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多孔碳纳米纤维负载铜铂合金催化剂的制备及电催化析氢性能

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高等学校化学学报 2024年第6期45卷 120-129页

作者：陈鑫刘婧媛于静哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150001

通过静电纺丝和分阶段热处理方法,在多孔碳纳米纤维(PCNFs)上制备了一系列不同合金比例的PtCu纳米合金催化剂,研究了合金颗粒表面形貌和Cu-Pt-Cu结构对析氢反应(HER)的影响.结果表明,PtCu添加摩尔比为1∶2时可获得最佳析氢性能,在酸性... 详细信息

通过静电纺丝和分阶段热处理方法,在多孔碳纳米纤维(PCNFs)上制备了一系列不同合金比例的PtCu纳米合金催化剂,研究了合金颗粒表面形貌和Cu-Pt-Cu结构对析氢反应(HER)的影响.结果表明,PtCu添加摩尔比为1∶2时可获得最佳析氢性能,在酸性条件下电流密度为10 mA/cm^(2)时,过电位为37 mV,拥有良好的长期稳定性.研究结果为PCNFs负载过渡金属与Pt的二元合金纳米催化剂的制备提供了一种新的方法.

关键词：静电纺丝多孔碳纤维铜铂合金析氢反应

二维半导体R57-BN作为钠离子电池阳极材料的理论研究

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高等学校化学学报 2024年第6期45卷 107-119页

作者：王文春马天赐刘春生南京邮电大学电子与光学工程学院南京210023

预测了一种由硼氮元素组成的五边形、七边形二维半导体结构——R57-BN,并基于第一性原理计算对R57-BN作为钠离子电池阳极材料的电化学性能进行了研究.结果表明, R57-BN具有良好的动力学和热力学稳定性,其用作钠离子电池阳极时具有很高... 详细信息

预测了一种由硼氮元素组成的五边形、七边形二维半导体结构——R57-BN,并基于第一性原理计算对R57-BN作为钠离子电池阳极材料的电化学性能进行了研究.结果表明, R57-BN具有良好的动力学和热力学稳定性,其用作钠离子电池阳极时具有很高的理论比容量(662.40 mA·h/g).钠在R57-BN表面的扩散势垒低至0.55 eV,保证了R57-BN的快速充放电性能.此外,吸附钠原子后, R57-BN表现出由半导体向金属性质的转变,保证了其良好的导电性.同时,R57-BN具有较低的平均开路电压(0.50 V),符合阳极材料的合理电压范围(0.1~1.0 V).该研究表明,单层R57-BN具有作为钠离子电池阳极材料的潜力,为开发储钠阳极材料提供一个良好的研究思路.

关键词：第一性原理二维材料电极材料金属离子电池

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微波技术在食品和农产品加工中应用研究进展

农业工程学报 2024年第6期40卷 14-28页

作者：郑先哲张雨涵刘成海沈柳杨赵兴隆薛亮亮东北农业大学工程学院哈尔滨150030

微波加热技术具有速度快、可控性高等特点,在食品和农产品的热加工过程中具有较强的应用潜力。该文在分析微波加热原理的基础上,从技术应用、设备研制和仿真研究等方面介绍微波加热应用现状,如在农产品干燥、杀菌、萃取和膨化等方面进... 详细信息

微波加热技术具有速度快、可控性高等特点,在食品和农产品的热加工过程中具有较强的应用潜力。该文在分析微波加热原理的基础上,从技术应用、设备研制和仿真研究等方面介绍微波加热应用现状,如在农产品干燥、杀菌、萃取和膨化等方面进行深入研究和应用。指出微波加热在机理解析、工艺局限性、加热不均匀性和能量利用低等问题,尤其是微波场对物料内极性成分作用机制的研究深度、微波加热时在物料内温度和水分分布的不均匀性规律定量表征等方面,严重影响产品质量稳定性和能量充分利用。从揭示微波在加热腔体内传递和物料内吸收的机理,提高微波加热均匀性和改善加工质量,以及研制智能化工业用微波加工设备等方面,指出微波加热技术在食品和农产品加工中应用热点研究方向。针对微波加热技术在农产品和食品加工中科学问题、技术需求和设备现状,为发挥技术优势、拓展应用领域,该文提出微波加热理论研究与技术应用的发展趋势,以期提高微波热加工技术工业化应用适用性、保证产品质量和能量利用率。

关键词：微波加工食品农产品均匀性能耗

基于ViT-改进YOLOv7的稻田杂草识别

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农业工程学报 2024年第10期40卷 185-193页

作者：陈学深吴昌鹏党佩娜张恩造陈彦学汤存耀齐龙华南农业大学工程学院广州510642

为解决光线遮蔽、藻萍干扰以及稻叶尖形状相似等复杂环境导致稻田杂草识别效果不理想问题,该研究提出一种基于组合深度学习的杂草识别方法。引入MSRCP(multi-scale retinex with color preservation)对图像进行增强,以提高图像亮度及对... 详细信息

为解决光线遮蔽、藻萍干扰以及稻叶尖形状相似等复杂环境导致稻田杂草识别效果不理想问题,该研究提出一种基于组合深度学习的杂草识别方法。引入MSRCP(multi-scale retinex with color preservation)对图像进行增强,以提高图像亮度及对比度;加入ViT分类网络去除干扰背景,以提高模型在复杂环境下对小目标杂草的识别性能。在YOLOv7模型中主干特征提取网络替换为GhostNet网络,并引入CA注意力机制,以增强主干特征提取网络对杂草特征提取能力及简化模型参数计算量。消融试验表明:改进后的YOLOv7模型平均精度均值为88.2%,较原YOLOv7模型提高了3.3个百分点,参数量减少10.43 M,计算量减少66.54×109次/s。识别前先经过MSRCP图像增强后,与原模型相比,改进YOLOv7模型的平均精度均值提高了2.6个百分点,光线遮蔽、藻萍干扰以及稻叶尖形状相似的复杂环境下平均精度均值分别提高5.3、3.6、3.1个百分点,加入ViT分类网络后,较原模型平均精度均值整体提升了4.4个百分点,光线遮蔽、藻萍干扰一级稻叶尖形状相似的复杂环境下的平均精度均值较原模型整体提升了6.2、6.1、5.7个百分点。ViT-改进YOLOv7模型的平均精度均值为92.6%,相比于YOLOv5s、YOLOXs、MobilenetV3-YOLOv7、YOLOv8和改进YOLOv7分别提高了11.6、10.1、5.0、4.2、4.4个百分点。研究结果可为稻田复杂环境的杂草精准识别提供支撑。

关键词：机器视觉深度学习 YOLOv7 ViT 稻田杂草识别

复合助剂对低温喷雾干燥蓝靛果粉理化性质的影响

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农业工程学报 2024年第2期40卷 93-106页

作者：郑先哲鲁天麟陈启明张雨涵沈柳杨付科森朱海辉柏才宇东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为保证低温喷雾干燥后蓝靛果粉品质,采用黄金分割法研究复合助剂(麦芽糊精、β-环糊精和乳清蛋白)对喷雾干燥蓝靛果粉理化性质的影响,分析低温进风温度(50~90℃)对蓝靛果粉花青素保留率、集粉率和含水率的影响规律。结果表明,在麦芽糊... 详细信息

为保证低温喷雾干燥后蓝靛果粉品质,采用黄金分割法研究复合助剂(麦芽糊精、β-环糊精和乳清蛋白)对喷雾干燥蓝靛果粉理化性质的影响,分析低温进风温度(50~90℃)对蓝靛果粉花青素保留率、集粉率和含水率的影响规律。结果表明,在麦芽糊精、β-环糊精的质量比例为85.4%、14.6%时,集粉率高达37.96%;随进料溶液中麦芽糊精质量比例增加,蓝靛果粉玻璃化转变温度、水溶性指数、堆积密度、亮度L^(*)值、红度a^(*)值和色差值ΔE呈增加趋势,含水率、花青素含量和黄度b^(*)值呈下降趋势;在麦芽糊精、β-环糊精和乳清蛋白质量比例为72.9%、12.5%、14.6%时,集粉率达到最高(40.11%);随料液中乳清蛋白质量比例增加,蓝靛果粉含水率、花青素含量呈上升趋势,其玻璃化转变温度、水溶性指数、亮度L^(*)值、红度a^(*)值、黄度b^(*)值和色差值ΔE等指标呈下降趋势;复合助剂显著提高蓝靛果粉集粉率(P<0.05),对其中的花青素起到较强保护作用,其含水率、水溶性指数、堆积密度等理化指标均接近于最优水平。低温喷雾干燥研究发现,随进风温度上升,集粉率和含水率呈负相关,在进风温度90℃时,集粉率最高的配方中可实现较高花青素保留率(89.94%)。低频核磁共振波谱以及质子密度图像信息分析表明,加入的助剂与蓝靛果果汁中水分通过氢键、静电结合力和疏水作用等分子间作用力,形成稳定性高水合物、增强液滴聚结抵抗力,提高料液玻璃态转换温度,从而实现高集粉率和高花青素保留率的蓝靛果果粉低温喷雾干燥;红外光谱分析表明,复合助剂可在蓝靛果果粉中形成分子间氢键,并对花青素等活性物质进行固定包埋保护。研究结果可为蓝靛果粉喷雾干燥加工生产提供理论支撑和参考依据。

关键词：干燥理化特性低温喷雾干燥复合助剂蓝靛果黄金分割法花青素核磁共振

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自适应振动式稻田株间柔性机械除草性能试验

吉林大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 375-384页

作者：陈学深熊悦淞程楠马旭齐龙华南农业大学工程学院广州510642

为解决现有稻田株间机械除草作业性能严重依赖机具对行质量的问题,设计了一种无需避苗作业的株间除草机。该机采用双排柔性刷指作为除草部件,前排除草部件纵向梳刷拉拔杂草,同时对梳刷后稻株倒伏状态进行自动识别。后排除草部件横向振... 详细信息

为解决现有稻田株间机械除草作业性能严重依赖机具对行质量的问题,设计了一种无需避苗作业的株间除草机。该机采用双排柔性刷指作为除草部件,前排除草部件纵向梳刷拉拔杂草,同时对梳刷后稻株倒伏状态进行自动识别。后排除草部件横向振动拨耙杂草,同时根据前排识别结果实时控制振动作业的启停,用以兼顾除草率与伤苗率。基于触觉感知方法建立了稻株倒伏识别系统,通过气压传感器的电位变化获取稻株根系与前排刷指相互作用的力学反馈数据,以电位峰度及均值为辨识特征,基于支持向量机构建稻株倒伏与未倒伏辨识模型,实现稻株倒伏自动识别。应用液压马达构建了后排除草部件的横向振动系统,对前排除草部件作用下已倒伏稻株停止振动作业,实现振动作业的自适应控制。稻株倒伏识别田间试验表明:稻株倒伏识别精度为83.11%。除草模式对比试验结果表明:无感知振动模式的除草率为58.11%,伤苗率为21.39%;无感知无振动模式的除草率为27.89%,伤苗率为4%;有感知振动模式的除草率为56.17%,伤苗率为5.83%。综合试验结果可知,有感知振动除草模式更适宜稻田株间杂草机械防控的生产要求。

关键词：农业工程与信息技术水稻机械除草株间辨识

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侧深施肥直斜偏置式免耕播种开沟器设计与试验

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农业工程学报 2024年第11期40卷 26-37页

作者：赵淑红刘佳明赵国鹏田哲名杨悦乾东北农业大学工程学院哈尔滨150030

采用侧深施肥技术,施肥铲作业后播种带两侧土壤高度不一致,易加剧播种机横向偏摆,进而导致播种深度均匀性和播种横向一致性较差。为解决上述问题,该研究设计了一种直斜偏置式免耕播种开沟器。该开沟器主要由切土斜刃、挡土定位板、偏置... 详细信息

采用侧深施肥技术,施肥铲作业后播种带两侧土壤高度不一致,易加剧播种机横向偏摆,进而导致播种深度均匀性和播种横向一致性较差。为解决上述问题,该研究设计了一种直斜偏置式免耕播种开沟器。该开沟器主要由切土斜刃、挡土定位板、偏置推土板等组成,作业时滑切土壤并将其推移至肥沟一侧拓宽种沟,避免种子落至肥沟后位置过深,提高播种质量。通过离散元仿真试验,以前进阻力、肥沟回土深度、种沟回土深度为试验指标进行二因素五水平正交旋转组合试验,得到斜刃滑切角为37°、偏置角为15°时开沟器作业性能最好。在最优参数下与双圆盘式、尖角式开沟器进行田间作业性能对比试验,相对于双圆盘式和尖角式开沟器,直斜偏置式开沟器播种深度变异系数分别降低41.12%、19.41%;播种横向变异系数分别降低39.00%、28.41%;前进阻力分别降低7.26%、28.20%;作业后肥沟与种沟回土深度分别提高9.47%、13.68%和33.33%、7.14%。试验结果表明,该开沟器可以减小前进阻力,增加肥沟与种沟回土,提高播种深度均匀性和播种横向一致性,可为播种开沟器的设计提供参考。

关键词：农业机械优化离散元免耕播种开沟器直斜偏置

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番茄钵苗移栽探出式取钵机构设计与试验

农业机械学报 2024年第3期55卷 96-105页

作者：辛亮王明成孙国玉张浩孙铭翼王航东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为了降低番茄钵苗移栽过程取钵机构对秧苗钵土根系的损伤,同时避免机械式钵苗移栽机构设计特殊取苗轨迹与姿态的优化难题,提出了一种可与系列移栽机构配合使用的番茄钵苗探出式取钵机构,实现取苗各关键位置机构秧针以固定角度完成探出... 详细信息

为了降低番茄钵苗移栽过程取钵机构对秧苗钵土根系的损伤,同时避免机械式钵苗移栽机构设计特殊取苗轨迹与姿态的优化难题,提出了一种可与系列移栽机构配合使用的番茄钵苗探出式取钵机构,实现取苗各关键位置机构秧针以固定角度完成探出入钵、移动送苗及收回推秧工序。根据钵苗移栽取钵过程分析与设计要求,建立了探出式取钵机构力学分析模型,并获得影响秧针扎入钵土时驱动杆受最小驱动力的因素。基于Matlab App Designer平台开发了取钵机构计算机辅助分析设计软件,获得满足番茄钵苗移栽要求的取钵机构设计参数集。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以驱动杆斜杆夹角、钵体含水率、入钵深度为试验因素,以钵体完整率和取苗成功率为评价指标,试制样机并搭建台架实施参数组合优化及验证试验,结果表明:探出式取钵机构可有效地配合取苗机构完成各项性能工作要求,在参数组合为驱动斜杆间夹角112°、钵体含水率57.5%、入钵深度28.4 mm时作业效果最佳,钵体完整率为96.44%,取苗成功率为97.06%,满足钵苗移栽作业性能。

关键词：番茄钵苗移栽探出式取钵机构力学分析

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环氧树脂基近红外吸收涂层的近红外光谱、力学及耐盐水性能研究

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 439-445页

作者：张伟钢潘露露吕丹丹滁州学院材料与化学工程学院安徽滁州239000

以环氧树脂为粘合剂,Sm2O3为功能颜料,硅烷偶联剂和石墨烯为改性剂,制备得到了一种同时具有突出力学性能和耐盐水性能的近红外低反射率涂层。系统研究了Sm2O3添加量、硅烷偶联剂种类、硅烷偶联剂添加量和石墨烯添加量对涂层性能的影响... 详细信息

以环氧树脂为粘合剂,Sm2O3为功能颜料,硅烷偶联剂和石墨烯为改性剂,制备得到了一种同时具有突出力学性能和耐盐水性能的近红外低反射率涂层。系统研究了Sm2O3添加量、硅烷偶联剂种类、硅烷偶联剂添加量和石墨烯添加量对涂层性能的影响。结果表明:Sm2O3添加量的增加可明显降低涂层对1.06μm近红外光的反射率,当Sm2O3添加量为50%,涂层对1.06μm近红外光的反射率可低至31.2%。此时,涂层的附着力和耐冲击强度分别可达到1级和50 kg·cm。用硅烷偶联剂改性涂层,偶联剂上的强极性基团分别可与涂层中的树脂基体和颜料形成共价键结合,从而可发挥桥连作用,进而可明显改善涂层的柔韧性,其中KH560的改性效果最佳。当KH560添加量为5%,涂层的柔韧性可从改性前的9 mm显著改善为改性后的4 mm。石墨烯具有特殊的共平面结构和超长共轭结构特征,使其对入射光的吸收可延伸到近红外区域。石墨烯特殊的片层结构使其具有很高的耐冲击强度和柔韧性,在涂层中添加石墨烯可明显改善涂层的力学性能。研究发现石墨烯的添加可在进一步改善涂层力学性能的前提下显著降低涂层对1.06μm近红外光的反射率。当石墨烯添加量为8%,涂层对1.06μm近红外光的反射率可低至12.6%,此时涂层可具备突出的激光隐身效能。同时,涂层的附着力、柔韧性和耐冲击强度分别可达到1级、2 mm和50 kg·cm,可很好地满足实际工程应用要求。在环氧树脂、硅烷偶联剂和石墨烯的协同界面优化作用下,最佳配方(Sm2O3添加量为50%、KH560添加量为5%、石墨烯添加量为8%)的涂层经盐水腐蚀21 d后,涂层的微结构、近红外低反射率性能和力学性能可保持稳定。此时,涂层对1.06μm近红外光的反射率为12.47%,涂层的附着力、柔韧性和耐冲击强度分别可保持在1级、2 mm和45 kg·cm,表明制备的涂层具有良好的耐盐水性能。

关键词：复合涂层近红外光谱力学性能耐盐水性能