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Multiphysics simulation and optimization of the in-situ beneficiation process of ilmenite minerals from lunar regolith

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Science China Earth Sciences 2025年第1期68卷 195-207页

作者： Peng ZHANG Xin LIU Guanghui LIU Wei DAI hanzhe yang Haibo ZHENG Zhi WANG Ran NIU Yifan BAI yang ZHANG Chengbao LIU Ge yang Junwei yang Guang ZHANG Technology and Engineering Center for Space Utilization Chinese Academy of Sciences Beijing Hegong Simulation Co. Ltd

The exploration and utilization of lunar resources have become the major objectives of future lunar exploration missions. The classified collection and processing of lunar minerals is the basic prerequisite for the in-situ exploration and utilization of lunar resources. In this study, we propose a scheme for in-situ separation of magnetic minerals from lunar soils using the dry magnetic separation method. The scheme can realize the purpose of separating magnetic minerals from lunar regolith by altering the motion trajectory of lunar regolith particles with different magnetic properties. Detailed modeling of the dry magnetic separation device is conducted, and the three-dimensional distribution of magnetic parameters is calculated and analyzed. Based on the characterization and analysis of the Chang E-5's samples, the morphologies and physical parameters of lunar regolith particles are modeled and simulated. A discrete element simulation of the motion process of lunar regolith particles under multi-physical field conditions is performed, and the influences of key parameters on the beneficiation performance of lunar magnetic minerals are investigated. Our results indicate that optimal separation and beneficiation of lunar regolith particles can be achieved under specific conditions of magnetic field strength and drum speed. Additionally, we analyze the effects of lunar weak gravity conditions and the charged nature of lunar particles on the beneficiation process, showing that these factors can obviously enhance the beneficiation process of lunar ilmenites. This study demonstrates the feasibility of using the dry magnetic separation method for the beneficiation of magnetic minerals from lunar regolith, providing a theoretical basis for the scientific tasks of collecting, processing, and utilizing lunar mineral resources.

关键词： Lunar regolith In-situ resource utilization Magnetic separation Classified sampling

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Overview of the Lunar In Situ Resource Utilization Techniques for Future Lunar Missions

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Space(Science & Technology) 2023年第1期3卷 293-310页

作者： Peng Zhang Wei Dai Ran Niu Guang Zhang Guanghui Liu Xin Liu Zheng Bo Zhi Wang Haibo Zheng Chengbao Liu hanzhe yang Yifan Bai yang Zhang Dong Yan Kefa Zhou Ming Gao Technology and Engineering Center for Space Utilization Chinese Academy of SciencesBeijing 100094China

Along with the rapid development of space technology,extraterrestrial exploration has gradually tended to further-distanced and longer-termed planet *** the first step of an attempt for humans to build a perpetual planet base,building a lunar base by in situ resource utilization(ISRU)will drastically reduce the reliance of supplies from *** resources including mineral resources,water/ice resources,volatiles,and solar energy will contribute to the establishment of a lunar base for long-term life support and scientific exploration missions,although we must consider the challenges from high vacuum,low gravity,extreme temperature conditions,*** article provides a comprehensive review of the past developing processes of ISRU and the latest progress of several ISRU technologies,including in situ water access,in situ oxygen production,in situ construction and manufacture,in situ energy utilization,and in situ life support and plant cultivation on the *** being able to provide some material and energy supplies for lunar base construction and scientific exploration,the ISRU technologies need continuous validation and upgrade to satisfy the higher requirements from further lunar exploration ***,a 3-step development plan for lunar ISRU technologies in the next decade is proposed,which consists of providing technological solutions,conducting technical verification on payloads,and carrying out in situ experiments,with the ultimate aim of establishing a permanent lunar station and carrying out long-term lunar surface scientific *** overview of ISRU techniques and our suggestions will provide potential guidance for China’s future lunar exploration missions.

关键词： planet payload lunar

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TiAlSiN纳米复合涂层的研究进展

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表面技术 2024年第18期53卷 31-54页

作者：杜建融陶冠羽曾路陈辉杨汉哲吴振宇中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司武汉430030 特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室武汉430030 武汉理工大学汽车工程学院武汉430070

随着现代加工需求的不断提高,对刀具涂层的性能要求愈发苛刻。相较于CrN、TiN、TiAlN等传统硬质涂层,TiAlSiN纳米复合涂层凭借优异的硬度、耐磨性、耐蚀性和高温抗氧化性,成为了减少工件磨损、延长使用寿命的最佳候选材料,被广泛应用于... 详细信息

随着现代加工需求的不断提高,对刀具涂层的性能要求愈发苛刻。相较于CrN、TiN、TiAlN等传统硬质涂层,TiAlSiN纳米复合涂层凭借优异的硬度、耐磨性、耐蚀性和高温抗氧化性,成为了减少工件磨损、延长使用寿命的最佳候选材料,被广泛应用于汽车、航空航天、通用机械等刀具加工领域,引起了研究者的广泛关注。为此,本文综述了TiAlSiN纳米复合涂层在微观结构、力学性能和实际应用方面的研究进展;阐述了TiAlSiN纳米复合涂层元素组成、制备工艺对其微观结构的影响规律及作用机理;重点讨论了TiAlSiN纳米复合涂层力学性能(如硬度、韧性、结合力及耐磨性)的影响规律及作用机制,包括归纳了Hall-Petch效应、固溶强化、共格外延、模量差异、晶界复合在内的5种TiAlSiN纳米复合涂层的增硬机理,对比分析了不同涂层增韧的途径与机制,探讨了TiAlSiN纳米复合涂层结合力与摩擦学性能的影响因素;最后,介绍了TiAlSiN纳米复合涂层在刀具、模具等典型应用领域的发展现状,并对TiAlSiN纳米复合涂层未来的研究趋势和发展方向进行了展望,以期为发展高效、高性能、低成本的刀具硬质涂层提供参考。

关键词： TiAlSiN纳米复合涂层力学性能硬度韧性结合力摩擦磨损

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Inconel625与Inconel601合金耐高温氯离子腐蚀性能及机理的比较研究

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金属热处理 2023年第9期48卷 208-213页

作者：吴勇孟施旭孙清云陈辉夏思瑶杨甫夏春怀杨汉哲中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司湖北武汉430030 特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室湖北武汉430030

利用SEM、EDS以及XRD等分析手段研究了Inconel625和Inconel601合金的耐高温氯离子腐蚀性能以及腐蚀机理,对比分析了两种合金在1100℃高温氯离子腐蚀条件下的腐蚀动力学曲线、腐蚀产物以及腐蚀层的表面、截面形貌。结果表明,Inconel625和... 详细信息

利用SEM、EDS以及XRD等分析手段研究了Inconel625和Inconel601合金的耐高温氯离子腐蚀性能以及腐蚀机理,对比分析了两种合金在1100℃高温氯离子腐蚀条件下的腐蚀动力学曲线、腐蚀产物以及腐蚀层的表面、截面形貌。结果表明,Inconel625和Inconel601合金都表现为前期腐蚀迅速后期平缓,Inconel625合金的耐高温氯离子腐蚀性能优于Inconel601合金。Inconel625合金在腐蚀过程中生成了含有复杂氧化物的氧化膜,Inconel601合金主要的腐蚀产物有Cr_(2)O_(3)、AlFeO_(3)以及Al_(18)Cr_(5)相,Inconel625合金主要的腐蚀产物有Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、Cr_(5)O_(12)以及NiCrO_(4)相。Inconel625合金由于Nb元素的钉扎作用以及尖晶石结构的NiCrO_(4)的生成,增大了氧化膜的附着力,使其耐蚀性优于Inconel601合金。

关键词： Inconel625合金高温氯离子耐蚀性

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TiCN,TiAlN,TiAlCN涂层研究现状

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材料保护 2023年第9期56卷 1-10页

作者：吴勇杨汉哲孙清云陈辉夏思瑶中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司湖北武汉430030 特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室湖北武汉430030

TiAlCN等硬质涂层能提高金属工件的表面硬度、耐磨性及抗腐蚀性,从而有效提高高速旋转条件下服役的刀具、磨具及汽车零部件的精密度和使用寿命。综述了TiN添加Al、C元素形成的TiCN、TiAlN及TiAlCN涂层的结构及应用,总结了添加元素Al、C... 详细信息

TiAlCN等硬质涂层能提高金属工件的表面硬度、耐磨性及抗腐蚀性,从而有效提高高速旋转条件下服役的刀具、磨具及汽车零部件的精密度和使用寿命。综述了TiN添加Al、C元素形成的TiCN、TiAlN及TiAlCN涂层的结构及应用,总结了添加元素Al、C对涂层结构及性能的影响及其作用机理。归纳了近几年TiCN、TiAlN及TiAlCN涂层的制备方法,包括直流磁控溅射法(DCMS)、高功率脉冲磁控溅射法(HiPIMS)、中温化学气相沉积法(MTCVD)和激光化学气相沉积法(LCVD)等,并对多元TiN涂层的未来发展方向进行了展望。

关键词：硬质涂层多元TiN涂层物理气相沉积(PVD) 化学气相沉积(CVD)

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载人月球探测科学研究发展概述与趋势分析

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 1188-1198页

作者：张鹏代巍白一帆张光牛冉刘成保王之郑海菠杨瀚哲刘光辉刘欣童小华中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094 同济大学测绘与地理信息学院上海200092 同济大学上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室上海200092

月球是具有重要科学价值与战略价值的自然天体,开展载人月球探测,实现中国人首次登陆地外天体,将成为航天强国建设的重要标志。在载人月球探测过程中,可利用月球特殊条件及资源,开展有人参与的科学研究活动,获取月球科学、月基科学和月... 详细信息

月球是具有重要科学价值与战略价值的自然天体,开展载人月球探测,实现中国人首次登陆地外天体,将成为航天强国建设的重要标志。在载人月球探测过程中,可利用月球特殊条件及资源,开展有人参与的科学研究活动,获取月球科学、月基科学和月球资源利用等方面的研究成果。首先回顾了阿波罗计划、阿尔忒弥斯计划、嫦娥工程等月球探测任务,针对其中的科学研究任务实施情况及关键成果进行了总结,并分析了后续载人月球科学任务发展趋势。在此基础上,对人类在开展未来载人月球探测任务过程中重点部署的方向提出了建议,涉及月球样品采集、月球科学探测,以及月球原位资源利用等方面。对载人月球探测科学研究发展趋势的分析及建议,可为未来载人登月相关论证设计提供参考。

关键词：载人月球探测科学研究与应用月球样品采集月球科学探测原位资源利用

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基于脉冲神经网络的无线空中联邦学习

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移动通信 2022年第9期46卷 14-19页

作者：杨瀚哲游家伟文鼎柱石远明上海科技大学信息学院上海201210 上海科技大学上海201210

联邦学习可以在保护数据隐私的同时,快速地从大量分布式数据中提炼智能模型,已经成为实现边缘人工智能的主流解决方案。然而,现有的联邦学习工作聚焦于在无线网络边缘部署传统的深度神经网络(如卷积神经网络等),给移动设备带来了巨大的... 详细信息

联邦学习可以在保护数据隐私的同时,快速地从大量分布式数据中提炼智能模型,已经成为实现边缘人工智能的主流解决方案。然而,现有的联邦学习工作聚焦于在无线网络边缘部署传统的深度神经网络(如卷积神经网络等),给移动设备带来了巨大的计算负载和能量消耗。因此,提出将一种新的低消耗神经网络——脉冲神经网络,应用于联邦边缘学习中。相较于传统的深度神经网络,它训练所需的计算量和能量消耗更低。同时,为了减少通信开销,在每一轮的联邦学习训练中,提出利用空中计算技术来聚合所有局部模型的参数。整个问题是一个二次约束二次规划问题,为解决该问题,提出了一种基于分枝定界算法的算法。通过在CIFAR10数据集上的大量实验表明,该算法优于现有方法,如半正定松弛等。

关键词：联邦学习空中计算脉冲神经网络深度学习凸优化

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TiCN,TiAlN,TiAlCN涂层研究现状

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表面工程与再制造 2023年第6期23卷 40-43页

关键词：硬质涂层多元TiN涂层物理气相沉积(PVD) 化学气相沉积(CVD)

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Wolfberry tree dual-model detection method and orchard target-oriented fertilization system based on photoelectric sensors

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International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2018年第4期11卷 65-73页

作者： Shuo yang Changyuan Zhai John Long Bo Zhang hanzhe Li College of Mechanical and Electronic Engineering Northwest A&F UniversityYangling 712100China Key Laboratory of Agricultural Internet of Things Ministry of Agriculture and Rural AffairsYanglingShaanxi 712100China Department of Biosystems and Agricultural Engineering Oklahoma State UniversityStillwaterOK 74078USA

Orchard target-oriented fertilizing with on-board sensor technology can improve fertilizer efficiency and reduce environmental *** sensors are widely used for object detection because of their low cost and fast response *** paper presents a Wolfberry tree dual-model detection method and the design of an orchard target-oriented variable-rate fertilization system based on photoelectric *** dual-model detection method includes the Trunk Detection Model(TDM)and Canopy Detection Model(CDM),which can be applied for Wolfberry orchards at the green cluster and mature stages,respectively.A target-oriented fertilization system was designed using the dual-model method,and tested in the lab and Chinese Wolfberry *** laboratory test results showed that the average center offset distances on the condition of detecting trunks,continuous canopies,and discontinuous canopies were 4.1 cm,9.1 cm and 13.1 cm,*** system could ignore the signals from canes when their diameters were less than 16 mm,and also could determine the gaps within a tree when they were less than 21 *** orchard test results showed that the system accomplished target-oriented fertilization 95 times for 92 trees at the mature *** results indicated that the dual-model detection method could be used for Wolfberry trees or other trees with similar canopy changes at different growth stages.

关键词： orchard fertilizer target-oriented fertilization variable rate fertilization photoelectric sensor wolfberry orchard

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Plant-derived nanovesicles as an emerging platform for cancer therapy

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Acta Pharmaceutica Sinica B 2024年第1期14卷 133-154页

作者： hanzhe Liu Guo-Feng Luo Zhengjun Shang The State Key Laboratory Breeding Base of Basic Science of Stomatology(Hubei-MOST)&Key Laboratory of Oral Biomedicine Ministry of Education School and Hospital of StomatologyWuhan UniversityWuhan 430079China

Plant-derived nanovesicles(PDNVs)derived from natural green products have emerged as an attractive nanoplatform in biomedical *** are usually characterized by unique structural and biological functions,such as the bioactive lipids/proteins/nucleic acids as therapeutics and targeting groups,immune-modulation,and long-term *** the rapid development of nanotechnology,materials,and synthetic chemistry,PDNVs can be engineered with multiple functions for efficient drug delivery and specific killing of diseased cells,which represent an innovative biomaterial with high biocompatibility for fighting against *** this review,we provide an overview of the state-of-theart studies concerning the development of PDNVs for cancer *** original sources,methods for obtaining PDNVs,composition and structure are introduced *** an emphasis on the featured application,the inherent anticancer properties of PDNVs as well as the strategies in constructing multifunctional PDNVs-based nanomaterials will be discussed in ***,some scientific issues and technical challenges of PDNVs as promising options in improving anticancer therapy will be discussed,which are expected to promote the further development of PDNVs in clinical translation.

关键词： Naturally occurring nanovesicles Plant Nanotechnology Drug delivery Cancer therapy

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