材料,具有无毒、无害、生物相容性好等优点,符合绿色环保理念,应用前景广阔。纤维素链上丰富的含氧基团可与水分子形成氢键网络,有利于制备具自愈能力的水凝胶。对纤维素进行化学改性得到纤维素衍生物,如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等,可以扩大其在水凝胶领域的应用。本研究综述以纤维素以及纤维素衍生物为原料的一类自愈合水凝胶,总结传统自愈合水凝胶存在的缺点并提出相关改性策略。纤维素因自身晶体结构以及内部超分子相互作用导致其在水中难以溶解,故一般采用分散体系或溶解体系进行纤维素水凝胶的制备,通过调控水凝胶的三维结构,利用可逆共价作用(酰腙键、二硫键交换等)和非共价作用(氢键、疏水作用、主客体相互作用等)赋予其自我修复能力。由于这种可逆交联的存在,传统纤维素自愈合水凝胶一般机械性能较差,同时因现阶段对纤维素自愈合水凝胶的功能开发比较单一,限制其在各领域的应用。本研究介绍构建智能网络结构、仿生自然生物伤口愈合机制、功能化改性的方式,总结新型多功能智能纤维素自愈合水凝胶构筑的方式,结合自愈合水凝胶取得的相关研究成果,提出纤维素自愈合水凝胶现阶段仍需解决的问题,并对自愈合水凝胶的应用前景进行展望。

关键词：纤维素水凝胶非共价键自愈合智能材料

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基于区间估计的污水处理过程故障诊断

基于区间估计的污水处理过程故障诊断

作者：张寅跃北方工业大学

学位级别：硕士

污水处理厂作为城市的人工肾脏,能有效处理生活污水与工业废水,对改善生态环境、提升城市品位和促进经济发展具有重要意义。污水处理过程是一项复杂的动态生物化学反应工程,涉及众多机械设备、电气设备与自动化仪表,极易发生故障。而多... 详细信息

污水处理厂作为城市的人工肾脏,能有效处理生活污水与工业废水,对改善生态环境、提升城市品位和促进经济发展具有重要意义。污水处理过程是一项复杂的动态生物化学反应工程,涉及众多机械设备、电气设备与自动化仪表,极易发生故障。而多变量、强耦合、非线性、大时滞、随机、不确定等特性导致污水处理过程精准的模型构建与故障诊断十分困难。此外,污水处理系统通常受到传感器噪声、系统干扰等不确定性影响,使得实际出水水质指标与基于软测量模型的预测结果存在偏差,现有多数数据驱动的故障诊断方法往往未考虑污水处理过程的不确定性,导致故障诊断结果不准确。本文基于物联网、人工智能等先进技术,结合实际工业需求,从数据驱动的角度深入研究基于区间估计的污水处理过程故障诊断,主要创新和研究成果如下:(1)考虑污水出水水质难以直接测量,且易受测量噪声等不确定性影响,提出了一种基于改进的突变白头鹰算法优化的核极限学习机与核密度估计相结合的污水处理过程故障诊断模型。首先,提出了一种改进的核极限学习机模型对污水的出水水质进行预测。该模型的核参数和正则化系数通过改进的白头鹰算法进行求解,通过Tent混沌策略和突变策略提升了白头鹰算法的寻优精度与效率。其次,利用寻优后的核极限学习机模型得到预测误差,并基于概率性核密度估计方法,生成出水水质指标的置信区间。该区间可以表征在正常条件下系统受不确定性影响下出水水质的波动范围。实际应用中,出水水质指标超出该区间,可判断系统发生了故障。最后,通过仿真实验验证了该方法的有效性。(2)核密度估计方法是一种基于概率分布的区间生成方法,在实际中很难确保置信度为100%的区间。集员估计方法属于确定性区间估计方法,只需假设不确定性满足峰值有界的条件。本文提出了一种椭球优化的长短期记忆神经网络(Long Short Term Memory,LSTM)污水处理过程的故障诊断方法。首先,基于LSTM构建污水出水指标的点预测模型。其次,假设预测误差是未知但有界的,基于椭球描述点预测模型输出权值的不确定性可行集,通过最小化椭球的形状来推导出描述输出权值所在可行集的最优迭代公式,并求出点预测模型输出权值所在的区间,该区间表征了基于LSTM点预测模型的不确定性,正常工况下预测结果应包含在该区间范围内,反之则可判断发生了故障。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。(3)椭球在描述不确定性区间时保守性较大,为获取更加精确的预测模型权值所在的区间,提升污水处理系统故障诊断的精度和效率,提出了一种椭球束优化的神经网络区间预测模型框架,并将其应用到污水处理过程故障诊断。首先,基于神经网络构建污水出水指标的点预测模型,该模型可以是任意的神经网络模型。其次,在预测误差是未知但有界的前提下,利用椭球束描述点预测模型输出权值不确定性可行集,再通过最小化椭球束形状的Frobenius范数推导出更精确描述输出权值所在可行集的最优迭代公式。构建生成包络,并求出点预测模型输出权值所在的区间,正常工况下预测结果应包含在该区间范围内,反之则可判断发生了故障。最后,实验验证了所提方法在故障诊断精度和效率上均有明显提升。

关键词：污水处理过程数据驱动故障诊断核密度估计集员估计神经网络

梦之幻境：梦境主题在陶瓷装饰设计中的应用研究

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梦之幻境：梦境主题在陶瓷装饰设计中的应用研究

作者：符新跃景德镇陶瓷大学

学位级别：硕士

古代先民们的梦魂观念开启了人们对梦境的探索,梦作为人们睡眠时身体所发生的一种生理现象,却被前人赋予了梦幻浪漫的色彩。古往今来,关于梦境的艺术创作总是带来意想不到的惊喜想象,留下了深入人心的梦境作品,丰富了许多独特的艺术形... 详细信息

古代先民们的梦魂观念开启了人们对梦境的探索,梦作为人们睡眠时身体所发生的一种生理现象,却被前人赋予了梦幻浪漫的色彩。古往今来,关于梦境的艺术创作总是带来意想不到的惊喜想象,留下了深入人心的梦境作品,丰富了许多独特的艺术形式表达和思维表现形式。在如今多元文化发展的时代下,人们更是注重对情感的精神追求,梦境成为了艺术创作者传达思想和展现内心世界的载体,通过构建梦境世界,向世人呈现自己所幻想的乌托邦。本课题基于中国传统梦境理论,并结合西方弗洛伊德梦境理论的基础上,通过探讨梦境主题在不同艺术门类中的视觉转换和表现特点,同时,分别梳理梦境主题在传统陶瓷装饰和现代陶瓷装饰上的艺术视觉形式,从造型形态、材料特点的角度分析梦境在陶瓷艺术作品所呈现的空间叙事与创作者所隐喻的情感,为实践创作提供思路,丰富陶瓷装饰艺术的表现形式,从而发现梦境主题应用于陶瓷装饰设计中的价值。

关键词：梦境主题陶瓷装饰艺术形式

基于多项式混沌展开的交直流电力系统全纯嵌入概率潮流计算方法

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基于多项式混沌展开的交直流电力系统全纯嵌入概率潮流计算方法

作者：付云跃东北电力大学

学位级别：硕士

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自觉做良好政治生态的有力促进者

红旗文稿 2024年第13期 22-24页

作者：秦法跃河南师范大学党委

严肃认真的党内政治生活、健康洁净的党内政治生态,是党的优良作风的生成土壤,是党的旺盛生机的动力源泉,是保持党的先进性纯洁性、提高党的创造力凝聚力战斗力的重要条件,是党团结带领全国各族人民完成历史使命的有力保障。政治生态良... 详细信息

严肃认真的党内政治生活、健康洁净的党内政治生态,是党的优良作风的生成土壤,是党的旺盛生机的动力源泉,是保持党的先进性纯洁性、提高党的创造力凝聚力战斗力的重要条件,是党团结带领全国各族人民完成历史使命的有力保障。政治生态良好,则风清气正、政事通达、人心和顺。习近平总书记在2024年春季学期中央党校(国家行政学院)中青年干部培训班开班之际作出重要指示,强调年轻干部“要自觉做良好政治生态的有力促进者”。

关键词：国家行政学院党内政治生活风清气正良好政治生态党内政治生态中央党校生成土壤生态良好

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