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道路交通系统数字孪生:概念、成熟度分级与研究展望

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中国公路学报 2024年第7期37卷 218-236页

作者：孙剑秦国阳同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

数字孪生的概念和技术的兴起为建立物理和虚拟空间融合交互的道路交通系统提供了关键的理论框架和技术指引,因此受到国内外学术界、工业界和政府部门的广泛关注。然而,在研究和应用过程中,道路交通系统数字孪生存在以下突出问题:①概念... 详细信息

数字孪生的概念和技术的兴起为建立物理和虚拟空间融合交互的道路交通系统提供了关键的理论框架和技术指引,因此受到国内外学术界、工业界和政府部门的广泛关注。然而,在研究和应用过程中,道路交通系统数字孪生存在以下突出问题:①概念有待明晰;②孪生对象有待明确;③能力成熟度分级有待制定;④支撑数字孪生的新交通技术研究有待加强。为此,首先系统梳理并界定道路交通系统数字孪生的对象和概念,进一步提出道路交通系统数字孪生“可视-可诊-可管-可优”四级成熟度VDMO模型。以典型应用场景为切入点,系统分析了四级成熟度模型对应的研究进展、科学问题和关键技术。最后,从可持续发展和工程实践应用的视角,总结了道路交通系统数字孪生未来应用挑战和展望。该综述可为道路交通系统数字孪生的技术研究,工程实践及其可持续发展提供重要参考。

关键词：交通工程道路交通系统综述数字孪生成熟度模型交通仿真管控优化

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混合矢量偏振态对自动紧聚焦光束的焦场调控

光学学报 2024年第13期44卷 279-285页

作者：黄铭帅郭兆金闫嘉龙魏冰妍李鹏刘圣赵建林西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室陕西省光信息技术重点实验室

自动紧聚焦光束可以大幅度增强焦场的纵向分量，具有“8字”型偏振投影的混合矢量光场则会有效地消除纵向场。二者结合能否达到中和的效果值得研究。本文研究了具有这种“8字”型偏振结构的自动紧聚焦光束的聚焦特性，分析了“8字”型... 详细信息

自动紧聚焦光束可以大幅度增强焦场的纵向分量，具有“8字”型偏振投影的混合矢量光场则会有效地消除纵向场。二者结合能否达到中和的效果值得研究。本文研究了具有这种“8字”型偏振结构的自动紧聚焦光束的聚焦特性，分析了“8字”型偏振结构中偏振阶数、基矢以及交叉点偏振态等参量对焦场的影响。结果表明，焦场中心区域的横向偏振态与交叉点一致，由此可以控制焦场的横向偏振态；通过增加阶数可以削弱焦平面中的纵向场；“8字”型偏振结构可以使焦场中心处的纵向分量为零，离轴区域的纵向场则大幅减弱，其占比和峰值强度可由偏振阶数和交叉点控制。相关结果有望在光学成像、光操控、光学加工等领域得到应用。

关键词：矢量光束自聚焦光束紧聚焦纵向场

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缺陷对石墨烯热传导性质影响的模拟研究

工程热物理学报 2024年第6期45卷 1767-1772页

作者：陈斌马维刚清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

石墨烯作为新型高导热材料,在微器件散热领域具有极大的应用潜力。本文通过第一性原理计算分别研究了N、O修饰及N掺杂等三种类型缺陷对石墨烯热传导性质的影响。结果表明,添加缺陷后石墨烯热导率降低程度为N修饰>O修饰>N掺杂,三种缺陷... 详细信息

石墨烯作为新型高导热材料,在微器件散热领域具有极大的应用潜力。本文通过第一性原理计算分别研究了N、O修饰及N掺杂等三种类型缺陷对石墨烯热传导性质的影响。结果表明,添加缺陷后石墨烯热导率降低程度为N修饰>O修饰>N掺杂,三种缺陷下室温热导率分别为60.7 W/(m·K)、81.2 W/(m·K)和2180 W/(m·K)。添加缺陷后低频声子弛豫时间显著降低,石墨烯晶体的严格周期性排列被破坏而造成的声子散射率增加是热导率大幅下降的主要原因。

关键词：石墨烯热导率声子缺陷第一性原理

旋流雾化火焰合成稀土掺杂氧化钇的结构形貌和光电性能调控研究

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工程热物理学报 2024年第2期45卷 569-575页

作者：雷舒婷张易阳李水清清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

稀土元素掺杂的钇基纳米颗粒在荧光发光、激光晶体和透明陶瓷等领域具有广阔的应用前景。本文针对Ce,Nd,Yb和La四种稀土元素,采用旋流雾化火焰合成方法,实现了一步连续合成Re:Y_(2)O_(3)(Re=Ce,Nd,Yb,La)纳米颗粒,并对合成的纳米颗粒形... 详细信息

稀土元素掺杂的钇基纳米颗粒在荧光发光、激光晶体和透明陶瓷等领域具有广阔的应用前景。本文针对Ce,Nd,Yb和La四种稀土元素,采用旋流雾化火焰合成方法,实现了一步连续合成Re:Y_(2)O_(3)(Re=Ce,Nd,Yb,La)纳米颗粒,并对合成的纳米颗粒形貌结构及光电性能进行了探究。结果表明所合成的纳米颗粒粒径均匀分布(约10 nm),结晶度良好,呈立方相。掺杂引起的晶胞畸变程度与掺杂元素的离子半径成正相关。不同稀土掺杂元素均导致材料的相对介电常数和介电损失增高。在200~2000 nm波长范围内,1%Yb元素掺杂带来的光谱吸收比增高最多,增高至22.83%。5%La元素掺杂带来的光谱吸收比增高最低,为14.92%。此外,5%La掺杂使得禁带宽度下降至4.53 e V,导致其在紫外区间内的光学吸收大幅增加。

关键词：火焰合成稀土掺杂氧化钇纳米颗粒光电性能

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不同层数石墨烯的光热显微成像

物理化学学报 2024年第5期40卷 55-59页

作者：都安邦王源璠魏志弘张东旭李理杨炜青孙千璐赵丽丽徐伟高田玉玺南京大学化学化工学院介观化学教育部重点实验室江苏省机动车排放控制重点实验室南京210023

二维层状材料(石墨烯、二维过渡金属硫族化合物等)因具有独特的物理性质,引起了研究学者们的广泛关注,极大促进了化学、材料科学和凝聚态物理学的发展。开发能够探究层状材料中层数依赖的光学、电学、力学和热学特性的新技术一直是二维... 详细信息

二维层状材料(石墨烯、二维过渡金属硫族化合物等)因具有独特的物理性质,引起了研究学者们的广泛关注,极大促进了化学、材料科学和凝聚态物理学的发展。开发能够探究层状材料中层数依赖的光学、电学、力学和热学特性的新技术一直是二维材料领域最活跃的研究方向之一。光热显微镜利用光激发后非辐射跃迁产生的热效应,可实现在单个颗粒或单分子水平上成像与检测,并实时捕捉微观尺度热弛豫和热传输过程。本文对比研究了石墨烯薄片在不同光热介质(空气、甘油)中随厚度变化的光热特性,发现了在两种介质中光热信号强度与样品厚度之间均存在非线性依赖关系。相比于空气介质,甘油介质中光热信号强度具有更高的对比度,且随着厚度增加表现出非单调变化。该研究提供了不同介质环境中不同层数石墨烯光吸收和热弛豫特征的细节信息,相关研究结论将为层状材料及其异质结的热学性质研究提供依据。

关键词：石墨烯光热显微成像层数依赖光吸收非辐射弛豫

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40~90 nm波段极紫外多层膜研究进展

光学精密工程 2024年第9期32卷 1293-1306页

作者：来搏蒋励齐润泽王占山同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所先进微结构材料教育部重点实验室上海200092

极紫外多层膜反射镜在许多科学与技术领域,如极紫外光刻、天体物理学、等离子体诊断、阿秒物理和自由电子激光等方面有重要应用。多层膜使极紫外波段反射镜在正入射条件下具有高反射率和窄带宽成为可能。多层膜反射镜是极紫外成像和光... 详细信息

极紫外多层膜反射镜在许多科学与技术领域,如极紫外光刻、天体物理学、等离子体诊断、阿秒物理和自由电子激光等方面有重要应用。多层膜使极紫外波段反射镜在正入射条件下具有高反射率和窄带宽成为可能。多层膜反射镜是极紫外成像和光谱应用的重要器件,多层膜构成的极紫外成像系统已成功完成多个太阳单一谱线的成像观测。本文综述了40~90 nm波段最有前景的多层膜的研究进展。首先简要介绍了多层膜的基本原理,叙述了40~90 nm波段材料光学常数的测量,总结了Mg基、Sc基和镧系材料以及其他材料组成多层膜的进展,给出了目前达到的最佳反射率和带宽,阐明了多层膜的时间稳定性,从而为40~90 nm波段多层膜制备提供了技术指导。

关键词：光学薄膜极紫外多层膜窄带高反射

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Co-Ni/MgO催化剂上低温甲烷二氧化碳干重整研究

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工程热物理学报 2024年第6期45卷 1735-1742页

作者：杨桐冉景煜黄鑫欧志良邱华禹重庆大学能源与动力工程学院低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044

采用溶胶凝胶法制备Ni/MgO和Co-Ni/MgO催化剂,考察了催化剂在甲烷二氧化碳低温干重整反应中的性能。结果表明1%Co-10%Ni/Mg O催化剂拥有较高的CH_(4)、CO_(2)转化率以及最高的H_(2)/CO,且在450℃下反应20 h后该催化剂的CH_(4)、CO_(2)... 详细信息

采用溶胶凝胶法制备Ni/MgO和Co-Ni/MgO催化剂,考察了催化剂在甲烷二氧化碳低温干重整反应中的性能。结果表明1%Co-10%Ni/Mg O催化剂拥有较高的CH_(4)、CO_(2)转化率以及最高的H_(2)/CO,且在450℃下反应20 h后该催化剂的CH_(4)、CO_(2)转化率以及H_(2)/CO仍高于Ni/Mg O催化剂,且积碳量比Ni/MgO催化剂少4.3%。通过XRD、H_(2)-TPR、TEM、SEM、TG、RAMAN等表征分析发现适量Co的添加有利于提升催化剂表面活性组分的分散度和粒径,减少催化剂颗粒的团簇,且能抑制积碳的形成。通过对干重整反应过程中反应物表观活化能的计算,发现适量Co的添加能降低反应物的表观活化能,有利于提升Ni/MgO催化剂的低温甲烷干重整反应性能。

关键词：镍钴氧化镁低温干重整积碳

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纳米孔内的吸附过程及其动力学特性研究

工程热物理学报 2024年第1期45卷 157-162页

作者：何转桃吴春梅李友荣重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室能源与动力工程学院重庆400044

为了阐明气体在纳米多孔结构内的吸附及动力学过程,采用分子动力学方法建立了纳米多孔材料的吸附与解吸模型,探究了氩气在多孔结构表面的吸附特性,并对其吸附与解吸的动力学特性进行了分析。结果表明:纳米孔内的吸附机制有两种:一是吸... 详细信息

为了阐明气体在纳米多孔结构内的吸附及动力学过程,采用分子动力学方法建立了纳米多孔材料的吸附与解吸模型,探究了氩气在多孔结构表面的吸附特性,并对其吸附与解吸的动力学特性进行了分析。结果表明:纳米孔内的吸附机制有两种:一是吸附层生长过程中,相对壁面的吸附层不断靠近后孔内发生的液体桥接。二是孔隙内发生毛细管凝结后引起的弯月面推进。低压比时,吸附层持续增长,压比增加时孔隙内观察到液体桥接效应,由于液膜表面不稳定出现液桥的生长与收缩断裂;高压比时,纳米孔入口附近形成稳定的液桥,孔隙内出现空腔,空腔内的快速吸附可导致液体的二次桥接,这种现象不断重复直至空腔被填满。另外,解吸过程是在弯月面后退和空化作用下进行的。

关键词：纳米孔吸附解吸动力学液桥

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碳纳米管吸附CHF_(3)的分子模拟研究

工程热物理学报 2024年第6期45卷 1679-1689页

作者：刘浏刘朝刘浪李期斌重庆大学能源与动力工程学院低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044

有机朗肯循环中工质可能发生热分解,分解产物对循环性能产生较大影响。本文提出采用多孔材料对热解气体产物进行吸附的方法,以减小工质热解对系统性能的负面影响。采用巨正则蒙特卡洛模拟研究了工质HFO-1234yf主要分解产物CHF_(3)气体... 详细信息

有机朗肯循环中工质可能发生热分解,分解产物对循环性能产生较大影响。本文提出采用多孔材料对热解气体产物进行吸附的方法,以减小工质热解对系统性能的负面影响。采用巨正则蒙特卡洛模拟研究了工质HFO-1234yf主要分解产物CHF_(3)气体在碳纳米管(CNT)中的吸附特性,探究了CNT直径、温度及电荷对吸附的影响。结果表明,(6,6)CNT有着较高CHF_(3)饱和吸附量(2.06 mol·kg^(-1))以及极高的选择系数,但直径较大的CNT更偏向吸附工质HFO-1234yf;温度的升高导致(6,6)CNT对CHF_(3)的吸附量以及选择系数下降;同时带0.05e正电荷的CNT对CHF_(3)吸附量增加近50%,选择系数也有极大提升。

关键词：有机朗肯循环工质热解吸附碳纳米管