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纤维素基生物质多孔碳材料的制备及其电化学性能研究

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纤维素基生物质多孔碳材料的制备及其电化学性能研究

作者：贺冠宇兰州理工大学

学位级别：硕士

随着生产生活的快速发展,目前应用于各个领域的电池,不仅性能得不到保障,而且材料制备过程大多污染环境。生物质碳材料是一种绿色环保可再生的能源材料,其高效利用对于实现能源环境的可持续发展和能源绿色低碳转型具有重要意义。生物质... 详细信息

随着生产生活的快速发展,目前应用于各个领域的电池,不仅性能得不到保障,而且材料制备过程大多污染环境。生物质碳材料是一种绿色环保可再生的能源材料,其高效利用对于实现能源环境的可持续发展和能源绿色低碳转型具有重要意义。生物质碳材料具有多孔性、官能团丰富、比表面积大、电化学性能优异、成本低廉和可再生的特点,广泛应用于能源存储与转化、催化和吸附等诸多领域。新型超级电容器的出现为研究带来了曙光,作为一种新型储能装置,融合了传统电池和电容器的优点,其在通讯、交通和航天等领域都有广泛的应用。超级电容器的关键在于电极材料,生物质碳材料因具有多孔性、官能团丰富、比表面积大、电化学性能优异、成本低廉和可再生等特点,成为了目前电容器应用最为广泛的电极材料。然而,生物质碳材料的性质不仅与微观结构密切相关,实现生物质碳材料结构的精准调控是提高其电化学性能的有效途径。以农业废弃物作为碳前材料不仅可以减少环境污染,还可以实现农业废弃物的高效高质循环利用。选用农业废弃物玉米秸秆作为碳前材料,通过预碳化、直接碳化、物理活化和化学活化等方式进行碳材料的制备。通过改变预碳化处理条件(升温速率、材料粒径大小、保温时间)、碳化温度、活化剂种类等工艺条件得到生物质碳材料,进行生物质碳材料的结构特性及其电化学性能研究,进一步分析不同的碳化方式及工艺条件对生物质碳材料的结构形貌及其电化学性能的影响。主要研究内容如下:(1)选用玉米秸秆皮和玉米秸秆髓为原料,通过设置不同的预碳化条件(不同粒径、不同升温速率、不同保温时间)对材料粒径、升温速率、保温时间等主要因素进行初步筛选。确定最佳预碳化工艺参数为:玉米秸秆皮(粒径<1.5 mm、升温速率3℃·min、预碳化温度300℃、保温2 h);玉米秸秆髓(粒径3-5 mm、升温速率3℃·min、预碳化温度300℃、保温1 h)。(2)选用玉米秸秆皮为原料,通过预碳化+碳化(活化)的方式对材料进行碳化处理制备碳材料。采用直接碳化(N保护)、物理活化(CO)、Na OH刻蚀和Na HCO膨化四种方式制备碳材料,研究不同碳化方式对碳化产物内部结构的影响。研究表明:温度对于碳化过程的影响至关重要,在四种碳化方式下,都有一定的可适温度,直接碳化法温度较高,而物理活化和两种化学活化需要的温度较低。通过对不同方式制备出的碳化产物进行结构表征和电化学性能测试,得出用Na OH刻蚀方式得到的样品HC-900有最佳的结构性能。HC-900样品的比表面积为532.881 m·g,微孔的体积能够占到总孔体积的76.3%。通过电化学性能测试,HC-900样品在10 mv·s的扫描速率下,比容量能够达139 F·g。且HC-900的电化学阻抗对比其它样品也要小得多,经过在扫描速率为50 mv·s下1000次循环充放电前后扫描过的面积基本不变,结果表明HC-900具有较好的稳定性。(3)考虑到绿色活化制备碳材料的方面,在不同碳化方式制备生物质碳材料的基础上进行生物体自掺杂的研究。在物理活化方式下,对玉米秸秆皮进行玉米秸秆皮:玉米秸秆髓=10:1质量比的掺杂改性。通过对制备碳材料的结构和电化学性能比较发现,PC-900的比表面积为274.155 m·g,PCC-900的比表面积为238.881 m·g。在10 mv·s的扫描速率下,PC-900和PCC-900样品的比容量分别为70 F·g和57.5 F·g。二者的电化学容量不高,说明在900℃经过掺杂制备出来的碳材料性能没有得到提高。

关键词：生物质碳材料碳化方法结构特性电化学性能

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基于阴影解耦和重参的轻量级阴影检测算法

工程科学与技术 2024年

作者：陈珏宇邢冠宇刘艳丽四川大学计算机学院四川大学视觉合成图形图像技术国防重点学科实验室

由于阴影边界上的像素数量往往远小于阴影内部区域的像素数量，准确检测阴影边界区域相比于检测阴影内部区域像素更困难。为了提高在阴影边界上的检测准确率，本文提出了一种新颖且高效的轻量级边界感知阴影检测网络RBNet。通过将图像... 详细信息

由于阴影边界上的像素数量往往远小于阴影内部区域的像素数量，准确检测阴影边界区域相比于检测阴影内部区域像素更困难。为了提高在阴影边界上的检测准确率，本文提出了一种新颖且高效的轻量级边界感知阴影检测网络RBNet。通过将图像分为阴影区域和非阴影区域，并通过采用距离变换将图像的阴影区域、非阴影区域解耦，使本文提出的网络能够感知阴影边界并平衡不同区域的边界和区域内部图像像素之间的监督。另外，目前最先进的阴影检测网络往往采用复杂的多分支网络结构。然而，使用多分支结构在提升性能的同时却引入了庞大的参数量，导致推理速度缓慢。因此，本文也提出了一种可多分支融合的结构化重参模块并将其引入RBNet中，通过重参进行多分支融合来减少模型参数量、降低模型计算量并提高模型推理速度。实验结果表明，本文提出的阴影检测算法RBNet不仅具有最优的推理速度以及模型大小，也在性能上远远优于现有最先进的阴影检测算法。

关键词：阴影检测深度学习图像解耦卷积网络重参

多孔介质粒径及含冰量对CO_(2)水合物生成特性的影响

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工程热物理学报 2022年第12期43卷 3184-3191页

作者：张学民张梦军张山岭贺冠宇李金平王英梅兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室兰州730050 兰州理工大学西部能源与环境研究中心兰州730050 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室兰州730050

为研究冰点以下多孔介质体系中CO_(2)水合物的生成特性,本文在初始压力3.0 MPa、温度270.15 K条件下研究了不同粒径石英砂(24目、32目和60目)以及不同含冰量(11.11%、20.00%和33.33%)对多孔介质体系中CO_(2)水合物生成特性的影响。研究... 详细信息

为研究冰点以下多孔介质体系中CO_(2)水合物的生成特性,本文在初始压力3.0 MPa、温度270.15 K条件下研究了不同粒径石英砂(24目、32目和60目)以及不同含冰量(11.11%、20.00%和33.33%)对多孔介质体系中CO_(2)水合物生成特性的影响。研究结果表明:多孔介质对冰粉生成水合物具有一定的促进作用;当石英砂粒径在24~60目范围内时,石英砂的粒径越大,冰到水合物的最终转化率越高,单位体积冰的储气量越大,但在实验初始阶段,60目石英砂中CO_(2)水合物的形成速率和冰到水合物的转化率最高。研究结果还表明:当含冰量在11.11%~33.33%范围内时,含冰量越小,水合物生成过程中冰到水合物的转化率越高,转化率随时间增长越快,单位体积冰的储气量越大,冰到水合物的转化率和储气量最高分别达到了48.82%和90.58 L/L。

关键词： CO_(2)水合物多孔介质含冰量生成速率储气量

液化条件对多孔介质中CO_(2)水合物生成过程的影响

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高校化学工程学报 2023年第4期37卷 599-607页

作者：张学民贺冠宇王佳贤李金平王英梅吴青柏兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室甘肃兰州730050 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730050

为了研究液化条件对多孔介质中CO_(2)水合物生成过程的影响机制及其规律,在初始压力为3.9、4.2、4.5、4.8和5.1 MPa,温度为273.5、274.5和275.5 K条件下研究粒径为700μm的石英砂介质中CO_(2)水合物的生成过程。结果表明:在相同条件下,... 详细信息

为了研究液化条件对多孔介质中CO_(2)水合物生成过程的影响机制及其规律,在初始压力为3.9、4.2、4.5、4.8和5.1 MPa,温度为273.5、274.5和275.5 K条件下研究粒径为700μm的石英砂介质中CO_(2)水合物的生成过程。结果表明:在相同条件下,随着初始压力的增加,多孔介质中CO_(2)水合物的生成速率逐渐增大;当压力低于液化压力时,随着初始压力的增加,CO_(2)水合物的生成速率逐渐增大,且温度越高,水合物生成速率增加的趋势越明显;当CO_(2)气体压力达到液化压力时,随着初始压力的不断升高,CO_(2)水合物的生成速率明显增大;多孔介质中CO_(2)水合物的最大生成速率达到了9.297×10^(-3)mol·s^(-1)。研究结果进一步表明:液化可有效强化多孔介质中CO_(2)水合物的生成过程,提高CO_(2)水合物的生成速率。

关键词： CO_(2)水合物多孔介质液化条件生成速率强化作用

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基于深度鉴伪的图像和谐化方法

计算机辅助设计与图形学学报 2024年

作者：张琦邢冠宇董哲镐刘艳丽四川大学建筑与环境学院四川大学计算机学院四川大学视觉合成图形图像技术国家级重点实验室

在计算机视觉和增强现实领域中，将前景物体融合到背景场景中并实现图像和谐是一项重要且具有挑战性的任务. 目前和谐化方法大多通过调整图像前景的外观使其与背景相适应来达到视觉上一致性，和谐化效果的提升空间有限，为了进一步... 详细信息

在计算机视觉和增强现实领域中，将前景物体融合到背景场景中并实现图像和谐是一项重要且具有挑战性的任务. 目前和谐化方法大多通过调整图像前景的外观使其与背景相适应来达到视觉上一致性，和谐化效果的提升空间有限，为了进一步提升性能，所提方法通过引入深度鉴伪网络，利用生成对抗机制将鉴伪网络的结果作为判定指标与现有编码器-解码器和谐化网络构建GAN模型，二者互相博弈以达到鉴伪网络无法识别出和谐重构后的结果为合成图像的目的，并在鉴伪网络中添加了图像差分模块和图像光照模块，该部分有效地增强其鉴定性能. 从定性和定量2方面在公共的基准数据集iHarmony4上进行多组实验，结果表明，所提方法均优于所有的对比方法，其中，比性能最好的对比方法在MSE和PSNR评估指标上分别提高了0.24和0.16，在图像和谐化任务上取得了优异的表现.

关键词：图像合成图像和谐化图像鉴伪光照图差分图

多孔生物质碳材料的制备及其在超级电容器中的应用研究进展

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过程工程学报 2023年

作者：张学民贺冠宇尹绍奇黄婷婷李金平郑健甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室兰州理工大学能源与动力工程学院西北低碳城镇支撑技术协同创新中心

生物质碳材料是一种绿色环保可再生的能源材料，其高效利用对于实现能源环境的可持续发展和能源绿色低碳转型具有重要意义。生物质碳材料具有多孔性、官能团丰富、比表面积大、电化学性能优异、成本低廉和可再生的特点，广泛应用于能源... 详细信息

生物质碳材料是一种绿色环保可再生的能源材料，其高效利用对于实现能源环境的可持续发展和能源绿色低碳转型具有重要意义。生物质碳材料具有多孔性、官能团丰富、比表面积大、电化学性能优异、成本低廉和可再生的特点，广泛应用于能源存储与转化、催化、吸附等诸多领域。然而，生物质碳材料的性质不仅与微观结构密切相关，而且杂原子掺杂对生物质碳材料的结构及电化学性能具有重要影响。实现生物质碳材料结构的精准调控是提高其电化学性能的有效途径。本文全面综述了生物质碳材料的制备方法及其在超级电容器中的应用研究进展，讨论了多孔碳材料结构与性能之间的关系。在此基础上，深入分析了不同条件、不同制备工艺(如材料的选择、材料的处理和活化方式)等因素对生物质碳材料结构特性的影响机理及其规律；详述了多孔生物质碳材料结构特性对电化学性能的影响机制及其规律，分析了生物质碳材料制备过程及其性能调控尚待完善和改进的地方。最后，指出了未来多孔生物质碳材料制备工艺及其电化学性能研究的主要发展方向。

关键词：生物质碳材料制备工艺电极材料结构特性电化学性能

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电子时间引信电路部件全流程测试系统设计

兵器装备工程学报 2024年第2期45卷 225-231页

作者：马景李豪杰原红伟贺冠华南京理工大学机械工程学院南京210094 淮海工业集团有限公司山西长治046012

为验证引信产品的主要功能和性能,提高产品生产中的检测效率,设计了一种引信电路部件全流程测试系统,完成对引信电路部件时间装定功能、测速修正、触发、延期和自毁功能的全流程测试。采用继电器控制模块准确模拟引信开关信号和上电信号... 详细信息

为验证引信产品的主要功能和性能,提高产品生产中的检测效率,设计了一种引信电路部件全流程测试系统,完成对引信电路部件时间装定功能、测速修正、触发、延期和自毁功能的全流程测试。采用继电器控制模块准确模拟引信开关信号和上电信号,采用外接信号发生器模拟引信测速所需的地磁信号,增强引信测试的可信度并减少设计的复杂性。采用一键式操作技术,依次对引信时间装定、触发、延期、自毁等不同的工作模式进行模拟测试,一套测试系统就可以对2种外观状态的引信进行测试,测试输出结果由示波器直接读取,测试时间短,误差小,大大提高了产品测试效率,降低了成本。实验结果表明:测试系统可完成对引信功能的全流程测试,检测结果满足测试系统所要求的误差范围,符合功能设计的要求,达到了引信电路部件测试的预期效果,可为其他引信测试设备提供设计经验。

关键词：引信电路精度和可靠性全流程测试系统功能验证

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数字普惠金融对农户农业机械化水平的影响

中国农机化学报 2024年第5期45卷 320-328页

作者：秦冠宇赵翠萍张颖黄祖辉河南农业大学经济与管理学院郑州市450046 浙江大学中国农村发展研究院杭州市310058

农机价格的提高使中小农户难以负担购置或租用成本,资金成为农户农业机械化水平提升的关键制约。基于中国劳动力动态调查数据和北京大学数字普惠金融指数,运用Order Probit模型分析数字普惠金融对农户农业机械化水平的影响,并以农村家... 详细信息

农机价格的提高使中小农户难以负担购置或租用成本,资金成为农户农业机械化水平提升的关键制约。基于中国劳动力动态调查数据和北京大学数字普惠金融指数,运用Order Probit模型分析数字普惠金融对农户农业机械化水平的影响,并以农村家庭创业为切入点阐释其影响机制。研究发现,数字普惠金融能够显著提高农户机械化水平,且其提升作用约有30.8%是通过农村家庭创业这一中介实现的;数字普惠金融对农户农业机械化水平的提升作用在粮食主产区、产销平衡区和丘陵山区表现更显著,并受到传统金融发展程度的正向调节作用。为此,不同地形区域和粮食产销区应因地制宜鼓励农村地区开展数字普惠金融业务,并配套政策鼓励农村家庭创业。

关键词：农业机械化数字普惠金融农村家庭创业中介效应

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考虑湿度变量下GE公司9FA型燃气轮机热力模型优化及分析

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热能动力工程 2024年第5期39卷 25-33页

作者：张继宏贺轼李国伟陈华冠浙江浙能镇海天然气发电有限责任公司浙江宁波315208

为了探究空气湿度对燃气轮机的影响,针对GE公司PG9351FA型重型燃气轮机机组建立了两种热力模型用于分析并优化燃气轮机热力参数设计,通过修正拟合公式进行热力计算,加入压气机变工况模型后分析了湿度变化对机组性能影响。结果表明:只考... 详细信息

为了探究空气湿度对燃气轮机的影响,针对GE公司PG9351FA型重型燃气轮机机组建立了两种热力模型用于分析并优化燃气轮机热力参数设计,通过修正拟合公式进行热力计算,加入压气机变工况模型后分析了湿度变化对机组性能影响。结果表明:只考虑湿度变化时,湿度增加会使机组发电量由最初的256 959 kW降低至254 674 kW,降幅近1%;机组效率由37.10%降至36.77%;透平排气温度由881.00 K升至882.74 K,变化较缓;透平冷却空气量占比接近20%,其中一级静叶冷却空气量达总冷却空气量50%以上;空气、燃料和ISO模型燃气比热比分别为1.388 5,1.251 6和1.304 9,透平各级燃气比热比分别为1.289 9,1.308 5和1.322 4。两种模型计算误差均在工程可接受误差范围内。

关键词：燃气轮机热力模型冷却空气设计工况空气湿度