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激光自适应光学系统可靠性改进效果评估

强激光与粒子束 2024年第6期36卷 24-33页

作者：贾启旺李新阳罗曦甘永东马瑞浩梅月斯那卓玛中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室成都610209 中国科学院自适应光学重点实验室成都610209 中国科学院光电技术研究所成都610209

随着自适应光学技术在激光领域的发展,工程上以经典自适应光学(AO)系统为基础,增加了多种基于软件监测和硬件保护的改进措施以保证激光AO系统稳定连续出光。面对结构复杂度提升带来的可靠性挑战,如何构建系统失效模型对激光AO系统可靠... 详细信息

随着自适应光学技术在激光领域的发展,工程上以经典自适应光学(AO)系统为基础,增加了多种基于软件监测和硬件保护的改进措施以保证激光AO系统稳定连续出光。面对结构复杂度提升带来的可靠性挑战,如何构建系统失效模型对激光AO系统可靠性进行评估,成为影响激光AO系统发展的重要一环。本文以激光光稳净化AO系统为例,提出使用动态故障树方法对激光AO系统可靠性进行评估,根据设备间动态关系建立动态故障树(DFT),结合厂家信息、疲劳寿命试验与历史数据估计得到底事件失效率,使用二元决策图和马尔可夫模型求解得到DFT的可靠性参数。使用DFT分析增加改进措施的AO系统可靠运行时间,结果相对于基本故障树获得了十倍以上的提高。实际系统调试期间,在预计的可靠运行时间内未发生自因故障,与DFT估计结果一致。验证了应用DFT方法评估增加改进措施后的激光AO系统可靠性更准确。

关键词：自适应光学动态故障树可靠性评估马尔可夫模型

静电纺聚酰胺6/聚苯乙烯复合纳米纤维膜制备及其空气过滤性能

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纺织学报 2024年第1期45卷 56-64页

作者：陈江萍郭朝阳张琪骏吴仁香钟鹭斌郑煜铭中国科学院城市环境研究所中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心福建厦门361021 中国科学院城市环境研究所中国科学院城市污染物转化重点实验室福建厦门361021 中国科学院大学北京100049 福建省大气臭氧污染防控重点实验室福建厦门361021

针对空气过滤纤维材料的过滤效率、阻力和使用寿命难以平衡的问题,采用多喷头静电纺丝技术,制备了不同直径、形貌纤维及不同纤维沉积顺序的聚酰胺6/聚苯乙烯(PA6/PS)复合纳米纤维膜,测试了复合膜的平均孔径及孔隙率,建立了纤维结构与过... 详细信息

针对空气过滤纤维材料的过滤效率、阻力和使用寿命难以平衡的问题,采用多喷头静电纺丝技术,制备了不同直径、形貌纤维及不同纤维沉积顺序的聚酰胺6/聚苯乙烯(PA6/PS)复合纳米纤维膜,测试了复合膜的平均孔径及孔隙率,建立了纤维结构与过滤效率及阻力的构效关系;结合扫描电镜表征探讨了不同形貌、直径纤维的叠加次序对过滤寿命及细颗粒物沉积行为的影响,系统研究了过滤风速、细颗粒物尺寸对过滤性能的影响。结果表明:在5.33 cm/s的风速下,以多喷头静电纺丝方式制备的PA6/PS复合膜具有更好的抵抗风速变化的能力,在长期使用中阻力增加较缓慢,其具有93.13%的过滤效率,30.67 Pa的过滤阻力和0.0889 Pa-1的品质因子,综合过滤性能优于同等条件下H10等级(过滤效率>90%)的商业玻璃纤维过滤膜。

关键词：聚酰胺6 聚苯乙烯多喷头静电纺丝空气过滤多层复合滤料微纳米纤维串珠结构

HSEGRL:一种分层可自解释的图表示学习模型

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计算机研究与发展 2024年第8期61卷 1993-2007页

作者：李平宋舒寒张园曹华伟叶笑春唐志敏处理器芯片全国重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学南京学院南京211135

近年来,随着图神经网络(graph neural network,GNN)技术在社交、信息、化学、生物等领域的广泛应用,GNN可解释性也受到广泛的关注.然而,现有的解释方法无法捕获层次化的解释信息,同时,这些层次信息未能被充分利用以提升图分类任务的准确... 详细信息

近年来,随着图神经网络(graph neural network,GNN)技术在社交、信息、化学、生物等领域的广泛应用,GNN可解释性也受到广泛的关注.然而,现有的解释方法无法捕获层次化的解释信息,同时,这些层次信息未能被充分利用以提升图分类任务的准确率.基于这一问题,提出了一种层次化自解释的图表示学习(hierarchical self-explanation graph representation learning,HSEGRL)模型,该模型通过发现图结构中的层次信息进行图分类预测的同时,输出层次化的模型自解释结果.具体而言,针对图层次信息的发现设计了提取信息的基本单元——解释子,该解释子由提取节点特征的编码器获取层次化解释感知子图的池化层和抽取高阶解释信息的解码器组成.其中,为了准确提取层次化的解释子图,针对该模型的池化操作进行了解释感知优化设计,该设计通过评估模型的拓扑及特征重要性,层次化地筛选解释子图,实现分层自解释的同时完成图分类任务.HSEGRL是一个功能完备且便于迁移的图表示学习自解释模型,可以层次化综合考虑模型的拓扑信息与节点特征信息.在模型有效性验证层面,分别在分子、蛋白质和社交数据集上进行大量实验,实验结果表明所提模型在图分类任务中的分类准确率高于已有的先进的GNN自解释模型和GNN模型,并通过可视化分层解释结果的信息证明了该解释方法可信.

关键词：图表示学习图神经网络可自解释模型图拓扑消息传递机制

Ca改性生物炭对土壤磷赋存形态影响及稳定化机制

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环境科学 2024年第2期45卷 983-991页

作者：张超翟付杰单保庆中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

针对湖库周边农田淹没后土壤磷释放风险控制的问题,采用共热解法制备Ca改性生物炭(Ca-BC),通过X射线光电子能谱分析(XPS)、X射线多晶粉末衍射分析(XRD)、吸附实验和模拟培养实验等,进行Ca-BC对土壤磷赋存形态影响和稳定化机制研究.结果... 详细信息

针对湖库周边农田淹没后土壤磷释放风险控制的问题,采用共热解法制备Ca改性生物炭(Ca-BC),通过X射线光电子能谱分析(XPS)、X射线多晶粉末衍射分析(XRD)、吸附实验和模拟培养实验等,进行Ca-BC对土壤磷赋存形态影响和稳定化机制研究.结果表明,Ca-BC吸附磷的过程符合Langmuir(R^(2)=0.940)和一级吸附动力学模型(R^(2)=0.961),表明该吸附过程为化学作用主导的单层吸附,最大吸附量达到267.93 mg·g^(-1).模拟培养实验表明,当Ca-BC添加量为1%时,土壤中较活跃性的交换态磷形态从7.42%下降至4.59%.XRD结果表明,Ca-BC吸附磷后出现Ca_(3)(PO_(4))_(2)和Ca_(5)(PO_(4))_(3)(OH)吸收峰,证明磷酸盐在生物炭表面形成较稳定的晶体沉淀.XPS分析表明,生物炭表面羰基官能团参与磷固定过程,提高了生物炭对磷的吸附能力.总体来讲,CaBC添加量大于1%时,对磷的释放有较好的固定能力,具备对土壤磷释放控制的潜在应用价值.

关键词：改性生物炭土壤新增淹没区磷酸盐赋存形态

南沙珊瑚礁潟湖坡微地貌对沉积物粒度特征的影响

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热带地理 2024年第10期44卷 1826-1837页

作者：王明壮张喜洋谭飞王冠施祺杨红强中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室中国科学院南海海洋研究所广州510301 中国科学院大学北京100049 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广州511458 中国科学院南沙海洋生态环境实验站海南三沙573199

潟湖坡是礁坪沉积物向潟湖盆搬运的关键地貌带,对了解礁后沉积过程和环礁发育演化至关重要。然而,潟湖坡微地貌特征及其对沉积物粒度的影响还未明确。文章对南沙群岛主权礁与三角礁潟湖坡开展研究,采集表层沉积物并结合水深数据和水下... 详细信息

潟湖坡是礁坪沉积物向潟湖盆搬运的关键地貌带,对了解礁后沉积过程和环礁发育演化至关重要。然而,潟湖坡微地貌特征及其对沉积物粒度的影响还未明确。文章对南沙群岛主权礁与三角礁潟湖坡开展研究,采集表层沉积物并结合水深数据和水下微地貌开展粒度分析,结果表明:1)主权礁与三角礁潟湖表层沉积物以砂级颗粒为主,粉砂与细砾质量分数较少,其中主权礁沉积物中砂级颗粒质量分数为94.55%,细砾为4.18%,粉砂为0.61%;三角礁S1-S1′方位含砂93.96%,细砾4.04%,粉砂1.65%;S2-S2′方位含砂91.73%,细砾为6.84%,粉砂为1.17%。潟湖砂体的中值粒径与水深呈显著负相关,粒度分布曲线在深水区呈单峰式,在浅水区呈双峰式,整体偏态为负偏态。2)物源和水动力特征是影响南沙珊瑚礁潟湖坡砂体粒度分布的主要因素,主权礁潟湖坡点礁密布,周围颗粒粒径显著增大,削弱了水深与粒度的负相关性,表明潟湖点礁亦是重要物源;三角礁潟湖坡发育海草床,减弱了颗粒的动力再分选作用,形成粗粒和细粒混积的双峰形态。3)潟湖坡微地貌对颗粒粒度分布起关键作用。主权礁双峰式分布曲线的形成主要受潟湖点礁的影响,而海草根系的固沙作用减弱了颗粒的动力分选作用,形成三角礁双峰式分布曲线。

关键词：粒度微地貌潟湖环礁南沙群岛

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现代人地系统科学认知与探测方法

科学通报 2024年第3期69卷 447-463页

作者：刘彦随刘亚群欧聪中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室北京100101

人地系统是人类活动与地理环境相互联系、相互作用而形成的复杂适应系统,具有综合性、区域性、复杂性、开放性、动态性特征.人地系统空间识别、类型诊断和强度评估是现代人地系统科学和地理学综合研究的核心内容,是科学认知人地系统演... 详细信息

人地系统是人类活动与地理环境相互联系、相互作用而形成的复杂适应系统,具有综合性、区域性、复杂性、开放性、动态性特征.人地系统空间识别、类型诊断和强度评估是现代人地系统科学和地理学综合研究的核心内容,是科学认知人地系统演化过程与机理、服务支撑人地系统协调与可持续发展决策的重要基础.本文基于人地关系地域系统理论和地理学“三主三分”方法,构建了自上而下的现代人地系统识别-诊断-评估科学认知体系,综合土地利用、人口密度、夜间灯光指数、感兴趣点等多源空间数据,利用决策树、空间聚类、人类足迹强度指数等定量模型方法,开展了2000~2020年中国人地系统地域空间分区、主要类型分类和作用强度分级探测研究.结果表明:(1)中国人地系统面积占比由53.9%增至54.1%,基本稳定在54%左右,空间上呈东南高、西北低的分异特征,平原地区、耕地和城市集中分布区的占比明显高于山地丘陵区和地广人稀地区.人地系统中生活功能区的面积占比由3.61%增至5.24%,生产和生态功能区占比分别由35.19%和61.20%降至34.66%和60.10%.(2)快速城镇化和乡村振兴发展促使城市型、村镇型人地系统面积扩大,分别增长了135.45%和9.59%,但新增主要源于农业型人地系统;受生态退耕和耕地扩张共同影响,农业型和生态型人地系统间存在相互转换,其面积分别减少1.06%和1.37%.(3)中国人地系统的人类足迹强度由9.28增至10.25,增幅为10%,呈现出高值区扩张、低值区缩减,人类活动持续加强且空间集聚化的特征.本研究分层次回答了人地系统分布、类型、等级等关键问题,深化了现代人地系统耦合过程-机理-格局的科学认知,可为人地系统协调和可持续发展决策提供参考依据.

关键词：现代人地系统科学人地关系地域系统地域空间识别主导类型诊断作用强度评估

面向月面原位制造/建造的月壤成型利用技术综述

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宇航学报 2024年第6期45卷 815-830页

作者：张日晗王统才李亮王功中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094 中国科学院太空制造技术重点实验室北京100094 中国科学院大学北京101408

月面资源原位利用技术对于我国月球探测任务的长期可持续发展具有重要意义,其中月面原位建造技术是月球基地建设和运维的支撑性技术,以月壤为原料的增材制造技术有望在未来月面原位建造/制造任务中发挥重要作用。本文针对国内外主要的... 详细信息

月面资源原位利用技术对于我国月球探测任务的长期可持续发展具有重要意义,其中月面原位建造技术是月球基地建设和运维的支撑性技术,以月壤为原料的增材制造技术有望在未来月面原位建造/制造任务中发挥重要作用。本文针对国内外主要的月壤原位成型利用技术进行了详细调研及分类汇总,介绍了月表环境及月壤特性,从月面环境约束、月壤材料特性及工程实际需求出发,按照是否需要额外添加剂将月壤成型技术分为直接成型利用和间接成型利用两类技术,分别从技术原理、预处理方法、添加物种类、工艺条件、设备类型、成型速度、成型精度、能耗及后处理方法等方面阐述了相关技术及其优缺点,并且从未来月球探测任务中月面原位制造/建造的需求出发,结合各项技术的特点及不同的应用场景,提出了月壤原位成型利用技术的发展前景及应用建议。

关键词：月壤成型月面资源原位利用技术增材制造月球任务

协同光电及热效应实现铜光阴极上等离激元催化高效硝酸根还原反应

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第7期62卷 219-230页

作者：陈振霖薛静武磊党昆籍宏伟陈春城章宇超赵进才中国科学院化学研究所光化学重点实验室北京分子科学国家研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049

近年来,电催化硝酸根还原反应(NO_(3)RR)已经成为水处理和合成氨领域的研究热点.相比于传统的电催化剂,等离激元辅助的电催化反应通过将太阳能和电化学偏压同时施加到金属纳米结构上,在实现高效太阳能到化学能转化领域展现出了巨大潜力... 详细信息

近年来,电催化硝酸根还原反应(NO_(3)RR)已经成为水处理和合成氨领域的研究热点.相比于传统的电催化剂,等离激元辅助的电催化反应通过将太阳能和电化学偏压同时施加到金属纳米结构上,在实现高效太阳能到化学能转化领域展现出了巨大潜力.然而,目前有关等离激元辅助NO_(3)RR的文献报道较少,已有的研究主要集中于利用金(Au)纳米结构的等离激元效应辅助增强NO_(3)RR.但Au对NO_(3)RR的本征电催化活性很差,这导致在等离激元辅助NO_(3)RR领域,氨的产率和法拉第效率难以令人满意.此外,对于等离激元辅助NO_(3)RR的机理研究不深入,例如如何区分等离激元产生的光电效应和光热效应对NO_(3)RR的影响,以及等离激元激发的金属纳米结构是如何影响NO_(3)RR过程等问题都尚未解决.因此,有必要采取有效的策略来深入探究等离激元辅助NO_(3)RR的内在机制,从而进一步提高其催化性能.铜(Cu)作为一种高效的硝酸根还原电催化剂,同时是一种典型的具有等离激元效应的金属材料.然而,目前关于利用Cu的等离激元效应辅助增强NO_(3)RR的报道很少.本文报道了利用Cu纳米线(CuNWs)的等离激元效应辅助增强NO_(3)RR性能.在等离激元激发条件下,CuNWs展现出较好的NO_(3)RR催化性能.在协同的光电和热效应的作用下,与暗态常温条件相比,催化性能提升了近2倍.经过400次循环伏安测试,CuNWs光阴极的电流密度仅下降到初始值的88%,而在黑暗条件下,CuNWs光阴极催化NO_(3)RR的电流密度则下降了43%.这表明光照同时显著提升了CuNWs催化NO_(3)RR的稳定性.产物分析结果表明,在-0.2到-0.4 V(相对于可逆氢电极)的宽电势范围内,CuNWs光阴极实现了接近100%的氨法拉第效率,并取得了较高的氨产率,超过了之前大多数报道的等离激元辅助Au催化剂的NO_(3)RR性能.通过活化能实验、微分电流实验以及升温实验,区分了等离激元激发产生的光电效应以及光热效应对NO_(3)RR的影响.通过原位拉曼光谱、在线差分电化学质谱以及原位电化学红外光谱技术,确定了CuNWs光阴极NO_(3)RR过程中的活性相及反应中间体.密度泛函理论计算结果表明,氨的脱附是NO_(3)RR的决速步.光生电子可以通过电子跃迁激发脱附机制促进氨的脱附从而抑制了氨在Cu表面的累积,弱化了氨对CuNWs光阴极的毒化作用.同时,光热效应也显著提升了NO_(3)RR的反应速率.因此,等离激元激发产生的光电和光热效应协同促进了NO_(3)RR性能,提高了CuNWs光阴极的活性与稳定性.将该策略拓展到其它Cu纳米材料上,同样展现出较好的等离激元促进效果.综上,本文提出了利用Cu的等离激元效应辅助增强电催化NO_(3)RR性能的策略,并验证了该策略在其它Cu纳米材料上的适用性.深入的机理研究揭示了同时耦合太阳能、电能以及热能对进一步提升NO_(3)RR性能的巨大潜力.

关键词：铜光阴极等离激元辅助电催化剂光电效应光热效应硝酸根还原反应

有机电化学晶体管分子材料与功能器件研究进展

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高分子学报 2024年第9期55卷 1111-1133页

作者：项兰义张凤娇狄重安中国科学院大学化学科学学院北京100049 中国科学院有机固体重点实验室中国科学院化学研究所北京100190

有机电化学晶体管通过离子-电子耦合调控共轭分子的电子结构和导电能力,被认为是下一代柔性智能电子的理想载体.本文结合电化学掺杂工作原理,总结了有机电化学晶体管分子材料在离子-电子耦合性能以及在可拉伸性、机械顺应性和生物黏性... 详细信息

有机电化学晶体管通过离子-电子耦合调控共轭分子的电子结构和导电能力,被认为是下一代柔性智能电子的理想载体.本文结合电化学掺杂工作原理,总结了有机电化学晶体管分子材料在离子-电子耦合性能以及在可拉伸性、机械顺应性和生物黏性等力学特征的研究进展,并介绍了器件在互补逻辑电路、生物传感和仿生神经突触等方面的功能应用.此外,从有机共轭分子设计、界面修饰、离子动力学调控和器件结构开发等方面入手,分析了提升器件性能和推动器件多功能化的研究策略,展示了有机电化学晶体管在智能电子方面的重要研究价值.最后,详细探讨了有机电化学晶体管在面向传感-适应-反馈-处理的一体化智能感知器件和低成本商业化制备等方面的关键挑战与机遇.

关键词：有机电化学晶体管共轭分子电学性能力学特征多功能应用