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光学相干成像及临床应用研究

中国激光 2024年第9期51卷 16-28页

作者：尹子辰何滨陈政宇胡章伟石叶炅薛睿智杨攀琦应雨哲孟哲荆林凯王贵怀薛平清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室北京100084 量子信息前沿科学中心北京100084 北京清华长庚医院神经外科清华大学临床医学院精密医学研究所北京102218

精准识别肿瘤边界对于提高切除率、降低复发率、改善患者预后具有极其重要的意义,但目前仍缺乏术中及时、精准识别肿瘤边界及肿瘤侵袭性的成像方式。光学相干层析成像(OCT)作为一种无创、无标记、高分辨率的三维光学层析成像技术,不但... 详细信息

精准识别肿瘤边界对于提高切除率、降低复发率、改善患者预后具有极其重要的意义,但目前仍缺乏术中及时、精准识别肿瘤边界及肿瘤侵袭性的成像方式。光学相干层析成像(OCT)作为一种无创、无标记、高分辨率的三维光学层析成像技术,不但可以获得组织的三维断层形貌特征,还能实现组织的三维微循环网络可视化。光学活性快速病理成像是一种不需要对术中新鲜组织进行任何预处理即可获得类似病理切片信息的高分辨率高对比度光学相干成像技术。本文将介绍推进光学相干成像在术中应用的系列研究工作,包括自适应肿瘤血管算法、机器人辅助OCT、显微镜集成OCT、超高速扫描激光器、术中实时三维OCT成像以及光学活性快速病理成像的研究和开发,以实现在肿瘤切除前获取肿瘤血管及其微循环信息,肿瘤切除后通过光学活性快速病理成像进行快速病理检测。这些研究将有利于提高肿瘤全切率、降低肿瘤复发率、改善胶质瘤患者预后,推进精准医学的发展。

关键词：成像系统无标记成像光学相干断层扫描成像术中病理精准医疗

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基于非参数模型与粒子滤波的锂电池SOH估计

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电子测量与仪器学报 2024年第2期38卷 148-159页

作者：贺宁杨紫琦钱成西安建筑科技大学机电工程学院西安710055

健康状态(state of health,SOH)是电池管理系统的重要参考依据,准确的SOH估计对保证电池安全稳定运行具有重大意义,其中提取可靠有效的健康特征描述电池老化状态以及构建精确稳定的估计模型是目前面临的主要问题。为了提高SOH估计精度,... 详细信息

健康状态(state of health,SOH)是电池管理系统的重要参考依据,准确的SOH估计对保证电池安全稳定运行具有重大意义,其中提取可靠有效的健康特征描述电池老化状态以及构建精确稳定的估计模型是目前面临的主要问题。为了提高SOH估计精度,提出了一种基于模糊熵和粒子滤波(particle filter,PF)的锂离子电池SOH估计方法。首先,通过分析电池老化过程中的放电电压数据,提取模糊熵值作为电池的老化特征;其次,基于代谢灰色模型(metabolic grey model,MGM)和时间卷积网络(temporal convolutional network,TCN)构建描述锂电池老化特征的非参数状态空间模型;最后,通过PF实现锂电池SOH的闭环估计。此外,利用NASA锂电池数据集对所提出的SOH估计方法进行了验证,并与该领域其他方法进行对比实验。结果表明,所提方法最大估计误差在5%左右,相比于同类方法其估计精度提升了约50%,且在不同训练周期数条件下表现出较好的鲁棒性,验证了所提方法的可行性与优越性。

关键词：锂离子电池健康状态估计模糊熵粒子滤波闭环估计

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耐高温树脂基复合材料研究进展及其在航空航天领域的应用

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宇航材料工艺 2024年第2期54卷 18-28页

作者：张涵其谭指彭飞王兵哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术国家级重点实验室哈尔滨150001 北京宇航系统工程研究所北京100076

耐高温树脂基复合材料具有低密度、高比强度、高比模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强等优点。因其在结构轻量化中的巨大应用潜力,在航空航天领域广受关注。本文重点介绍了双马来酰亚胺、聚酰亚胺和邻苯二甲腈三种耐高温树脂及其复合材料... 详细信息

耐高温树脂基复合材料具有低密度、高比强度、高比模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强等优点。因其在结构轻量化中的巨大应用潜力,在航空航天领域广受关注。本文重点介绍了双马来酰亚胺、聚酰亚胺和邻苯二甲腈三种耐高温树脂及其复合材料,并对其树脂基体的历史发展脉络、复合材料成型工艺与力学性能的研究现状,以及在航空航天领域的应用进行了综述。最后,通过提炼对比三者在工艺性、力学性能上的特点和工程上的典型应用场景,拟为航空航天领域中的材料选择提供参考。

关键词：树脂基复合材料耐热性力学性能航空航天应用

双波长圆偏振光场中分子电离动力学的研究新进展

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光学学报 2024年第2期44卷 10-23页

作者：郭振宁刘运全北京大学物理学院人工微结构与介观物理国家重点实验室北京100871 量子物质协同创新中心北京100871 极端光学协同创新中心山西太原030006

超短激光脉冲的出现为人们研究原子分子内电子的超快动力学过程提供了重要的技术手段。强激光诱导原子分子的光电离过程是光诱导物理过程的基石,也是目前强场物理领域的前沿热点之一。本文重点综述了双波长圆偏振光场中分子电离动力学... 详细信息

超短激光脉冲的出现为人们研究原子分子内电子的超快动力学过程提供了重要的技术手段。强激光诱导原子分子的光电离过程是光诱导物理过程的基石,也是目前强场物理领域的前沿热点之一。本文重点综述了双波长圆偏振光场中分子电离动力学的研究进展。首先,介绍了研究强场分子电离动力学的半经典模型,给出了电离电子波包的相位和振幅分布。然后,介绍了利用双波长圆偏振光场测量H2分子和CO分子的电离动力学的研究,发现电离电子的振幅结构以及隧穿后电子受到的长程库仑势都会影响电子的动力学过程。此外,电子波包的相位结构也会包含在光电子的发射角中,这个初始相位编码了电子吸收光子而电离过程中的时域信息。最后,对新型阿秒钟在分子光电离过程中的应用进行了总结,并展望了未来复杂分子体系的应用前景。

关键词：原子分子物理学强场光物理隧道电离多光子电离分子半经典模型

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土的统一硬化本构理论及其工程应用

中国科学：技术科学 2024年第2期54卷 179-195页

作者：姚仰平北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

塑性力学奠基人Drucker首次构建了可统一考虑土的变形和强度的塑性本构理论框架,在此基础上, Roscoe结合土的基本力学特性,建立了剑桥模型,实现了对正常固结黏土的变形和强度特性的统一定量描述.针对剑桥模型无法合理描述超固结黏土和... 详细信息

塑性力学奠基人Drucker首次构建了可统一考虑土的变形和强度的塑性本构理论框架,在此基础上, Roscoe结合土的基本力学特性,建立了剑桥模型,实现了对正常固结黏土的变形和强度特性的统一定量描述.针对剑桥模型无法合理描述超固结黏土和砂土的应力应变特性的缺陷,主要做出以下贡献:(1)构建统一硬化(unified hardening, UH)方程,建立了UH模型,该模型能够合理描述正常固结黏土、超固结黏土和砂土的应力应变特性,回答了剑桥学者Wroth-Houlsby之问(一),并进一步扩展为能够考虑各种复杂因素影响的特色鲜明的UH本构体系;(2)提出了广义非线性强度准则及变换应力的三维化方法,实现了本构模型和三维强度准则的合理结合,回答了剑桥学者Wroth-Houlsby之问(二);(3) UH本构体系、广义非线性强度准则和三维变换应力方法共同形成了UH本构理论,由于UH本构理论概念清晰、参数较少、实用性强,已服务于多个重大工程,并分别结合机场“锅盖效应”“智能预警”和“智能压实”等三类特殊问题开展应用.

关键词：本构模型强度准则统一硬化方程三维化方法机场工程锅盖效应智能压实

花岗质岩石中黑云母成分区域性变化对深部物质示踪及成矿的约束:以秦岭地区为例

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岩石学报 2024年第3期40卷 811-826页

作者：王晓霞王涛陈小丹柯昌辉杨阳中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037 自然资源部深地科学与探测技术实验室北京100094 北京离子探针中心中国地质科学院地质研究所北京100037 长安大学地球科学与资源学院西安710054

秦岭造山带早中生代花岗质岩浆及成矿作用非常发育,是探讨地壳深部物质组成及成矿关系的重要地区之一,学者已从岩石学、矿床学和地球化学等角度开展了众多研究,但对成矿作用与花岗岩和地壳深部物质组成的认识仍不太清楚。黑云母是中酸... 详细信息

秦岭造山带早中生代花岗质岩浆及成矿作用非常发育,是探讨地壳深部物质组成及成矿关系的重要地区之一,学者已从岩石学、矿床学和地球化学等角度开展了众多研究,但对成矿作用与花岗岩和地壳深部物质组成的认识仍不太清楚。黑云母是中酸性岩中常见的暗色矿物,也是指示成矿可能性的重要矿物之一。因此,本文对秦岭该期花岗质岩石中黑云母成分开展研究,为解决该问题探索新途径。对秦岭早中生代花岗质岩石中黑云母成分的研究结果显示,北秦岭和南秦岭两个构造单元中黑云母成分和形成物理条件存在系统差异,揭示其岩浆物源有别,进而制约了其成矿种类特征。北秦岭早中生代花岗质岩石中黑云母的成分和形成条件变化范围小,以MgO(8%~13%)、TiO_(2)(3%~5%)和Cl(0.02%~0.6%)含量较高,F(0.2%~0.4%)含量较低,以及较高的氧逸度(log f O_(2)值为-16.96~-14.62)和温度(682~771℃)为特征;而南秦岭的成分和形成条件总体变化范围较大,具有MgO(3%~15%)、TiO_(2)(2%~4.5%)、Cl(0.01%~0.18%)含量较低,F(0.1%~1.6%)含量较高,以及较低的氧逸度(log f O_(2)值为-20.88~-15.08)和温度(536~754℃)。此外,研究还显示,黑云母的形成压力与岩浆演化程度和矿物组合相关,当岩石中出现黑云母+白云母±石榴子石组合时,压力较高。秦岭两个构造单元中黑云母成分和形成条件的差异,特别是氧逸度和Cl含量的明显不同,揭示各自的成矿种类和成矿潜力不同,如北秦岭较高的氧逸度和Cl含量,形成铜矿的潜力比南秦岭大。同时,两个构造单元中黑云母的成分差异,还揭示了岩浆物源及深部物质组成的不同,即北秦岭比南秦岭具有更为年轻的地壳,这与区域同位素填图示踪的深部物质组成差异基本一致。由此可见,对区域上同时代花岗质岩石中黑云母成分的研究,不仅可以揭示岩浆演化、岩浆结晶过程物理化学条件等,还可示踪深部物质组成的空间变化与差异及成矿种类和潜力,有望成为探测深部物质组成的新方法和了解区域成矿背景和潜力的新途径。

关键词：黑云母成分物理化学条件花岗质岩石成矿作用地壳深部物质

永磁伺服系统转速跟踪控制与数据驱动的参数设计方法

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电工技术学报 2024年第8期39卷 2412-2421页

作者：连传强郭力源许观达肖飞张伟伟海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

在永磁伺服控制系统中,传统的转速控制策略在低频段存在幅值与相位偏差问题,降低了转速跟踪控制精度。为解决该问题,该文提出了一种高精度的转速跟踪控制策略与数据驱动的参数设计方法。主要思路是在转速控制环节串联一个滞后-超前补偿... 详细信息

在永磁伺服控制系统中,传统的转速控制策略在低频段存在幅值与相位偏差问题,降低了转速跟踪控制精度。为解决该问题,该文提出了一种高精度的转速跟踪控制策略与数据驱动的参数设计方法。主要思路是在转速控制环节串联一个滞后-超前补偿器,用以校正低频段的幅值与相位;以低频段补偿后的幅值及相位误差最小为优化目标,同时约束补偿器在全频带范围内的最大幅值增益和相移,设计了一种数据驱动的补偿器参数优化方法,并对补偿后控制系统的性能进行了分析评估。实验结果表明,基于实验数据所设计的补偿器在转速指令频率小于1 rad/s的低频段区间内,转速跟踪误差小于2 r/min,相较于传统方法控制精度显著提升;在跟踪转速阶跃指令时,该文方法和传统方法的控制效果相当,这说明该文方法在改善低频段跟踪性能的同时,保持了控制系统在中高频段原有的幅频和相频特性。

关键词：永磁伺服系统转速控制滞后-超前补偿器数据驱动参数优化

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时间戳相机中心算法和解离电子/离子动量分布仿真

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光子学报 2024年第4期53卷 232-243页

作者：花晓宏郭玉良阎天民李帅王新成江玉海中国科学院上海高等研究院基础交叉研究中心上海201210 上海科技大学物质科学与技术学院上海201210 中国科学院大学北京100049 阿贡国家实验室美国雷蒙特60439

模拟仿真了速度成像谱仪中解离电子/离子飞行运动轨迹,获得电子/离子动量三维分布的真实图像,针对时间戳相机Tpx3Cam在动量分布探测成像中存在的团簇效应问题,发展了适用于高计数率情况下的中心算法。仿真结果显示,提出的中心算法可以... 详细信息

模拟仿真了速度成像谱仪中解离电子/离子飞行运动轨迹,获得电子/离子动量三维分布的真实图像,针对时间戳相机Tpx3Cam在动量分布探测成像中存在的团簇效应问题,发展了适用于高计数率情况下的中心算法。仿真结果显示,提出的中心算法可以减少约一个数量级的数据容量,并让单像素位置精度提高到0.1像素,实现了粒子动量分布的超分辨位置成像。模拟ns态电子电离和N_(2)分子(1,1)通道库伦爆炸实验,发现中心算法能够使电子平行于探测器平面的动量分辨提升30%;使库伦爆炸产生的N^(+)飞行时间谱分辨提升80%。同时,在具有背景气体干扰情况下,对CO分子库伦爆炸产物离子进行半径协方差分析,提出的中心算法成功观测到C^(+)和O^(+)的关联。

关键词：时间戳相机成像算法电子和离子探测超分辨成像速度成像谱仪

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锂离子电池硅基负极用功能粘结剂的研究进展

物理化学学报 2024年第6期40卷 1-14页

作者：张景硕翟越赵子云何家兴魏伟肖菁吴士超杨全红天津大学化工学院Nanoyang课题组国家储能产学研一体化平台天津化学化工协同创新中心天津市先进碳与电化学储能重点实验室天津300072 物质绿色创造与制造海河实验室天津300192 天目湖先进储能技术研究院江苏溧阳213300 天津大学-新加坡国立大学福州联合学院天津大学福州国际研究院福州350207

硅(Si)具有超高的理论比容量、较低的嵌锂电位及丰富的储量等优势,是发展高比能锂离子电池的关键负极材料。同纳米Si相比,低成本、高振实密度和低界面反应的微米Si应用于高体积能量密度器件独具优势。然而其300%体积形变产生的巨大应力... 详细信息

硅(Si)具有超高的理论比容量、较低的嵌锂电位及丰富的储量等优势,是发展高比能锂离子电池的关键负极材料。同纳米Si相比,低成本、高振实密度和低界面反应的微米Si应用于高体积能量密度器件独具优势。然而其300%体积形变产生的巨大应力,使得颗粒破碎粉化、电极结构退化以及导电网络失效等问题更为严峻,极大制约了其商业化进程。粘结剂是适应Si体积变化,提供稳定导电网络的重要手段。开发高容量、高稳定微米Si基负极对粘结体系设计提出了更大的挑战。本文首先阐明了粘结剂的基础功能与粘结机制,然后从自愈合、电子导电、离子导电以及参与固态电解质层构建四个方面,总结了Si基负极用功能粘结剂的设计策略和作用原理,最后展望了面向实用化的Si基负极功能粘结剂面临的挑战和未来发展方向。

关键词：锂离子电池硅基负极功能粘结剂自愈合聚合物导电聚合物

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