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Chinese Journal of Catalysis 2024年第6期61卷 111-134页

作者：王凯琪何益明浙江师范大学物理与电子信息工程学院浙江金华321004

压电催化技术是一种新兴的催化方法,能够有效地将清洁、丰富的机械能(如水流动能、潮汐能和风能)转化为化学能,在化学催化领域展现出显著潜力,为环境修复和能源管理提供可持续的解决方案.金属钛酸盐因其良好的压电响应、环保特性和成本... 详细信息

压电催化技术是一种新兴的催化方法,能够有效地将清洁、丰富的机械能(如水流动能、潮汐能和风能)转化为化学能,在化学催化领域展现出显著潜力,为环境修复和能源管理提供可持续的解决方案.金属钛酸盐因其良好的压电响应、环保特性和成本效益,在压电催化领域备受关注.然而,压电催化活性的不足限制了其实际应用.为克服这一挑战,提高机械能响应效率和减少能量转换过程中的损失成为关键.研究人员通常从两个核心策略出发:一是优化压电性能,二是调控载流子传输.深入理解这些策略在提高压电催化活性中的核心作用,对于设计高效压电催化剂并推动压电催化技术发展具有重要意义.本文系统地总结了金属钛酸盐的分类、合成方法和设计策略.首先,根据其在压电催化中的应用,将金属钛酸盐分为单金属钙钛矿钛酸盐、多金属钙钛矿钛酸盐和层状类钙钛矿钛酸盐,并从结构角度揭示了其压电特性的起源.其次,概述了金属钛酸盐的主要制备方法,包括水热法、固态反应法、熔盐法和静电纺丝法,并从提升催化性能角度比较了它们的优缺点.在金属钛酸盐的设计策略部分,探讨了构建准同型相界、应变工程、居里点控制、外场诱导极化和定向晶体生长等方法对改善压电性能的可行性.特别是,构建准同型相界和采用外场诱导极化,可以分别降低极化旋转的能垒和诱导宏观极化,在提升金属钛酸盐压电催化性能方面表现出显著效果.此外,还强调了助催化剂负载、碳材修饰和半导体异质结构在促进载流子分离中的重要作用.其中,空间分离的助剂修饰能够较大程度地提高载流子的分离效率,进而显著增强压电催化性能.最后,本文对基于金属钛酸盐的压电催化剂的技术发展进行了展望,旨在推动压电催化剂的合理设计和实际应用.具体建议包括:(1)规范压电催化性能评价体系,以实现不同系统间催化剂性能的统一、合理评价;(2)综合评估影响压电催化的因素,寻求最优解,并加强多种策略的耦合设计;(3)加强有限元模拟和密度泛函理论等理论支撑,开发应用原位技术,以深入探究压电效应在催化过程中的具体贡献,加深对压电催化机理的理解;(4)发展基于低速搅拌、水冲洗、机械刷等微弱动力的压电催化技术,并设计对低频机械能敏感的新型催化剂,以适应自然界的能量条件;(5)研究宏观支撑的压电催化剂设计,以提高在应力条件下的稳定性,同时增强可持续利用性;(6)耦合其他先进的氧化工艺,以加速活性物质的生产.综上,本文聚焦环境修复和能源应用,深入分析了从压电特性改善和载流子运输调节两个角度出发的多种策略在提升金属钛酸盐压电催化性能中的关键作用,并对该领域的未来发展趋势和面临的挑战进行了展望.本文旨在为高效压电催化剂的设计提供参考和借鉴.

关键词：压电催化金属钛酸盐增强策略压电响应载流子传输

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微波化学动力学

工程科学与技术 2024年第2期56卷 100-107页

作者：廖胤鸿洪涛黄卡玛西南大学电子信息工程学院重庆400715 西华师范大学电子信息工程学院四川南充637001 四川大学电子信息学院四川成都610029

微波促进化学反应具有加热速度快、效率高、选择性加热等优势,对于节能减排具有重要的意义,但在工程应用过程中存在微波功率反射大、加热不均匀和热失控等问题,限制了微波能的进一步应用。为了解决以上问题,设计出高效的微波化学反应器... 详细信息

微波促进化学反应具有加热速度快、效率高、选择性加热等优势,对于节能减排具有重要的意义,但在工程应用过程中存在微波功率反射大、加热不均匀和热失控等问题,限制了微波能的进一步应用。为了解决以上问题,设计出高效的微波化学反应器,必须在宏观上深入研究微波促进化学反应的动力学过程,将电磁场方程、热传导方程和反应动力学方程等多个微分方程相互耦合。然而,现有研究一直缺乏以上方程之间的严格耦合关系。因此,本文介绍了化学反应的极化及微波在化学反应中的耗散,建立了微波促进化学反应过程的宏观动力学耦合模型。首先,梳理了微波化学的宏观动力学耦合模型,并对该模型存在的挑战进行了总结,即现有模型缺乏微波在化学反应中的极化过程及耗散过程。其次,针对微波在化学反应中极化过程的挑战,引入了新的介电特性表征,结果表明,反应体系的介电特性由反应物浓度和生成物浓度的概率分布函数对应的1阶勒让德多项式展开式的系数决定。然后,针对微波在化学反应中耗散过程的挑战,根据能量守恒,引入了新的耗散功率公式,结果表明,微波在反应体系中的耗散由微波在反应物中的耗散、在生成物中的耗散及生成物和反应物耦合产生的耗散等部分组成。最后,通过实例,阐述了微波促进化学反应的宏观动力学应用,以推动微波化学工程化的进一步发展。

关键词：微波化学动力学多物理场极化耗散

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Ni/SiC纳米复合材料的力学性能和变形行为的分子动力学模拟

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复合材料学报 2024年

作者：马小强杨坤杰陈会涛钟国鑫刘建利蒋子仪宁夏师范学院物理与电子信息工程学院烟台大学装备与核工程学院平顶山学院电气与机械工程学院

Ni/SiC陶瓷金属基纳米复合材料具有出色的力学性能和抗辐照性能，使其成为熔盐反应堆结构材料的优选之一。本研究采用分子动力学模拟方法，研究了单轴拉伸速率和SiC体积分数对Ni/SiC纳米复合材料的拉伸力学性能的影响，并通过观察Ni/Si... 详细信息

Ni/SiC陶瓷金属基纳米复合材料具有出色的力学性能和抗辐照性能，使其成为熔盐反应堆结构材料的优选之一。本研究采用分子动力学模拟方法，研究了单轴拉伸速率和SiC体积分数对Ni/SiC纳米复合材料的拉伸力学性能的影响，并通过观察Ni/SiC纳米复合材料在单轴拉伸过程中的结构演变，揭示了该复合材料的变形机理。研究结果显示，Ni/SiC复合材料的杨氏模量与拉伸速率之间呈现半对数关系，该材料的屈服强度与拉伸速率相关，当拉伸速率小于1×109/s时，屈服强度基本保持不变，当拉伸速率超过此阈值时，屈服强度随拉伸速率增加而增大。此外，SiC体积分数对Ni/SiC复合纳米材料的拉伸力学性能也有重要影响，SiC体积分数的临界值（临界体积分数）计算结果为0.299±0.04。当SiC体积分数低于临界值时，Ni/SiC纳米复合材料的单轴拉伸性能主要由基体Ni的性质决定，且不存在应变硬化现象，其拉伸性能机理归因于Ni-Ni界面大量位错的释放而表现出优异的塑性性能。相反，当SiC体积分数超过临界值时，Ni/SiC纳米复合材料的力学行为主要受SiC影响。随着SiC体积分数的增加，应变硬化和脆性变得更加显著。最初的裂纹形成于Ni-Ni界面，并随着应变增加而扩展。Ni-Ni界面的滑移和SiC晶粒的旋转被确定为体系塑性变形的主要原因。这些发现有助于更好地理解Ni/SiC复合材料的力学性能及其潜在应用，对于熔盐反应堆结构材料的选用具有指导意义。

关键词： Ni/SiC纳米复合材料变形行为分子动力学变形机理

La对大块LaFe_(11.6)Si_(1.4)合金的相、组织的影响与优化合金的磁热性能研究

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稀有金属 2024年第1期48卷 25-34页

作者：陈湘吕文梅杨崧李炎钊陈云贵内江师范学院物理与电子信息工程学院四川内江641112 四川大学材料科学与工程学院四川成都610065

研究了添加正常化学计量情况下La质量的3%和9%作为熔损的千克级浇铸LaFe_(11.6)Si_(1.4)圆盘试样的相和组织结构。结果表明,在铸态时两个圆盘的主相均为Fe和LaFeSi相,且在添加9%的La浇铸圆盘各处试样中均能观察到La_(5)Si_(3)相;在两个... 详细信息

研究了添加正常化学计量情况下La质量的3%和9%作为熔损的千克级浇铸LaFe_(11.6)Si_(1.4)圆盘试样的相和组织结构。结果表明,在铸态时两个圆盘的主相均为Fe和LaFeSi相,且在添加9%的La浇铸圆盘各处试样中均能观察到La_(5)Si_(3)相;在两个圆盘的边缘能观察到1:13相的存在,但在1/2半径处、圆心处却不能观察到1∶13相。在1503 K热处理不同时间后,添加9%的La圆盘各处试样中Fe和LaFeSi相含量均低于添加3%的La圆盘对应试样。优化La添加量的合金圆盘(添加9%的La)热处理后,X射线衍射(XRD)图谱和扫描电子显微镜(SEM)图像证明Fe和LaFeSi相含量随热处理的时间延长而降低,观察不到在铸态试样中因冷却速率差异导致的组织偏析,且中心试样和边缘试样的相和组织结构基本相似。母合金中Fe,LaFeSi,La_(5)Si_(3)相可以在热处理过程中以某种扩散形成1:13相,但在经过10 h热处理后的优化合金中心试样中仍能观察到添加过量La而引起的La_(5)Si_(3)相。优化合金在经过5,8和10 h处理后中心试样的居里温度在191.5 K附近,在2 T磁场下对应的最大磁熵变和相对制冷能力分别为20.0,24.4,24.4 J·kg^(-1)·K^(-1)和158,183,188 J·kg^(-1),这些参数同对应的边缘试样基本相同。

关键词：千克级LaFe_(11.6)Si_(1.4)合金合金组织相关系磁热性能

Ln/Cr掺杂多晶相微晶玻璃的设计及多模自校准测温

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硅酸盐学报 2024年

作者：胡芳芳马昱昊张发林郭海浙江师范大学物理与电子信息工程学院

本工作采用熔融淬冷法合成了Ln3+/Cr3+(Ln3+=Er3+/Tm3+/Yb3+)掺杂的含β-YF3和γ-Ga2O3纳米晶的多相微晶玻璃。利用Ln3+在β-YF3纳米晶和Cr3+在γ-Ga2O3纳米晶中的富集，有效抑制了Ln3+与Cr3+之间的能量传递，从而实现多色、多模式的高... 详细信息

本工作采用熔融淬冷法合成了Ln3+/Cr3+(Ln3+=Er3+/Tm3+/Yb3+)掺杂的含β-YF3和γ-Ga2O3纳米晶的多相微晶玻璃。利用Ln3+在β-YF3纳米晶和Cr3+在γ-Ga2O3纳米晶中的富集，有效抑制了Ln3+与Cr3+之间的能量传递，从而实现多色、多模式的高效发光。分别利用Er3+和Tm3+的发光强度比I522/I543和I694/I474进行温度探测，得到的最大相对灵敏度分别为1.03%·K–1(313K)、1.45%·K–1(473 K)。此外，基于Cr3+的2E和4T2的发光强度比I615/I720和寿命进行温度探测，得到最大相对灵敏度分别为1.74%·K–1(303 K)、0.51%·K–1(496 K)。研究表明Ln3+/Cr3+共掺的多相微晶玻璃是一种极富竞争力的四模自校准测温材料。

关键词：多晶相微晶玻璃 β-YF γ-Ga O 荧光温度探测

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基于图像增强与迁移学习的破损绝缘子识别

现代电子技术 2024年第5期47卷 75-79页

作者：张庆苗海东晏永霍婷婷李艳宁夏师范学院物理与电子信息工程学院宁夏固原756099 中北大学机电工程学院山西太原030051

输电线路是电力系统中电能传输的关键,随着无人机技术和机器视觉的快速发展,为电力线路绝缘子识别提供了便捷。基于无人机拍摄的输电线路破损绝缘子图像识别,能有效降低人工巡检的成本和安全隐患。为了提高绝缘子识别精确度,提出一种基... 详细信息

输电线路是电力系统中电能传输的关键,随着无人机技术和机器视觉的快速发展,为电力线路绝缘子识别提供了便捷。基于无人机拍摄的输电线路破损绝缘子图像识别,能有效降低人工巡检的成本和安全隐患。为了提高绝缘子识别精确度,提出一种基于图像灰度均衡化和超分辨率卷积神经网络的图像增强算法。灰度均衡化算法能够改善图像的对比度,提高图像清晰度;超分辨率卷积神经网络图像增强算法实现了图像的超分辨率重建,从而使图像清晰度更高、真实度更强。通过使用VGG16作为特征提取和分类器,结合迁移学习实现模型的训练,对增强后的彩色图像数据集进行训练,进一步提高了识别精度。在权威数据集CPLID上验证了所提出算法的有效性与高识别精度,并比较了不同算法模型的精确度,所提出的深度迁移学习算法在实际应用中能有效降低人工巡检的成本和安全隐患。

关键词：破损绝缘子无人机图像识别灰度均衡化超分辨率增强卷积神经网络深度学习迁移学习

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基于第一性原理的镧掺杂氧化锌的性质研究

原子与分子物理学报 2025年第1期 169-176页

作者：王馨悦许钟华吴光成谢富焯杨坚祝辉亚陈春燕广西民族师范学院数理与电子信息工程学院

本文采用第一性原理计算方法开展La掺杂ZnO的缺陷研究，分析了La在ZnO中的不同占位缺陷：替换位和间隙位缺陷的形成能、能带和态密度；证明了La掺杂ZnO的生长过程中，La替换Zn原子形成替换位缺陷的可能性要比进入间隙位形成间隙位缺陷... 详细信息

本文采用第一性原理计算方法开展La掺杂ZnO的缺陷研究，分析了La在ZnO中的不同占位缺陷：替换位和间隙位缺陷的形成能、能带和态密度；证明了La掺杂ZnO的生长过程中，La替换Zn原子形成替换位缺陷的可能性要比进入间隙位形成间隙位缺陷大，而在形成替换位缺陷时，选择富氧的生长环境要比富锌的生长环境好，替换位缺陷有助于提高ZnO的导电能力，改善ZnO的性能.本文的研究结果能够为La掺杂ZnO的实验和应用提供一定的理论参考.

关键词：氧化锌稀土元素能带电子态密度第一性原理

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基于深度卷积神经网络的肝脏肿瘤检测算法研究

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宁夏师范学院学报 2024年第7期45卷 84-91页

作者：黄晓青马佳丽宁夏师范学院物理与电子信息工程学院宁夏固原756099

利用深度卷积神经网络对肝脏肿瘤进行检测,首先对肝脏肿瘤CT图像进行预处理,然后根据特征像素值对图像进行阈值分割,并对肿瘤区域进行标记,再使用标记好的数据集建立深度卷积神经网络模型进行训练,接着利用训练好的模型对未标记的验证... 详细信息

利用深度卷积神经网络对肝脏肿瘤进行检测,首先对肝脏肿瘤CT图像进行预处理,然后根据特征像素值对图像进行阈值分割,并对肿瘤区域进行标记,再使用标记好的数据集建立深度卷积神经网络模型进行训练,接着利用训练好的模型对未标记的验证数据集进行预测和验证,最后在测试数据集上测试模型的性能,根据测试结果,对肝脏肿瘤进行检测.通过对深度卷积神经网络算法、分水岭算法和连通域算法的检测结果进行比较,实验结果表明深度卷积神经网络算法在肿瘤检测方面具有最高的准确率和最大的F_(1)分数.说明深度卷积神经网络在肝脏肿瘤检测中具有卓越的性能,能够准确地识别肿瘤并减少误诊和漏诊的可能性.

关键词：深度卷积神经网络肿瘤检测 F_(1)分数

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单层蓝磷带电点缺陷的结构稳定性及电子性质

物理学报 2024年第13期73卷 269-276页

作者：马荣荣马晨蕊葛梅郭世祺张均锋山西师范大学物理与信息工程学院太原030031 海南师范大学物理与电子工程学院海口571158

作为一种新型的二维材料,蓝磷因其具有较高的载流子迁移率和较大的禁带宽度引起了研究者们极大的研究兴趣.近年来已有研究讨论了蓝磷中的结构缺陷,但是关于其缺陷带电性质的研究尚未见报道.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,... 详细信息

作为一种新型的二维材料,蓝磷因其具有较高的载流子迁移率和较大的禁带宽度引起了研究者们极大的研究兴趣.近年来已有研究讨论了蓝磷中的结构缺陷,但是关于其缺陷带电性质的研究尚未见报道.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,讨论了蓝磷SW(Stone Wales)缺陷、单空位(SV)缺陷、两种双空位缺陷(DV-1和DV-2)以及两种替位缺陷(OP和CP)的带电性质.利用带电缺陷体系能量依赖于晶胞尺寸的渐进表达式进行外推的方法,修正了蓝磷带电缺陷体系的形成能.研究结果表明,在所讨论的缺陷中,富O条件下OP具有最低的形成能,最稳定;而SV的离化能最小,最容易电离.引入的缺陷态会对蓝磷的禁带宽度产生影响.缺陷带电过程中,缺陷态位置变化导致绝大部分缺陷转变为深能级缺陷.本研究结果对缺陷工程在二维材料上的应用提供了一定的理论指导.

关键词：第一性原理计算蓝磷带电缺陷离化能

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