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二维硼结构中条带状空位长程有序分布的理论研究

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物理学报 2024年第9期73卷 216-222页

作者：徐诗涵何长春杨小宝华南理工大学物理与光电学院广州510640

在二维硼结构中,有序分布的高浓度空位可以增强其结构的稳定性,并对材料性能产生显著影响.根据最近的实验进展,本文重点关注二维硼结构中空位呈条带状分布的体系,提出有效模型系统研究结构稳定性随空位分布的变化.结合第一性原理计算结... 详细信息

在二维硼结构中,有序分布的高浓度空位可以增强其结构的稳定性,并对材料性能产生显著影响.根据最近的实验进展,本文重点关注二维硼结构中空位呈条带状分布的体系,提出有效模型系统研究结构稳定性随空位分布的变化.结合第一性原理计算结果,对空位不同近邻作用参数进行拟合,预测了不同空位浓度的稳定结构,发现在该体系中空位不同近邻存在竞争,导致长周期分布的趋势,揭示了不同近邻作用的相互竞争导致长周期结构稳定存在的关键机制.

关键词：二维硼结构长周期结构空位分布第一性原理计算

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GIS密封圈老化诊断与寿命预测方法研究现状

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中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2927-2944,I0034页

作者：张智敏郝艳捧阳林彭家豪高超周福升郑尧王国利李立浧华南理工大学电力学院广东省广州市510640 南方电网科学研究院有限责任公司广东省广州市510663

作为气体绝缘输变电设备技术领域中的重要部分,现有的气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metalenclosed switchgear,GIS)密封圈老化诊断和寿命预测方法已不能满足当代电力工业关键零件可靠性的需求,新形势下也迫切需要以新的框架... 详细信息

作为气体绝缘输变电设备技术领域中的重要部分,现有的气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metalenclosed switchgear,GIS)密封圈老化诊断和寿命预测方法已不能满足当代电力工业关键零件可靠性的需求,新形势下也迫切需要以新的框架来回顾该领域的研究现状,启发新的研究思路。该文首先分析GIS密封圈压缩老化因子、热老化因子和化学老化因子的水平、分布及作用。在此基础上,回顾GIS密封圈加速老化试验从试样的热空气老化,逐步发展到充入SF6气体的完整O形圈老化等多因子老化试验的过程。然后,综述GIS密封圈机械性能表征、理化特征及气体泄漏特征3个主要方面,特别指出在大气/绝缘气体异相介质作用下GIS密封圈具有明显的非均相老化特征。最后,回溯硫化橡胶密封圈寿命预测方法在数学模型和失效判据两方面的研究成果。该文可为学术和工程研究提供一定基础性参考。

关键词：密封圈老化因子加速老化试验老化特征寿命预测失效判据

冷喷涂Zn15Al合金涂层在NaCl溶液中的腐蚀行为和防护机制

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材料研究学报 2024年第3期38卷 208-220页

作者：徐龙李继文崔传禹卢祺杨浩赵聪聪季华实验室材料科学与技术研究部佛山528200 中国科学院金属研究所核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

采用低压冷喷涂技术在Q235碳钢基材表面制备冷喷涂锌(CS-Zn)和锌铝合金涂层(CS-Zn15Al),使用SEM观察、XRD谱、测量开路电位、电化学阻抗谱和动电位极化曲线等手段对其表征,研究了涂层在NaCl溶液中的腐蚀行为和腐蚀产物影响涂层防护性能... 详细信息

采用低压冷喷涂技术在Q235碳钢基材表面制备冷喷涂锌(CS-Zn)和锌铝合金涂层(CS-Zn15Al),使用SEM观察、XRD谱、测量开路电位、电化学阻抗谱和动电位极化曲线等手段对其表征,研究了涂层在NaCl溶液中的腐蚀行为和腐蚀产物影响涂层防护性能的机制。结果表明,CS-Zn涂层在NaCl溶液中浸泡期内腐蚀严重,而CS-Zn15Al涂层的腐蚀速率较低,耐蚀性能较好。CS-Zn的主要腐蚀产物是ZnO,其多孔状的结构特点和半导体属性会破坏产物层的致密结构,降低电荷转移电阻,促进涂层腐蚀反应的发生;而添加Al元素能促进保护性腐蚀产物Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O和层状双氢氧化物Zn_(6)Al_(2)(OH)_(16)CO_(3)·4H_(2)O的生成,显著提高对腐蚀介质的屏蔽。同时,添加Al降低了涂层的腐蚀电位、增强了对涂层的阴极保护作用,保护性腐蚀产物层的生成降低了腐蚀电流密度,延长了涂层的使用寿命。添加Al元素可实现涂层防护性能和耐久性的协同提高。

关键词：材料失效与保护锌合金涂层电化学阻抗谱冷喷涂

馄饨结构的KB@Co-C_(3)N_(4)在中性电解质中作为锌空气电池的高活性和稳定性氧催化剂

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 178-189页

作者：吴维凡范晋歌赵振宏潘建敏杨静阎兴斌詹怡中山大学化学工程与技术学院广东珠海519082 中山大学低碳化学与节能工程重点实验室广东广州510275 中山大学材料科学与工程学院光电材料与技术国家重点实验室广东广州510275

金属和氮共掺杂碳(M-N-Cs)由于具有高原子利用率、良好的活性和选择性,因而被认为是具有潜力的氧电催化剂.但其热力学氧化势较低,碳材料在高电位下容易腐蚀.在放电过程中,锌空气电池正极的电位始终比碳氧化的热力学电位高约0.5 V,这导... 详细信息

金属和氮共掺杂碳(M-N-Cs)由于具有高原子利用率、良好的活性和选择性,因而被认为是具有潜力的氧电催化剂.但其热力学氧化势较低,碳材料在高电位下容易腐蚀.在放电过程中,锌空气电池正极的电位始终比碳氧化的热力学电位高约0.5 V,这导致阴极中碳的严重腐蚀.对于M-N-C,腐蚀会破坏金属氮配位(M-Nx)活性位点,导致活性比表面积减少,同时还会改变孔隙形貌和表面特性,进而降低其催化活性.在充电(即氧气析出反应,OER)过程中,这种腐蚀现象会进一步加剧.因此,开发一种既具有高效双功能催化活性,又具有良好抗电化学腐蚀性能的M-N-C催化剂,对于解决上述问题至关重要.本文利用氮化碳(g-C_(3)N_(4))支撑钴氮配位(Co-Nx)活性位点,同时包覆科琴黑(KB)形成馄饨结构,制备了双功能氧催化剂KB@Co-C_(3)N_(4).首先,将剥离的C_(3)N_(4)与KB混合后煅烧,得到C_(3)N_(4)包覆的KB材料(KB@C_(3)N_(4));随后,再次煅烧将Co单原子引入KB@C_(3)N_(4)中,形成具有高活性和高稳定性的KB@Co-C_(3)N_(4)氧催化剂.红外光谱结果证实了,KB@Co-C_(3)N_(4)中存在C_(3)N_(4)成分.透射电镜和元素标记结果表明,C_(3)N_(4)均匀包覆在KB基底上.同步辐射测试确定了Co单原子的配位环境为CoN4结构.在0.5 mol L^(-1) NH_(4)Cl溶液中测试了KB@Co-C_(3)N_(4)氧催化剂ORR/OER的催化活性和稳定性.结果表明,KB@CoC_(3)N_(4)表现出较好的ORR性能,半波电位为0.723 V,显著优于商业铂碳催化剂(0.673 V)和普通Co-N-C催化剂(0.694 V).经过40000圈加速耐久性测试,KB@Co-C_(3)N_(4)仅衰减9 mV,而商业铂碳和Co-N-C在7500圈测试后分别衰减41和44 mV.在OER方面,KB@Co-C_(3)N_(4)在10 mA cm^(-2)时的过电位为550 mV,优于氧化钌的560 mV和Co-N-C的600 mV.经过20000圈测试,KB@Co-C_(3)N_(4)的OER过电位几乎保持不变,而氧化钌和Co-N-C经过4000圈测试后分别增加了37和20 mV.透射电镜观察发现,KB@Co-C_(3)N_(4)在实验前后形貌未发生明显变化,证明了其较好的稳定性.理论计算揭示,C_(3)N_(4)能够优化Co金属活性位点的电子结构,改善Co中心的电荷分布并增强Co-N键强度;同时,C_(3)N_(4)对KB基底的包覆有效避免了KB在高电位下的腐蚀,确保了KB@Co-C_(3)N_(4)的高稳定性和催化活性.将KB@Co-C_(3)N_(4)应用于中性锌空气电池中,该电池展现出1.52 V的开路电压,并在5 mA cm^(-2)的高电流密度下稳定循环运行超过985 h,性能优于大多数报道的采用碳基材料作为阴极催化剂的中性锌空气电池.综上所述,馄饨结构的KB@Co-C_(3)N_(4)具有较好的氧催化活性和稳定性,为设计高稳定性高活性的M-N-C催化剂提供了一定的参考.

关键词：氧电催化单原子催化剂中性电解液抗腐蚀

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非共沸工质蒸发式冷凝器多目标优化设计

化工进展 2024年第6期43卷 2950-2960页

作者：熊远帆李华山龚宇烈中国科学技术大学能源科学与技术学院广东广州510640 中国科学院广州能源研究所广东广州510640

将蒸发式冷凝器应用于非共沸有机朗肯循环可以有效提高系统的热经济性。建立了蒸发式冷凝器的Kriging代理模型,以R601a组分质量分数、空气流量、喷淋水流量作为决策变量,换热面积和(火用)效率为目标函数,开展了目标函数的影响因素分析,... 详细信息

将蒸发式冷凝器应用于非共沸有机朗肯循环可以有效提高系统的热经济性。建立了蒸发式冷凝器的Kriging代理模型,以R601a组分质量分数、空气流量、喷淋水流量作为决策变量,换热面积和(火用)效率为目标函数,开展了目标函数的影响因素分析,并采用非支配排序遗传算法和TOPSIS决策法开展多目标优化。结果表明,影响因素分析中,空气流量对目标函数的影响程度比喷淋水流量更大,而R601a组分质量分数为0.7左右时,换热面积有最小值且(火用)效率有最大值;Pareto前沿中,R601a组分质量分数对蒸发式冷凝器的设计存在最佳的取值范围,而空气流量、喷淋水流量的取值范围较广,几乎涵盖其整个变化范围。成本低、占用空间小且对可用能的有效利用程度大的方案为:R601a组分质量分数0.725,空气流量81.017kg/s,喷淋水流量58.302kg/s。对应的换热面积为316.883m^(2),(火用)效率为0.428。

关键词：蒸发式冷凝器非共沸代理模型多目标优化设计

基于智能凝胶标签的鲜切网纹瓜新鲜度无损监测

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食品科学 2024年第1期45卷 239-246页

作者：荣丽岩蒋东华李丽汪艳群张爽马艺超杨舒涵李月新吴朝霞沈阳农业大学食品学院辽宁沈阳110866 辽宁省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所辽宁沈阳110866

以卡拉胶、羧甲基纤维素钠和黄原胶为基质材料,溴百里香酚蓝(bromothymol blue,BTB)作为显色指示剂,复配一种新型凝胶状智能标签,用于鲜切网纹瓜新鲜度的实时监测。智能凝胶标签颜色随包装内CO_(2)浓度变化,由蓝色逐渐转变为黄绿色、黄... 详细信息

以卡拉胶、羧甲基纤维素钠和黄原胶为基质材料,溴百里香酚蓝(bromothymol blue,BTB)作为显色指示剂,复配一种新型凝胶状智能标签,用于鲜切网纹瓜新鲜度的实时监测。智能凝胶标签颜色随包装内CO_(2)浓度变化,由蓝色逐渐转变为黄绿色、黄褐色和橙黄色,从而反映鲜切网纹瓜的新鲜度。使用扫描电子显微镜、衰减全反射-傅里叶变换红外光谱、X射线衍射仪和热重分析仪对凝胶标签的形态和结构进行表征。结果表明,加入羧甲基纤维素钠和黄原胶未改变凝胶标签的微观结构,三者具有良好的相容性,同时凝胶标签的热稳定性随着BTB的加入得到提高。凝胶标签在4℃和25℃贮藏时,凝胶标签保持出色的颜色稳定性,将其用于鲜切网纹瓜4℃贮藏时,凝胶标签的颜色显示出明显的颜色变化。相关性分析表明凝胶标签色差值与包装中的CO_(2)浓度、鲜切网纹瓜的pH值和菌落总数均有显著相关性。该标签具有出色的pH值敏感性,可以作为监测鲜切网纹瓜新鲜度的有效方法。

关键词：智能凝胶标签鲜切网纹瓜新鲜度无损监测

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电缆绝缘材料交联聚乙烯的老化及寿命调控

物理学报 2024年第7期73卷 28-39页

作者：王江琼李维康张文业万宝全查俊伟北京科技大学化学与生物工程学院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 北京智慧能源研究院北京102211 北京科技大学顺德创新学院佛山528300

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)因其优异的力学性能和绝缘性能广泛应用于电力电缆领域中,但在高压电缆的运行过程中XLPE不可避免会受到电老化、热老化和电-热联合老化的影响,使得材料的性能和寿命下降,因此需要对XLPE的老... 详细信息

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)因其优异的力学性能和绝缘性能广泛应用于电力电缆领域中,但在高压电缆的运行过程中XLPE不可避免会受到电老化、热老化和电-热联合老化的影响,使得材料的性能和寿命下降,因此需要对XLPE的老化性能和使用寿命进行调控.本文介绍了XLPE的结构特性和交联机理,系统分析了其老化过程及影响机制,并概述了接枝、共混和纳米粒子改性等调控策略,同时基于寿命评估模型探究了XLPE因老化而导致的寿命衰减问题.最后,展望了调控XLPE电缆绝缘材料使用寿命策略的未来方向,为XLPE电缆绝缘材料的进一步改进和长期稳定运行提供理论指导.

关键词：交联聚乙烯交联机理耐老化性能长寿命

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适用于多车交互场景的车辆轨迹预测模型

吉林大学学报（工学版） 2024年第5期54卷 1188-1195页

作者：黄玲崔躜游峰洪佩鑫钟浩川曾译萱华南理工大学土木与交通学院广州510640 东南大学现代城市交通技术江苏高校协同创新中心南京210096 人工智能与数字经济广东省实验室广州510330

提出了一种具有动态交互感知池化层的多长短期记忆神经网络(DIP-LSTM)模型结构,使得场景中相邻的车辆通过池化(Pooling)共享各自LSTM网络隐藏态,获取历史轨迹特征,进而实现自车与周围多车的时间空间关系的交互性建模,并输出车辆未来的... 详细信息

提出了一种具有动态交互感知池化层的多长短期记忆神经网络(DIP-LSTM)模型结构,使得场景中相邻的车辆通过池化(Pooling)共享各自LSTM网络隐藏态,获取历史轨迹特征,进而实现自车与周围多车的时间空间关系的交互性建模,并输出车辆未来的预测轨迹。使用美国的NGSIM和德国的High-D自然驾驶车辆轨迹数据集对模型进行训练与测试,并对模型的精度、鲁棒性和迁移性(普适性)进行验证。研究结果表明:与传统模型的预测方法相比,考虑多车交互信息的DIP-LSTM网络的预测方法在预测精度与长时域预测上具有优势,且模型具有良好的迁移性和鲁棒性,显著提高了车辆轨迹预测模型的实用性和普适性。

关键词：车辆工程自动驾驶轨迹预测多车交互长短期记忆神经网络

6063铝合金中性无铬转化膜制备及膜层性能分析

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表面技术 2024年第9期53卷 65-74页

作者：穆松林郭加林欧云才杜军樊雨欣华南理工大学材料科学与工程学院广州510640 广东华昌集团有限公司广东佛山528225

目的提高铝合金微小器件的耐蚀性,开发一种条件温和可控的转化膜成膜工艺。方法采用中性无铬转化工艺,在6063铝合金表面制备转化膜。通过研究NaF、NH_(4)HF_(2)、KMnO_(4)、十二烷基硫酸钠(SDS)和没食子酸等几种添加剂对转化膜外观与耐... 详细信息

目的提高铝合金微小器件的耐蚀性,开发一种条件温和可控的转化膜成膜工艺。方法采用中性无铬转化工艺,在6063铝合金表面制备转化膜。通过研究NaF、NH_(4)HF_(2)、KMnO_(4)、十二烷基硫酸钠(SDS)和没食子酸等几种添加剂对转化膜外观与耐蚀性的影响,确定NH_(4)HF_(2)为最佳添加剂。采用电化学方法分析膜层的耐蚀性,用SEM和EDS分析表面形貌及元素组成,并采用XRD和XPS表征膜层晶态结构和化合物组成。基于检测结果,简要分析转化膜的成膜过程。结果最终得到了中性转化处理的最佳成膜工艺为EDTA-2Na8.0g/L,单宁酸1.0g/L,Na_(2)WO_(4)6.0g/L,H_(2)ZrF_(6)4.0g/L,NH_(4)HF_(2)3.0g/L,pH6.6,成膜温度为30℃,成膜时间为15 min。该工艺所制备的转化膜外观致密均匀,颜色为浅黄色。电化学测试结果表明,转化膜具有良好耐蚀性,自腐蚀电流密度由基体铝合金的16.22µA/cm^(2)下降为转化处理后的0.87µA/cm^(2)。EDS能谱分析结果表明,膜层主要由Al、C、F、O、Na、Zr和W元素组成。XRD结果显示,膜层中含有Na_(3)AlF_(6)晶体。XPS分析结果表明,膜层中还含有Al_(2)O_(3)、AlF_(3)、WO_(3)、ZrF_(4)以及金属有机络合物。结论采用中性转化处理工艺,可以在6063铝合金表面制备有色均匀、耐蚀性良好的转化膜,膜层主要由Al的难溶化合物组成。

关键词：铝合金中性无铬转化膜性能分析耐蚀性成膜过程