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PEMFC催化层耦合气体电荷传输过程的介观模拟

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化工学报 2024年第8期75卷 3002-3010页

作者：豆少军郝亮上海理工大学能源与动力工程学院动力工程多相流动与传热上海市重点实验室上海200093

重建了质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化层的多孔结构,并通过格子Boltzmann Shan-Chen模型模拟催化层中水的毛细冷凝过程,分析运行湿度和液态水分布对质子传导、电化学活性面积和气体传输的影响规律。基于开发的耦合阴极氧传输、质子传导... 详细信息

重建了质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化层的多孔结构,并通过格子Boltzmann Shan-Chen模型模拟催化层中水的毛细冷凝过程,分析运行湿度和液态水分布对质子传导、电化学活性面积和气体传输的影响规律。基于开发的耦合阴极氧传输、质子传导及电化学反应的介尺度电化学模型解析不同操作条件下催化层中的物理量分布并获得了催化层极化曲线,进一步研究确定催化层运行的最佳相对湿度为95%~98%。

关键词：燃料电池催化层介尺度数值模拟液态水

高中化学课堂开展社会性科学议题教学的研究与实践

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高中化学课堂开展社会性科学议题教学的研究与实践

作者：张彤通广州大学

学位级别：硕士

科学技术的发展给生产生活带来深刻影响,它与社会的关系也受到广泛的关注和讨论。社会性科学议题的研讨需逐层递进:从媒体语言中挖掘科学语言,掌握科学知识后才能理性认识社会性科学议题的确切内涵,这需要公民具备健全人格和正确的价值... 详细信息

科学技术的发展给生产生活带来深刻影响,它与社会的关系也受到广泛的关注和讨论。社会性科学议题的研讨需逐层递进:从媒体语言中挖掘科学语言,掌握科学知识后才能理性认识社会性科学议题的确切内涵,这需要公民具备健全人格和正确的价值观念。因此,人们开始思考社会性科学议题蕴含的教育意义。社会性科学议题与教学结合有利于促进科学教育,使学生掌握科学知识、方法和技能的同时,获取解决社会实际问题的能力、形成科学的世界观和价值观,可以作为培育公民素养、建立德观念的有效措施。开展以化学为主的社会性科学议题教学,对核心素养的发展和“立德树人”培养目标的落实均有促进作用。因此,对社会性科学议题教育价值和教学效果的研究具有重要意义。本研究通过了解国家育人目标、整理国内外社会性科学议题与教学结合的文献、开展问卷调查等方式了解研究和教学现状,对相关概念进行界定,明确研究目的和意义。梳理化学课标、多版本必修教材和高考试题中的社会性科学议题,分析其呈现特点,为教学实施提供丰富的议题参考素材。在最近发展区理论、情境学习理论和社会性科学推理理论的指导下,反思目前社会性科学议题与化学教学结合存在的问题,将学习环模式与化学论证模式结合,建构出适用于高中化学课堂开展社会性科学议题教学的教学思路模型。利用该教学模型开发了基于“氯及其化合物”的“含氯消毒剂的使用是利大于弊还是弊大于利”、基于“甲烷的性质”的“‘双碳’背景下可燃冰的开采与利用的合理性”两个议题教学案例,并对“含氯消毒剂的使用是利大于弊还是弊大于利”进行教学实践,利用调查问卷、测试题、学生访谈等方式评价教学效果。研究结论:(1)通过问卷进行现状调查和分析发现,在高中化学课堂实施社会性科学议题教学具有可行性和必要性;(2)通过梳理化学课标、多版本教材与高考试题,发现其中有许多可供选择的议题素材;(3)设计了包含教学前期分析和教学过程的社会性科学议题教学一般思路模型,并应用模型进行教学案例的开发与实施;(4)在高中化学课堂开展社会性科学议题教学对提升学生“科学态度与社会责任”素养、论证能力、自主学习化学的动机和知识掌握程度有积极效果。本研究的研究过程与结论启示可为社会性科学议题教学的本土化改进与实施提供经验参考。

关键词：社会性科学议题社会性科学议题教学高中化学教学设计

计算研究富锂锰基正极材料元素掺杂对锂离子扩散动力学的影响

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计算研究富锂锰基正极材料元素掺杂对锂离子扩散动力学的影响

作者：李书通北京化工大学

学位级别：硕士

能量密度、功率密度和循环稳定性是锂离子电池中三个核心指标。具有阴离子氧化还原超额容量的富锂锰基正极材料x Li2Mn O3·（1-x）LiMO2（02和Li2Mn O3的有限固溶体,其动力学性能差,并影响循环稳定性和高倍率下实际容量表现。元素掺杂... 详细信息

能量密度、功率密度和循环稳定性是锂离子电池中三个核心指标。具有阴离子氧化还原超额容量的富锂锰基正极材料x Li2Mn O3·（1-x）LiMO2（02和Li2Mn O3的有限固溶体,其动力学性能差,并影响循环稳定性和高倍率下实际容量表现。元素掺杂是优化晶体动力学性能的有效方法之一。本工作对元素周期表中过渡金属元素进行单原子掺杂,通过第一性原理计算从晶格动力学和电子结构两个方面研究了元素掺杂对于锂离子扩散的影响,证实了Co对于动力学提升的作用机理。同时由于Co价格较贵,本工作从机理出发寻找Co的最佳掺杂含量,用以指导设计低Co正极。文章具体内容如下:1.结合键价（Bond Valence,BV）方法和第一性原理计算,定量研究元素取代导致的键价和TMO6八面体畸变,并可以推测在不同充电态条件下不同元素掺杂在多个八面体位置时的难易程度:利用不同过渡金属元素分别取代Mn4+/3+,对取代后的结构进行键价比较,并运用数学矩阵的方法对八面体局部畸变进行计算。结果表明,在Li M3+O2中,Ti,V,Cr,Fe,Co,Nb,Mo,Ru,Rh,Re,Ir掺杂可以令键价基本保持不变,且晶格畸变小;在Li2M4+O3中,Ti,V,Co,Ni,Zr,Ru,Rh,Pd,Hf,Ir,Pt元素掺杂可以令晶格畸变小,因此这些元素容易掺杂到富锂锰基晶体结构中。2.针对LiMO2和Li2MnO3局域结构,分别设计元素掺杂后锂离子在富锂层扩散的全路径并计算迁移势垒,定量化不同掺杂元素对于锂离子扩散的影响,证实Co元素掺杂对于锂离子扩散具有独特的促进作用。对Co、Ti、Ni掺杂进行了电子局域函数（Electron Localization Function,ELF）计算,证明Co的特殊作用主要贡献在Li2Mn O3局域结构,其让O附近电子局域性增强,Li附近电子离域性增强,锂主要以裸离子形式跃迁,阻碍更小,扩散势垒更低。3.针对Li2Mn O3局域结构,利用差分电荷密度分析不同掺杂元素对于Li扩散的作用机理,Co附近的锂离子扩散会伴随更显著的电子重组效应,以大极化子方式进行的电子跃迁与离子跃迁协同作用,降低了扩散势垒。晶体轨道哈密顿投影（Crystal Orbital Hamilton Population,COHP）也证明,锂离子在Co掺杂原子附近跃迁,其过渡态的Li-O键更不稳定,也会降低跃迁势垒。对于通式Li2CoxM1-xO3,x=0.133可令低能垒通道的渗流连通,势垒为0.35 e V,达到最佳掺杂浓度;x=0.033时势垒为0.49 e V,x=0.017时势垒为0.57 e V。可见,随着掺杂浓度降低,Co对于锂离子迁移势垒的平均抑制作用减弱。

关键词：锂离子电池第一性原理富锂锰基正极材料掺杂键价理论八面体局部扭曲

基于OPM3的汽车零部件企业研发项目管理水平评价 ——以M企业为例

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基于OPM3的汽车零部件企业研发项目管理水平评价 ——以M企业为例

作者：奥通云南财经大学

学位级别：硕士

地下立交主体侧墙混凝土抗裂性能试验优化及其结构数值分析

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地下立交主体侧墙混凝土抗裂性能试验优化及其结构数值分析

作者：闵通安徽理工大学

学位级别：硕士

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一种基于图神经网络的社会化推荐算法

东北大学学报（自然科学版） 2024年第1期45卷 10-17页

作者：吕艳霞郝帅乔广通邢烨东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院河北秦皇岛066004

现有的社会化推荐算法大多着眼于用户购买或点击等单一的交互行为,并未同时考虑收藏、浏览等多种不同的交互行为.而且当前的社会化推荐算法重点只关注推荐的准确性,忽略了推荐结果的可解释性.针对以上问题,提出了一种基于图神经网络的... 详细信息

现有的社会化推荐算法大多着眼于用户购买或点击等单一的交互行为,并未同时考虑收藏、浏览等多种不同的交互行为.而且当前的社会化推荐算法重点只关注推荐的准确性,忽略了推荐结果的可解释性.针对以上问题,提出了一种基于图神经网络的社会化推荐算法SRGN,将用户的社交关系和物品间客观存在的语义联系以特定的方式注入到算法架构中,并且利用消息传递的方式实现交互的多行为联合编码,从而提升推荐的准确性.此外,设计了可解释模块为推荐结果提供推荐的理由.在两个真实数据集上与其他8种算法进行对比实验,结果表明提出的算法在推荐性能和用户友好性上具有明显的优势.

关键词：推荐系统社会化推荐图神经网络可解释推荐个性化推荐

江门中微子实验中基于多目视觉融合的定位方法研究

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江门中微子实验中基于多目视觉融合的定位方法研究

作者：魏瑞通东莞理工学院

学位级别：硕士

中微子的研究对解释宇宙基本物理规律和物质基本构成有重要的科学意义。江门中微子实验(Jiangmen Underground Neutrino Observatory,JUNO)通过中微子与液体闪烁体相互作用产生荧光,众多光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)和电子学... 详细信息

中微子的研究对解释宇宙基本物理规律和物质基本构成有重要的科学意义。江门中微子实验(Jiangmen Underground Neutrino Observatory,JUNO)通过中微子与液体闪烁体相互作用产生荧光,众多光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)和电子学系统对光电信号进行处理,从而探究中微子的能量分布、对中微子的质量顺序和振荡参数进行测量。为了利用标定源对PMT进行不定期的标定,需要通过超声波和视觉定位子系统完成标定源的准确定位,本文对视觉定位子系统进行研究。为了在黑暗环境下完成标定源的准确定位,提出了基于主动光源和四个交叉分布相机的视觉定位方案。标定过程中移动的标定源携带光源,根据四个相机对光源的定位,实现标定源的准确定位,定位精度30mm。主动光源发出的光经过了液体闪烁体、纯水以及空气等折射率不同的介质,这种多介质、多界面的光路使得光源在液体闪烁体的位置和在相机靶面上的成像坐标呈严重的非线性,相机的线性成像模型不再适用。为此本文提出了一种基于多介质折射模型的定位方法。首先,根据环境参数建立多介质环境下相机的折射成像模型,采用光线追迹技术实现了光源在液体闪烁体球体内部CLS(Cable Loop System,CLS)切面的二维定位。同时,引入了数据融合方法,对多个相机进行数据融合,进一步提高了二维平面的定位精度。其次,对相机立体视觉模型进行研究,在多介质折射模型的基础上,提出基于多视图折射模型的定位方法,在几何层面对四个相机进行数据融合,实现了标定源的三维空间定位。相比于此前基于Zemax模型的二维定位方法,基于多介质折射模型的定位方法解决了相机安装位姿出现偏差无法建模的问题,实现了标定源的三维定位,并提高了定位精度。最后,为了验证基于多介质折射模型定位方法的可行性和定位精度,在暗室中建立了小型多介质仿真环境。结合相机标定校准、相机位姿解算、光斑质心定位等算法实现对光源的真实物理定位。实验结果表明,对于CLS面的二维定位,单目折射模型法定位误差小于3mm,多目视觉数据融合法定位误差小于2mm;对于球体内三维定位,多视图几何法误差小于3mm。利用本文的定位方法结合在标定过程中与超声波定位方法的交叉验证能够使视觉CLS面二维定位精度在30mm以内。

关键词：江门中微子实验视觉定位多介质环境折射成像模型

冻融条件下刺萼龙葵浸提液与氯化镉/氯化锌复合胁迫对黑麦幼苗的生理影响

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冻融条件下刺萼龙葵浸提液与氯化镉/氯化锌复合胁迫对黑麦幼苗的...

作者：项通吉林大学

学位级别：硕士

东北草原是我国畜牧业发展与粮食生产的基础。该地区存在的冻融作用、镉锌污染以及外来入侵植物刺萼龙葵（Solanum rostratum Dunal）化感作用,时常威胁着东北草原生态系统的稳定性。目前冻融、镉/锌污染与化感作用复合胁迫对植物的影... 详细信息

东北草原是我国畜牧业发展与粮食生产的基础。该地区存在的冻融作用、镉锌污染以及外来入侵植物刺萼龙葵（Solanum rostratum Dunal）化感作用,时常威胁着东北草原生态系统的稳定性。目前冻融、镉/锌污染与化感作用复合胁迫对植物的影响一直未被关注,并且冻融环境下不同胁迫间的相互作用关系尚缺乏充分研究。本实验以黑麦（Secale cereale L.）为实验材料,通过室内模拟冻融环境,探究冻融条件下刺萼龙葵浸提液与氯化镉/氯化锌复合胁迫对黑麦幼苗的生理影响。分析比较各个胁迫处理组黑麦幼苗的生理响应特征,主要结果如下:（1）冻融、氯化镉及刺萼龙葵浸提液复合胁迫下,黑麦幼苗生长受到抑制;相对含水量（RWC）下降3.14%～3.73%,幼苗受胁迫水分流失;相对电导率（RC）升高1.92%～71.07%,丙二醛（MDA）含量升高17.34%～28.11%,细胞膜通透性改变,细胞膜膜脂过氧化程度加剧;可溶性糖（SS）含量升高2.29%～16.80%,可溶性蛋白（SP）含量降低17.82%～22.14%,胁迫抑制蛋白质合成过程,使渗透压提高,幼苗需积累渗透调节物质以维持细胞渗透平衡;超氧化物歧化酶（SOD）活性与过氧化物酶（POD）活性均升高,幼苗受氧化损伤,积累活性氧（ROS）,幼苗需提高抗氧化酶活性以清除活性氧,但在冻融最低点（-5℃）POD活性受抑制,幼苗抗氧化能力下降;叶绿素（Chl）含量下降9.68%～19.67%,光合作用受到抑制。（2）冻融、氯化锌及刺萼龙葵浸提液复合胁迫下,生物量减少;RWC降低;MDA含量提高8.58%～31.49%,细胞膜受到过氧化损伤;SP含量降低17.92%～25.02%,SS含量下降12.58%～32.11%,复合胁迫抑制了蛋白质与可溶性糖的合成,渗透压增高,幼苗难以积累渗透调节物质;POD活性提高50.27%～62.40%,SOD活性提高4.84%～26.50%,表明复合胁迫加剧幼苗氧化损伤,幼苗体内活性氧的产生与清除的动态平衡被打破,幼苗抗氧化酶系统被激活以缓解过氧化损伤。同时在冻融最低点（-5℃）POD活性下降20.23%,过低的温度抑制酶活性,损伤抗氧化酶系统;Chl含量减少7.15%～18.57%,同时细胞间CO2浓度（Ci）、净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）均下降。复合胁迫破坏叶绿体结构与功能,叶绿素分解,幼苗对水分与CO2的利用效率降低,光合作用减弱。综上所述,冻融、氯化镉/氯化锌、刺萼龙葵化感作用对黑麦幼苗的影响存在协同效应,冻融、氯化镉/氯化锌及刺萼龙葵复合胁迫加剧对黑麦幼苗的生理损伤,抑制幼苗生长,加重水分流失,破坏细胞膜结构并加剧细胞膜膜脂过氧化程度,提高渗透压,抑制渗透调节物质的合成,加重幼苗氧化损伤,抑制叶绿素合成,减弱幼苗光合作用。相比于氯化镉,氯化锌对细胞渗透调节物质含量的抑制作用更强。应控制刺萼龙葵的蔓延以规避冻融、镉锌及刺萼龙葵化感作用复合胁迫引发的生态问题。

关键词：冻融重金属胁迫刺萼龙葵浸提液化感作用植物生理

基于计算机视觉的三峡库区消落带岩石裂缝识别方法研究

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基于计算机视觉的三峡库区消落带岩石裂缝识别方法研究

作者：王汉通重庆交通大学

学位级别：硕士

自三峡库区蓄水以来,由于周期性的蓄水,库区水位会产生数十米的抬升,根据生产和运输需要,在海拔145m～175m范围内不断抬升和下降,在水位周期性的波动作用下,形成了消落带区域,此区域是地表水和地下水极为活跃的区域,水与岩石的相互作用... 详细信息

自三峡库区蓄水以来,由于周期性的蓄水,库区水位会产生数十米的抬升,根据生产和运输需要,在海拔145m～175m范围内不断抬升和下降,在水位周期性的波动作用下,形成了消落带区域,此区域是地表水和地下水极为活跃的区域,水与岩石的相互作用下加剧了消落带岩石的损伤劣化进程,促使岸坡局部失稳。而岸坡消落带区域的岩石裂缝是水与岩石作用的集中区域,也是形成滑裂面的重要组成部分,若未及时发现与评估,会给人民财产、生态环境和社会经济带来严重后果。目前,对于三峡库区消落带岩石裂缝的检测识别方法相对较少,主要依赖于人工目视检查,从而存在效率低、主观性强和安全性差等问题。鉴于此,本文引入基于无人机影像的岩石裂缝非接触式检测识别方法,结合深度学习和图像处理技术,采用图像分割算法实现裂缝像素的高精度识别和提取。随后,对识别提取结果进行优化,进而提取裂缝的几何表征。本研究的主要内容如下:（1）通过研究采集图像具体步骤与预处理方法,进而构建深度学习模型训练数据集。首先对采集任务进行航线规划,并使用M300 RTK无人机采集岩石裂缝图像。针对采集的图像,进行不同的滤波去噪和图像增强方法的比较分析,最终确定了中值滤波和线性对比度增强的图像预处理方法。利用制作加工后的裂缝数据集,通过人工标注裂缝信息,构建了5134张裂缝图像的裂缝分割数据集,并采用数据增强方法提升裂缝训练样本的丰富性。（2）研究深度学习图像分割算法,并构建基于U2-Net的裂缝分割模型。利用裂缝分割图像数据集,引入结合残差U型结构和预测输出模块的U2-Net图像分割算法进行训练,成功构建了裂缝分割模型。采用裂缝图像测试数据集对裂缝分割模型的精度进行评估,模型识别提取结果的总体精确率、召回率及F1分数分别达到91.71%、93.87%、92.77%,实现了裂缝像素的高精度提取。（3）研究多种图像处理技术及色彩空间模型,对裂缝分割模型的识别提取结果进行优化。采用多种色彩空间作为优化参考指标,以裂缝分割模型的识别提取结果作为基准,结合K-means++算法、Otsu法、Zhang-Suen法、连通域去噪、边缘检测和形态学处理得到的多部分裂缝掩膜进行加权融合,构建线性回归模型来得到合适的权重,从而对裂缝分割模型的识别提取结果进行优化。并随机选取裂缝图像对裂缝掩膜优化算法进行评价分析。最后通过最大内切圆法及正交投影法对裂缝进行宽度信息提取。

关键词：无人机影像深度学习裂缝识别加权融合