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哨声模合声波对辐射带电子扩散系数的多维建模及损失时间尺度建模研究

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1679-1698页

作者：张琼月马新郭德宇付松倪彬彬武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对... 详细信息

哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对论电子的重要来源.因此,快速准确地计算合声波对辐射带电子的扩散系数,对于优化地球辐射带动理学建模并深入理解电子通量的演化机制具有重要作用.本研究利用Full Diffusion Code(FDC)定量计算了典型合声波波模对辐射带电子的弹跳平均投掷角、能量和交叉扩散系数,并建立了地球内磁层空间中L为2~7、背景环境参数α^(*)为1~13,投掷角α_(eq)为0°~90°、能量Ek为10 eV~10 MeV的电子散射系数矩阵数据库.在此基础上通过线性插值方法可以快速得到不同L和α^(*)参数条件下的合声波对辐射带电子的扩散系数,并计算相对误差验证应用线性插值方法的合理性和准确性.基于扩散系数矩阵数据库,本研究还计算了合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,建立了以L、α^(*)和Ek为输入参数的电子损失时间尺度经验模型,从而可以快速获取合声波散射电子的损失时间尺度.结果表明,扩散系数矩阵数据库构建和线性插值方法的使用大幅度减少了获取不同L和α^(*)对应的扩散系数所需时间,同时建立的三维损失时间尺度经验模型可快速得到不同L、α^(*)和Ek所对应合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,这些结果提高了地球辐射带动理学建模效率,对于空间天气预报具有重要意义.

关键词：波粒相互作用合声波辐射带电子扩散系数损失时间尺度

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初始大扰动条件下双流系统的粒子相空间振荡

地球物理学报 2024年第1期67卷 1-11页

作者：焦鹿怀付松倪彬彬张援农武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统... 详细信息

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统演化过程的研究往往需要考虑初始的扰动.利用所建立的动理论粒子云模型方法,我们研究了初始大扰动下双流系统的不稳定性现象,发现初始大扰动条件下粒子相空间产生振荡现象,且振荡频率与初始扰动的空间波数有关,电场与电场能量也存在该频率成分.通过线性理论,求解出了粒子相空间振荡频率.它与粒子云模拟得到的频率一致.该频率为朗缪尔振荡频率的基础之上叠加一个与初始扰动的空间波数有关的频率偏移量.我们改变等离子体频率,进一步验证了上述结论.该研究结果表明初始扰动能够对双流系统的不稳定性现象产生重要影响,对于加深理解地球磁层中双流系统的演化过程有重要参考意义.

关键词：双流不稳定性粒子云模拟初始扰动线性理论

极紫外波段等宽度单模狭缝波导线形波带片的聚焦分析

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激光与光电子学进展 2024年第5期61卷 428-435页

作者：陈文轩曹清程长杰李潮越朱吉瑞毛亚星上海大学理学院物理系上海200444

随着加工技术的不断进步和对空间分辨率要求的不断提高,线形波带片狭缝宽度越来越小。对于线形波带片上不同宽度的狭缝,当均匀平面波入射时,会激发一个或多个波导模,从而导致模间色散和相位差。即便只有单模传输,由于基模的有效折射率... 详细信息

随着加工技术的不断进步和对空间分辨率要求的不断提高,线形波带片狭缝宽度越来越小。对于线形波带片上不同宽度的狭缝,当均匀平面波入射时,会激发一个或多个波导模,从而导致模间色散和相位差。即便只有单模传输,由于基模的有效折射率和狭缝宽度有关,不同宽度的狭缝在出射端面处也将产生相位差。为了消除这些相位差,设计等宽度单模狭缝波导线形波带片,研究其在极紫外波段的聚焦效应,并建立相应的高斯型远场解析模型。通过有限元软件的数值模拟,确认了基模的高斯型模式场分布,对基模的菲涅耳衍射积分计算则进一步确认了远场解析模型的有效性。作为一个例子,设计了一个等宽度单模狭缝波导线形波带片,并计算了其在焦平面归一化的一维光场分布。

关键词：衍射线形波带片波导极紫外

基于范艾伦卫星观测数据的地球辐射带电子能谱分布的统计分析

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空间科学学报 2024年第3期44卷 446-457页

作者：王建行项正马新郭德宇董俊虎刘阳希子胡景乐倪彬彬武汉大学空间物理系武汉430072

利用范艾伦卫星2014年至2018年观测的高精度电子能谱数据,统计分析了不同辐射带高能电子能谱类型的时空分布特征.结果表明,辐射带电子能谱主要被分为三类:指数分布能谱、幂律分布能谱和反转能谱.指数分布能谱通常在等离子体层以外占主... 详细信息

利用范艾伦卫星2014年至2018年观测的高精度电子能谱数据,统计分析了不同辐射带高能电子能谱类型的时空分布特征.结果表明,辐射带电子能谱主要被分为三类:指数分布能谱、幂律分布能谱和反转能谱.指数分布能谱通常在等离子体层以外占主导地位.幂律分布能谱通常在磁暴的主相出现在高L处,并逐渐转移到低L处.在地磁活动平静时期,幂律分布能谱在高L处存在时间更长,占比更多.反转能谱在等离子体层内L>2.5处占主导地位,随着等离子体层层顶升高,反转能谱增加,指数分布能谱减少.在长时间的地磁活动平静年份,辐射带电子反转能谱局地峰值(约2 MeV)附近的电子通量明显较低,反转能谱占比较少.辐射带电子能谱类型对等离子体层层顶和地磁活动依赖性的统计分析表明,反转能谱发生率的峰值位置约位于L=(L_(pp)–2)(L_(pp)为等离子体层层顶位置),指数分布能谱发生率的峰值约位于L=(L_(pp)+1.5),幂律分布能谱的出现与电子的注入密切相关.磁暴越剧烈,反转能谱被指数分布能谱取代的L范围越广泛.在平静时期,由于等离子体嘶声的散射作用,等离子体层层顶内的指数分布能谱被反转能谱取代.本文给出了辐射带电子能谱类型长期的时空分布特征,可以为辐射带动态建模和高能电子通量预报提供理论参考.

关键词：辐射带电子能谱范艾伦探测器地磁活动等离子体层层顶

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石墨烯褶皱结构对双电层储能性能的理论研究

原子与分子物理学报 2025年第6期 95-106页

作者：张倩蒋更平武汉科技大学理学院应用物理系

石墨烯因其出色的比表面积和单层结构而被广泛认为是一种理想的电极材料.然而，实验制备的石墨烯常因官能团、缺陷和位错的引入而出现褶皱和变形.针对这一问题，本文构建了一系列具有不同幅度褶皱（a=0～6.6?）的石墨烯片，并运用分子... 详细信息

石墨烯因其出色的比表面积和单层结构而被广泛认为是一种理想的电极材料.然而，实验制备的石墨烯常因官能团、缺陷和位错的引入而出现褶皱和变形.针对这一问题，本文构建了一系列具有不同幅度褶皱（a=0～6.6?）的石墨烯片，并运用分子动力学模拟来研究这些褶皱石墨烯表面的双电层结构.本研究旨在探讨不同褶皱高度和充电状态下双电层的变化规律，及其与超级电容器储能性能之间的关系.研究发现，褶皱石墨烯模型内部的离子浓度随电压的增加呈现多峰层状分布，而表面离子浓度与施加的电压正相关.此外，石墨烯的褶皱结构能够减少离子和水对电极电压响应的敏感性.在不同电压条件下，褶皱型石墨烯结构的面积比电容（CA）始终高于其平面对应区域，突出了其在提升双电层储能性能上的优势.本研究揭示了石墨烯褶皱结构在调节离子分布、降低电压敏感性，以及增强电化学储能性能方面的特有作用机制.

关键词：双电层石墨烯褶皱恒电势模拟方法

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混合法制备的双锥角型光纤探针的应用

激光技术 2024年

作者：曾祥王婉玲汪凯伟张波刘子龙武汉理工大学理学院物理系

为了提高双锥角型光纤探针的捕获效率，使用静态化学腐蚀法制备一次锥角，研磨法制备二次锥角，然后使用基于双锥角型光纤探针的单光纤光镊系统对酵母菌细胞进行捕获实验，并使用界面层腐蚀法制备出了参数相近的双锥角型光纤探针。分别... 详细信息

为了提高双锥角型光纤探针的捕获效率，使用静态化学腐蚀法制备一次锥角，研磨法制备二次锥角，然后使用基于双锥角型光纤探针的单光纤光镊系统对酵母菌细胞进行捕获实验，并使用界面层腐蚀法制备出了参数相近的双锥角型光纤探针。分别测量了两种不同方法制备的光纤探针对酵母菌细胞的捕获力大小。结果表明，混合法制备的双锥角型光纤探针具有更好的表面光滑度和对称性，其捕获效率比界面层腐蚀法制备的双锥角型光纤探针提高了20%。该研究对混合法制备双锥角型光纤探针是有帮助的。

关键词：激光技术光纤探针光捕获静态化学腐蚀法研磨法

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部分信息和损失厌恶下的最优投资与再保险

系统工程理论与实践 2024年第3期44卷 932-946页

作者：陈凤娥季锟鹏彭幸春武汉理工大学理学院武汉430070

该文研究了具有损失厌恶特征的保险公司在仅拥有部分信息时的最优投资与再保险策略.首先,利用滤波技术将问题进行转化.然后,在期望S型效用最大化准则下,运用鞅方法,偏微分方程,傅里叶变换和逆变换方法得到了最优投资与再保险策略的半解... 详细信息

该文研究了具有损失厌恶特征的保险公司在仅拥有部分信息时的最优投资与再保险策略.首先,利用滤波技术将问题进行转化.然后,在期望S型效用最大化准则下,运用鞅方法,偏微分方程,傅里叶变换和逆变换方法得到了最优投资与再保险策略的半解析表达式.最后,利用蒙特卡罗方法进行数值分析.结果表明忽略学习下的最优投资与再保险比例比滤波估计下的更低,而且在参考点水平较高时,相比较最优再保险与通胀指数债券投资比例,忽略学习对最优股票投资比例的影响更显著.另一方面,幂效用下的最优策略比S型效用下的最优策略更加激进,其中最优再保险比例在两种效用函数情形差别最大,这说明心理因素对再保险策略的影响最显著.

关键词： S型效用部分信息投资再保险

基团替代调控无铅有机钙钛矿铁电体的极化和压电特性的第一性原理研究

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物理学报 2024年第12期73卷 311-321页

作者：郑鹏飞柳志旭王超刘卫芳天津大学理学院低维材料物理与制备技术天津重点实验室天津300072 天津城建大学理学院天津300192

随着可穿戴电子产品要求提升,无毒的有机钙钛矿铁电体成为潜在候选材料.本工作应用第一性原理计算系统研究了无铅有机钙钛矿A-NH_(4)-(PF_(6))_(3)(A=MDABCO,CNDABCO,ODABCO,NODABCO,SHDABCO)的电子态密度、自发极化、弹性特性和压电效... 详细信息

随着可穿戴电子产品要求提升,无毒的有机钙钛矿铁电体成为潜在候选材料.本工作应用第一性原理计算系统研究了无铅有机钙钛矿A-NH_(4)-(PF_(6))_(3)(A=MDABCO,CNDABCO,ODABCO,NODABCO,SHDABCO)的电子态密度、自发极化、弹性特性和压电效应.通过分子动力学和结合能计算发现,有机钙钛矿在室温下具有稳定性且预测其在实验上易于合成.对电子态密度研究发现,A-NH4-(PF6)3的价带主要来自F元素的贡献,价带顶和导带底分别来自取代基团中的元素和N元素的贡献,因此有利于电子-空穴对的分离.依据Born稳定性判据,有机钙钛矿具有稳定的机械性质.除此之外,A位有机阳离子的取代基团可以改变材料中氢键的数量,对总铁电极化的贡献有着明显影响.最后通过压电性能计算,揭示了有机钙钛矿具有良好的压电效果,该效应源于材料引入的有机阳离子增加的材料的柔性.计算结果为后续实验提供了理论基础.

关键词：有机钙钛矿第一性原理计算压电性自发极化

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石墨炔在水系离子电池中的研究进展

新型炭材料（中英文） 2024年第3期39卷 388-406页

作者：徐显敏封文聪任静柯罗雯武汉理工大学材料科学与工程学院材料复合新技术国家重点实验室湖北武汉430070 武汉理工大学理学院物理系湖北武汉430070

石墨炔(Graphdiyne,GDY)是一种全新的炭材料,具有特殊的炭杂化排列方式、独特的化学性质和电子结构以及独特的孔隙结构等优点,在电化学储能领域具有良好的应用前景。新兴的水系离子电池具有低成本和高安全性等优点,然而,高性能电极材料... 详细信息

石墨炔(Graphdiyne,GDY)是一种全新的炭材料,具有特殊的炭杂化排列方式、独特的化学性质和电子结构以及独特的孔隙结构等优点,在电化学储能领域具有良好的应用前景。新兴的水系离子电池具有低成本和高安全性等优点,然而,高性能电极材料的开发、新型隔膜体系的设计以及稳定界面的策略等仍是水系离子电池面临的主要挑战。石墨炔在负极保护、正极包覆、隔膜设计以及稳定界面pH值等方面,可以改善离子传输与界面沉积行为、电解液不稳定等问题。特别是石墨炔自下而上的分子结构设计策略使其具有易修饰、掺杂的特点,改性的石墨炔类似物具有更加优异的性能,拓宽了其在水系离子电池中的应用。本文系统综述了石墨炔的结构与性质以及合成方法,特别对石墨炔在水系离子电池中的研究进行了总结。此外,对石墨炔在水系离子电池中应用时仍存在的问题与挑战进行了探讨,对石墨炔在水系离子电池中的发展进行了展望。

关键词：石墨炔炭材料电化学储能水系离子电池分子结构设计

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