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MXene的红外特性及其应用研究展望

无机材料学报 2024年第2期39卷 162-170页

作者：巴坤王建禄韩美康复旦大学芯片与系统前沿技术研究院上海200433 复旦大学光电研究院和上海市智能光电与感知前沿科学研究基地上海200433

MXene是一大类二维过渡金属碳氮化合物,其丰富的组分、二维原子层结构、金属电导和活性表面等特性使其与不同波段的电磁波(可见光、红外、太赫兹、微波波段等)产生独特的相互作用,并衍生了多种电磁功能应用。在红外波段,MXene具有宽域... 详细信息

MXene是一大类二维过渡金属碳氮化合物,其丰富的组分、二维原子层结构、金属电导和活性表面等特性使其与不同波段的电磁波(可见光、红外、太赫兹、微波波段等)产生独特的相互作用,并衍生了多种电磁功能应用。在红外波段,MXene具有宽域的红外辐射特性,活性表面使其具备可调的红外吸收。近年来,MXene的上述性质引起了广泛研究兴趣。本文首先对不同MXene组分的本征红外辐射特性及调控策略进行了系统总结,并简要介绍其代表性红外应用,重点讨论MXene在这些应用中的贡献和作用机制,包括红外识别/伪装、表面等离激元、光热转换、红外光电探测等。最后,对MXene红外功能应用的未来发展方向进行了展望。

关键词： MXene 红外辐射光热转换热管理红外识别专题评述

包含有界切换增益的空间惯性传感器输出调节积分模型参考自适应控制

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中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 490-500页

作者：孙笑云吴树范沈强上海交通大学航空航天学院上海200240 上海市引力波探测前沿科学研究基地上海200240

基于输出调节的多变量模型参考自适应控制(model reference adaptive control,MRAC)用于解决系统状态不可直接获取时,多变量系统向参考系统的稳定输出跟踪问题.在空间引力波探测航天器内部惯性传感器静电悬浮控制中,考虑到其作为航天器... 详细信息

基于输出调节的多变量模型参考自适应控制(model reference adaptive control,MRAC)用于解决系统状态不可直接获取时,多变量系统向参考系统的稳定输出跟踪问题.在空间引力波探测航天器内部惯性传感器静电悬浮控制中,考虑到其作为航天器平台惯性基准的稳定需求,双质量块动力学中存在的不连续干扰影响,以及应对不同工作模式的瞬态切换,提出一种基于积分输出调节MRAC的静电悬浮控制方案,引入有界的切换自适应校正增益及自适应积分修正项,用于系统不连续情况下的抗输入饱和、瞬态抑制及惯性传感器非敏感轴各自由度向参考状态的稳定逼近.基于Filippov集与广义梯度的Lyapunov分析验证该方案下,不连续系统中各闭环信号的收敛性,数值仿真验证样例空间引力波探测航天器中,作为关键载荷的双质量块空间惯性传感器各非敏感轴自由度针对位移噪声及残余加速度及切换瞬态的良好抑制效果.

关键词：静电悬浮控制空间引力波探测惯性传感器模型参考自适应控制不连续系统有界切换增益

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融合多光谱影像的高光谱影像厚云去除方法

测绘学报 2022年第4期51卷 612-621页

作者：王蓝星王群明童小华同济大学测绘与地理信息学院上海200092 上海市数字光学前沿科学研究基地上海200092

云遮挡对高光谱影像的应用造成了不可忽视的影响。现有云去除方法通常利用时域近邻的同源影像提供辅助信息。然而,高光谱影像(如GF-5和EO-1高光谱影像)较低的时间分辨率导致同源辅助影像中可能存在较大的地物覆盖变化。时间分辨率更高... 详细信息

云遮挡对高光谱影像的应用造成了不可忽视的影响。现有云去除方法通常利用时域近邻的同源影像提供辅助信息。然而,高光谱影像(如GF-5和EO-1高光谱影像)较低的时间分辨率导致同源辅助影像中可能存在较大的地物覆盖变化。时间分辨率更高的多光谱影像(如Landsat 8 OLI影像)能提供时间上更接近于高光谱云影像的辅助信息,从而减少地物覆被变化带来的影响。为应对高光谱和多光谱波段之间差异较大的问题,本文基于空谱随机森林(spatial-spectral-based random forest,SSRF)方法,提出一种利用多光谱影像(Landsat 8 OLI影像)对高光谱影像进行厚云去除的方法,将其简记为SSRF_M。SSRF_M较强的非线性拟合能力使其能够综合利用多光谱影像所有波段的有效数据对各个高光谱波段进行重建。本文使用GF-5和EO-1高光谱影像进行模拟云去除试验,视觉和定量评价结果均表明,与利用时间间隔更长的同源辅助影像的方法相比,本文方法能获得更高精度的云下信息重建结果。

关键词：高光谱影像厚云去除 GF-5 Landsat 8 EO-1 空谱随机森林

基于改进Kinky Inference的输出调节自适应无拖曳控制

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北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1604-1613页

作者：孙笑云沈强吴树范上海市引力波探测前沿科学研究基地上海200240 上海交通大学航空航天学院上海200240

在空间引力波探测任务中,航天器内部检验质量因存在载荷硬件噪声、环境噪声及微推力器耦合噪声等复杂干扰,影响其无拖曳控制精度,难以实现超净、超稳控制需求。提出一种基于惰性适配Lipschitz常数Kinky Inference (LACKI)的航天器自适... 详细信息

在空间引力波探测任务中,航天器内部检验质量因存在载荷硬件噪声、环境噪声及微推力器耦合噪声等复杂干扰,影响其无拖曳控制精度,难以实现超净、超稳控制需求。提出一种基于惰性适配Lipschitz常数Kinky Inference (LACKI)的航天器自适应无拖曳控制方法,运用监督学习规则实现先验知识不足、样本数据存在损坏时外界干扰的逼近和抑制,及基于输出调节的模型参考自适应控制(MRAC)方法实现检验质量精确的无拖曳控制。数值仿真验证了无拖曳控制中敏感轴平动和转动自由度的状态响应性能及LACKI规则针对外界干扰的估计效果,通过与常规线性控制方法的对比,验证了所提方法对于提高无拖曳控制精度的有效性。

关键词：监督学习 Lipschitz估计模型参考自适应控制无拖曳控制输出调节 Kinky Inference

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基于干扰观测器的空间惯性传感器自适应控制

北京航空航天大学学报 2023年第10期49卷 2799-2806页

作者：付海清吴树范刘梅林孙笑云上海市引力波探测前沿科学研究基地上海200240 上海交通大学航空航天学院上海200240

针对空间引力波探测航天器内部惯性传感器超高精度控制问题,提出一种基于干扰观测器的自适应控制方案,应用于探测航天器内部双检验质量静电悬浮控制,为探测任务提供高精度惯性基准。基于对系统附加干扰的观测与反馈,来设计干扰观测器实... 详细信息

针对空间引力波探测航天器内部惯性传感器超高精度控制问题,提出一种基于干扰观测器的自适应控制方案,应用于探测航天器内部双检验质量静电悬浮控制,为探测任务提供高精度惯性基准。基于对系统附加干扰的观测与反馈,来设计干扰观测器实现对系统驱动噪声及非驱动噪声的分别估计;基于反步控制结构设计,基于神经网络的自适应反馈控制器,实现闭环噪声抑制与传感器电压驱动的非线性不确定性逼近。利用Lyapunov方法分析各闭环信号的收敛性,通过数值仿真来验证所提方案相比传统控制方案有更好地的稳定性,在探测频段内,非敏感轴各自由度闭环位移噪声水平达到10^(-15)m/s^(2)/Hz^(1/2)量级,残余加速度噪声水平达到10^(-14)m/s^(2)/Hz^(1/2)量级。相比常规状态反馈控制方案,噪声抑制性能提升约60%。

关键词：空间引力波探测静电悬浮控制惯性传感器干扰观测器自适应控制

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基于LMI的输出跟踪自适应鲁棒无拖曳控制

航空学报 2023年第S1期44卷 48-58页

作者：孙笑云吴树范沈强上海交通大学航空航天学院上海200240 上海市引力波探测前沿科学研究基地上海200240

针对空间引力波探测航天器平台稳定姿态控制问题,提出一种改进的多变量模型参考自适应控制(MRAC)方案,应用于探测航天器平台无拖曳控制回路中,实现控制系统闭环鲁棒性的提升,抑制与系统输入相匹配的有界附加干扰和参数不确定性。考虑系... 详细信息

针对空间引力波探测航天器平台稳定姿态控制问题,提出一种改进的多变量模型参考自适应控制(MRAC)方案,应用于探测航天器平台无拖曳控制回路中,实现控制系统闭环鲁棒性的提升,抑制与系统输入相匹配的有界附加干扰和参数不确定性。考虑系统状态不易直接获得,MRAC方案的设计基于输出反馈和输出调节;为提高闭环系统鲁棒性,设计自适应修正项,该修正项的得出基于通过稳定性分析构造的线性矩阵不等式组(LMIs)的解。基于Lyapunov方法的稳定性分析验证了各信号的闭环稳定性,数值仿真验证了无拖曳自由度在面临非线性不确定性和附加干扰时的良好鲁棒性。

关键词：输出跟踪鲁棒控制模型参考自适应控制无拖曳控制空间引力波探测

基于极化力场的典型分子铁电体分子动力学模拟研究

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Chinese Journal of Chemical Physics 2023年第1期36卷 75-84,I0022-I0024,I0002页

作者：王睿宁徐锋桂雄飞李永乐上海大学物理系上海200444 上海大学量子与分子结构国际中心上海200444 上海大学上海市量子与超导新物态前沿科学研究基地上海200444

分子铁电体是一类具有较高应用前景的铁电材料,具有环境友好性、灵活性和低成本等优点、本文通过基于极化晶体电荷的分子动力学方法模拟了一组典型的分子铁电材料.根据模拟结果,阐明了它们的铁电翻转机理及其磁滞回线.本课题组近期开发... 详细信息

分子铁电体是一类具有较高应用前景的铁电材料,具有环境友好性、灵活性和低成本等优点、本文通过基于极化晶体电荷的分子动力学方法模拟了一组典型的分子铁电材料.根据模拟结果,阐明了它们的铁电翻转机理及其磁滞回线.本课题组近期开发的包含量子电极化效应的极化晶体电荷模型,非常适用于研究分子铁电材料.本文对典型的分子离子铁电体,二异丙基卤化铵(DIPAX,X=C(C1),B(Br)和I(I))以及两种新开发的有机分子铁电体(亚水杨基苯胺以及(-)-樟脑酸)共五个体系进行了模拟.研究结果表明基于极化晶体电荷的分子动力学具有高效性和可靠性,它不仅阐明了所研究的分子铁电体的铁电翻转机制,而且扩展了极化晶体电荷的分子动力学的应用范围.总之,极化晶体电荷的分子动力学方法在利用计算机模拟分子铁电体的铁电特性和相关机制的研究中提供了-种有效的手段,也将促进对新型分子铁电体的进一步探索.

关键词：分子铁电体极化电荷分子动力学模拟现代极化理论

基于范德华材料的偏振探测器及性能增强方法(特邀)

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光子学报 2024年第7期53卷 1-20页

作者：王菁焦韩雪陈艳伍帅琴王旭东张书魁褚君浩王建禄中国科学院上海技术物理研究所上海200083 复旦大学光电研究院上海市智能光电与感知前沿科学研究基地上海200433

随着高分辨率成像、信息通信、量子计算等先进技术对光电探测精度和效率的需求日益增长,偏振光探测作为光电技术的一个重要分支,正面临着前所未有的挑战和机遇。本文全面综述了基于范德华二维材料的偏振光电探测技术的最新进展,尤其聚... 详细信息

随着高分辨率成像、信息通信、量子计算等先进技术对光电探测精度和效率的需求日益增长,偏振光探测作为光电技术的一个重要分支,正面临着前所未有的挑战和机遇。本文全面综述了基于范德华二维材料的偏振光电探测技术的最新进展,尤其聚焦于通过表面等离激元、铁电场调控以及转角材料等三种先进策略来显著提高偏振探测性能的创新方法。表面等离激元技术通过局域和传播等离激元共振增强光与材料的相互作用,显著提升了偏振探测的灵敏度和选择性。铁电场调控利用铁电材料的自发极化和局域电场,有效调节探测器件的载流子浓度和光电性能,为实现高效率和低能耗偏振探测提供了新的途径。转角材料通过调整双层二维材料之间的相对角度,引入电子结构和光学性质的可调控性,开辟了偏振探测新领域。最后展望了这些策略在未来偏振光电探测技术发展中的应用前景,强调了材料科学和微纳加工技术的综合应用将为实现高性能偏振探测器件提供强大的支持。

关键词：光电探测器偏振探测二维材料等离激元铁电局域场转角范德华材料

溶液法制备AgBi_(2)I_(7)薄膜及其光电探测性能研究

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无机材料学报 2023年第9期38卷 1055-1061,I0001,I0002页

作者：胡盈李自清方晓生复旦大学材料科学系聚合物分子工程国家重点实验室上海200433 复旦大学光电研究院上海市智能光电与感知前沿科学研究基地上海200433

AgBi_(2)I_(7)薄膜具有良好的光电特性和环境稳定性,是构筑异质结紫外光电探测器的有力候选材料之一。本研究采用溶液法制备AgBi_(2)I_(7)薄膜,通过优化前驱体溶液的浓度和溶剂类型(正丁胺和二甲基亚砜)等工艺参数,研究了其光电探测性... 详细信息

AgBi_(2)I_(7)薄膜具有良好的光电特性和环境稳定性,是构筑异质结紫外光电探测器的有力候选材料之一。本研究采用溶液法制备AgBi_(2)I_(7)薄膜,通过优化前驱体溶液的浓度和溶剂类型(正丁胺和二甲基亚砜)等工艺参数,研究了其光电探测性能。采用最优方案在宽带隙的GaN上制备AgBi_(2)I_(7)薄膜,构建AgBi_(2)I_(7)/GaN异质结。该异质结对UVA射线具有良好的选择性探测(探测半峰宽约30 nm)。在3 V偏压和350 nm紫外光照射下,器件开关比超过5个数量级,达到27.51 A/W的高响应度和1.53×10^(14)Jones的高探测率。研究表明溶液法制备的AgBi_(2)I_(7)薄膜有望应用于构建高性能的异质结紫外光电探测器。

关键词： AgBi_(2)I_(7)薄膜溶液法异质结紫外光电探测