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人工智能助力实现“双碳”目标:新质生产力视角下的机制与对策

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阅江学刊 2024年第5期16卷 65-76,173页

作者：甄紫涵周胜王灿清华大学核能与新能源技术研究院清华大学环境学院

新质生产力将以强大动能推动发展方式绿色转型,助力实现“双碳”目标。人工智能的应用是新质生产力赋能“双碳”目标的重要体现。人工智能将推动低碳技术要素的升级变革,促进相关知识要素的丰富发展,纳入并发挥数据作为新型生产要素的... 详细信息

新质生产力将以强大动能推动发展方式绿色转型,助力实现“双碳”目标。人工智能的应用是新质生产力赋能“双碳”目标的重要体现。人工智能将推动低碳技术要素的升级变革,促进相关知识要素的丰富发展,纳入并发挥数据作为新型生产要素的关键作用,促进生产要素的优化组合、协同配置。当前,使用人工智能助力实现“双碳”目标面临潜在挑战,如计算密集型人工智能导致相关碳排放迅速增长、数据要素的流通渠道不畅、数据伦理问题尚未得到高度重视、部分关键人工智能技术仍与国际领先水平存在差距、存在一定的“产-学-研”链条脱节风险等。因此,需要推进计算密集型人工智能绿色化,加强相关排放的检测与核算;加快建设数据要素市场,统筹考虑数据流通与数据安全;建立并完善数据伦理相关标准规范和审查机制;加快推进关键人工智能技术的研究攻关;着力推进“AI+双碳”的成果转化与产业应用。

关键词：新质生产力 “双碳”目标人工智能绿色转型数据要素

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医用导管抗菌涂层的研究进展

表面技术 2024年第16期53卷 51-67页

作者：王瑞麟赖长洪何孟泽何金枚刘岚兰王松刘伟强深圳清华大学研究院生物医用材料及植入器械实验室广东深圳518057 清华大学机械工程系北京100084 清华大学深圳国际研究生院广东深圳518055

导管相关性感染(CRI)作为目前常见的医院获得性感染之一,导致死亡率和发病率增加,极大影响了医疗质量与患者健康,避免导管在植介入人体时产生感染已成为临床共性问题。细菌定植形成的生物膜是造成导管相关感染的主要原因,通过在医用导... 详细信息

导管相关性感染(CRI)作为目前常见的医院获得性感染之一,导致死亡率和发病率增加,极大影响了医疗质量与患者健康,避免导管在植介入人体时产生感染已成为临床共性问题。细菌定植形成的生物膜是造成导管相关感染的主要原因,通过在医用导管表面设计功能性涂层来限制细菌定植及生物膜形成能有效避免感染。本文从防污改性、杀菌改性及防污-杀菌改性3个方面综述了近年来医用导管表面改性策略。防污改性一般通过将亲水的非离子型聚合物(如聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮)以及两性离子聚合物制备在材料表面防止细菌及蛋白质黏附。杀菌改性根据机制可分为接触灭杀、释放灭杀和多机制联合灭杀,主要通过将杀菌剂接枝或负载在材料表面来赋予表面杀菌能力。防污-杀菌改性主要通过制备复合材料及聚合物刷、构建自适应表面及亲水聚合物负载杀菌剂等方式使表面同时具备防污及杀菌的能力。最后,在上述综述基础上对医用抗菌导管存在的问题进行了分析和展望,以期为制备应用于临床的高性能医用抗菌导管提供参考。

关键词：导管相关性感染医用导管表面改性抗菌策略多机制抗菌生物膜

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基于逆阻型IGCT器件的固态式直流断路器设计及研制

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高电压技术 2024年第2期50卷 551-560页

作者：严鑫余占清屈鲁甘之正任春频曾嵘清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084 清华四川能源互联网研究院直流研究中心成都610042 清华大学能源互联网创新研究院北京100084

直流系统是支撑高比例新能源接入与灵活高效用能的重要技术方向。固态式直流断路器(solid state DC circuit breaker,SSCB)具有开断速度极快、无电弧、寿命长等优点,在中低压直流系统的故障保护中得到广泛应用。随着电力电子器件的发展... 详细信息

直流系统是支撑高比例新能源接入与灵活高效用能的重要技术方向。固态式直流断路器(solid state DC circuit breaker,SSCB)具有开断速度极快、无电弧、寿命长等优点,在中低压直流系统的故障保护中得到广泛应用。随着电力电子器件的发展,固态式直流断路器的拓扑结构、工作性能也在不断进步。为此基于逆阻型集成门极换流晶闸管(intergated gate commutate thyristor,IGCT),提出了一种新型的固态式直流断路器结构及设计方法,通流支路采用逆阻IGCT反并联结构实现双向通流,缓冲支路采用金属氧化物避雷器(metal oxide varistor,MOV)-电容结构来抑制过电压,吸能支路采用MOV吸收系统能量。进一步地,给出了关键元器件的参数设计方法,并验证了有效性;设计了性能良好的重力热管散热器,单个模块散热功率可达700 W;提出了主被动结合的控保策略,提高断路器的保护性能。最后,研制了固态式直流断路器样机,可用于750 V以内的低压直流系统,额定通流可达2 kA,可在百微秒内开断10 kA故障电流,成本低、体积小、高可靠,具有良好的应用前景。

关键词：直流输配电固态式直流断路器逆阻型IGCT 反并联结构缓冲设计

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径向压缩下舱体连接电缆力学行为研究

弹箭与制导学报 2024年第1期44卷 20-24页

作者：郝予琛许斌张晓宏刘广孙文钊李昱霖许泉林木森上海机电工程研究所上海201109 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

为了研究径向压缩下电缆的力学行为,以飞行器舱体连接电缆为研究对象,基于接触理论建立电缆接触模型以描述内部导线间的接触和摩擦行为,采用数值试验模拟径向压缩过程并开展试验验证。结果表明:连接电缆在径向挤压作用下截面由圆形变形... 详细信息

为了研究径向压缩下电缆的力学行为,以飞行器舱体连接电缆为研究对象,基于接触理论建立电缆接触模型以描述内部导线间的接触和摩擦行为,采用数值试验模拟径向压缩过程并开展试验验证。结果表明:连接电缆在径向挤压作用下截面由圆形变形为蝴蝶型,处于蝴蝶型最窄处的内部导线出现最大应力;电缆初始位置对蝴蝶形状与导线应力都有较大影响。结合验证试验确定了径向载荷下电缆最危险工况。研究结果可为电缆损伤监测与判断提供理论参考。

关键词：飞行器连接电缆径向压缩接触理论

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面向数字时代的复杂技能教学设计研究

远程教育杂志 2024年第4期42卷 79-86页

作者：刘英群黄浩韩锡斌清华大学教育研究院北京100084 浙江大学北京研究院浙江杭州310058

数字时代的技术发展重塑了工作环境和工作方式,高素质数字技能人才需要具备复杂技能以适应未来的工作需求。对复杂技能的培养应落实到日程教学中,基于真实情境中的数字化工作任务开展技能教学。为此,基于4C/ID模型和行动导向的学习理论... 详细信息

数字时代的技术发展重塑了工作环境和工作方式,高素质数字技能人才需要具备复杂技能以适应未来的工作需求。对复杂技能的培养应落实到日程教学中,基于真实情境中的数字化工作任务开展技能教学。为此,基于4C/ID模型和行动导向的学习理论构建了以任务为中心的复杂技能教学设计框架,并应用该框架在一门信息技术类技能型课程中开展案例研究。主要围绕以下两个问题展开研究:(1)工作任务完成过程中哪些教学设计要素会影响复杂技能的获得?(2)课程案例中的复杂技能教学有哪些适用的教学策略?在案例课程中选择3个难易程度不同的工作任务,通过课堂观察、师生访谈以及教学设计迭代和优化,深入探索复杂技能教学的教学过程、关键教学要素和教学策略,最后形成8个关键教学要素、21个理论性教学策略和10个生成性策略,验证了复杂技能教学设计框架的适用性。

关键词：复杂技能数字技能以任务为中心教学策略教学设计

中国区县人口流动的格局演变、作用机制与城镇化效应

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城市问题 2024年第3期 4-12页

作者：刘科伟程永辉李建伟康琦崔鹏西北大学城市与环境学院北京清华同衡规划设计研究院有限公司西北分公司

以区县尺度的人口流向为分析视角,从人口流入、人口流出和内部人口流动三个维度探讨2000—2020年中国人口流动的空间格局演变特征、作用机制与城镇化效应。研究结果表明:区县尺度的人口流入呈现集聚效应和分散化趋势,人口流出具有稳定... 详细信息

以区县尺度的人口流向为分析视角,从人口流入、人口流出和内部人口流动三个维度探讨2000—2020年中国人口流动的空间格局演变特征、作用机制与城镇化效应。研究结果表明:区县尺度的人口流入呈现集聚效应和分散化趋势,人口流出具有稳定的空间均衡化分布特征,内部人口流动表现出明显的区域差异。自然地理条件是形成中国人口流动不均衡格局的基础性因素,经济增长和就业机会增加是促进人口流动的核心驱动力,社会性因素对人口流动发挥着多元影响效应,省会城市市辖区对流动人口具有突出的吸引力。当前,人口流动对区县城镇化水平的提升作用已进入全国均衡的高贡献率阶段,内部人口流动是提升区县城镇化水平的核心动力。

关键词：人口流动市辖区县域演变特征作用机制城镇化效应

基于Distance-2算法的并行Jacobian矩阵计算及其在耦合问题中的应用

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原子能科学技术 2024年第6期58卷 1201-1209页

作者：刘礼勋张汉彭心茹窦沁榕邬颖杰郭炯李富清华大学核能与新能源技术研究院先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

并行Newton-Krylov方法是求解大规模多物理耦合问题的有效方法,如何高效自动计算Jacobian矩阵是一大难点。利用有限差分方法,可避免推导Jacobian矩阵的表达式,实现矩阵的自动计算。现有工作表明,在串行环境下利用矩阵的稀疏性和图着色算... 详细信息

并行Newton-Krylov方法是求解大规模多物理耦合问题的有效方法,如何高效自动计算Jacobian矩阵是一大难点。利用有限差分方法,可避免推导Jacobian矩阵的表达式,实现矩阵的自动计算。现有工作表明,在串行环境下利用矩阵的稀疏性和图着色算法,Jacobian矩阵的计算效率可提高至少1个量级。但在并行环境下,串行着色算法失效,需采用相应的并行着色算法。本研究将图论领域的Distance-2算法应用于Jacobian矩阵的并行着色。通过求解一个简化多物理耦合问题检验了该并行算法的正确性和计算效率。测试结果表明,该并行算法得到的Jacobian矩阵完全正确;着色数随着并行核数的增加略微有所增加,100个进程下并行效率为56%;基于该算法求解多物理耦合问题,其计算时间和Krylov迭代次数较JFNK减少了约1/2。

关键词： Newton-Krylov方法稀疏Jacobian矩阵图着色有限差分分布式并行计算

空气下CDs/SiO_(2)复合材料光诱导除铀

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核化学与放射化学 2024年第4期46卷 358-366,I0003页

作者：张令宇李凯王哲王祥科华北电力大学环境科学与工程学院北京102206 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

铀是核电的主要燃料,从含铀废水中去除铀对环境保护和资源回收均具有重要意义。光诱导铀酰离子固化是一种新型的、高效的分离方法。本工作采用溶剂热法合成了一种蓝光碳点,随后用溶胶-凝胶法合成了碳点/二氧化硅(CDs/SiO_(2))的复合材... 详细信息

铀是核电的主要燃料,从含铀废水中去除铀对环境保护和资源回收均具有重要意义。光诱导铀酰离子固化是一种新型的、高效的分离方法。本工作采用溶剂热法合成了一种蓝光碳点,随后用溶胶-凝胶法合成了碳点/二氧化硅(CDs/SiO_(2))的复合材料。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜等方法对复合材料形貌进行了表征,并研究了其在光诱导去除铀中的应用。实验发现,在可见光照射下,引入碳点后的SiO_(2)对铀的光沉淀速率是纯SiO_(2)的5.8倍,在空气气氛下可以将铀转型为水丝铀矿的固体产物,对铀的去除容量超过800 mg/g。为了评估在可见光照射下CDs/SiO_(2)光诱导还原铀的实际应用性,系统地研究了pH等因素的影响。并且该材料在循环使用5次后对铀的去除效率仍保持在85%以上,表现出优异的循环使用性能。CDs/SiO_(2)复合材料制备简单且通过光诱导能够高效去除水中的铀酰离子,为光诱导去除铀提供了新的方法及材料。

关键词：碳点 SiO_(2) 铀酰离子光催化空气气氛

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面向大规模数据的高效超图神经网络

中国科学：信息科学 2024年第4期54卷 853-871页

作者：吉书仪魏宇轩戴琼海高跃清华大学软件学院北京100084 清华大学自动化系北京100084 脑与认知智能北京实验室北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084 清华大学脑与认知科学研究院北京100084

高阶关联广泛存在于现实世界中,如社交网络、生物网络、交通网络等,建模及优化高阶关联对于网络属性研究和演化趋势预测具有重要意义.超图是一种灵活的数据结构,能够自然地建模高阶关联.近年来,随着深度学习的发展,基于超图建模的超图... 详细信息

高阶关联广泛存在于现实世界中,如社交网络、生物网络、交通网络等,建模及优化高阶关联对于网络属性研究和演化趋势预测具有重要意义.超图是一种灵活的数据结构,能够自然地建模高阶关联.近年来,随着深度学习的发展,基于超图建模的超图神经网络被广泛应用于面向高阶关联的表示学习.然而,现有的超图神经网络均基于直推学习范式,虽然在小规模超图数据集上取得了不错的效果,但难以应用到大规模数据上,限制了其应用范围.本文首先分析了现有超图神经网络方法在大规模数据上应用的挑战,然后针对该问题提出了面向大规模数据的高效超图神经网络方法(efficient hypergraph neural network,EHGNN).针对现有方法空间、时间复杂度过高的问题,EHGNN分别设计了超图采样模块和基于单阶段超图卷积的计算加速模块,同时降低了超图神经网络的空间开销和时间开销,使得超图神经网络适用于大规模超图数据,显著增强了可扩展性.在4个真实超图数据集上的实验结果验证了EHGNN的有效性和高效性.

关键词：超图计算超图神经网络高阶关联大规模数据节点分类