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热处理对激光熔覆GX4CrNi13-4显微组织和力学性能的影响

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核技术 2024年第6期47卷 99-109页

作者：何凌欢李家民张华炜侯娟田馨妮黄爱军上海理工大学材料与化学学院上海200082 蒙纳士大学增材制造中心澳大利亚诺丁山3168 蒙纳士大学材料科学与工程系澳大利亚克莱顿3800 苏州工业园区蒙纳士科技研究院苏州215004

激光熔覆凭借低成本、高效率被激光再制造领域重点关注,激光熔覆制造的GX4CrNi13-4马氏体不锈钢是一种核电站中应用广泛的结构材料。为改善激光熔覆制件低塑性问题,需进行热处理组织结构调控,改善其力学性能。采用激光熔覆技术制备了GX4... 详细信息

激光熔覆凭借低成本、高效率被激光再制造领域重点关注,激光熔覆制造的GX4CrNi13-4马氏体不锈钢是一种核电站中应用广泛的结构材料。为改善激光熔覆制件低塑性问题,需进行热处理组织结构调控,改善其力学性能。采用激光熔覆技术制备了GX4CrNi13-4不锈钢样品,对其热处理组织开展调控研究。首先通过热膨胀试验推导出该合金的奥氏体相变开始温度为620℃,作为热处理工艺开发的基准参考温度。分别制定了固溶时效(1050℃保温1 h+550℃保温4 h,简称固溶时效处理)和单时效(620℃保温2 h,简称单时效处理)两种热处理工艺,对比研究了热处理对覆层金属显微组织和力学性能的影响作用。然后采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对热处理后的显微组织结构和物相分布等进行表征,并对热处理前后的样品进行室温拉伸性能测试。结果表明:激光熔覆GX4CrNi13-4马氏体不锈钢沉积态样品基体组织主要为马氏体/铁素体双相组织,铁素体相呈连续网状结构,沿马氏体晶界析出,此外还存在少量残余奥氏体。经固溶时效热处理后,基体仍主要由马氏体和铁素体组成,但连续网状铁素体发生分解,且出现大量微米级马氏体晶内析出物,这导致材料塑性略有提升,但强度显著下降。对覆层样品进行单时效热处理,由于温度处于奥氏体相转变临界温度,样品中产生了逆变奥氏体相,该相在拉伸过程中引发相变诱发塑性(Transformation Induced Plasticity,TRIP)效应。此外,单时效处理后沿马氏体析出的网状铁素体进一步得到分解,呈离散分布。TRIP效应和铁素体分解的共同作用下,有效改善了激光熔覆GX4CrNi13-4不锈钢的塑性同时使得强度被较好地保持。激光熔覆工艺在修复和再制造领域具有广泛的应用前景,但熔覆过程的高冷却速度、复杂的热循环对材料的组织结构产生影响,使得修复件往往具有高强度但塑韧性不足。开展合适的热处理组织性能调控是改善材料综合力学性能的有效手段,在激光熔覆GX4CrNi13-4不锈钢的热处理工艺研究中,选择奥氏体相变温度作为时效温度,利用逆变奥氏体TRIP效应和网状铁素体分解的联合作用,获得强度-塑性匹配的良好力学性能。

关键词：马氏体不锈钢激光熔覆逆变奥氏体热处理增韧热膨胀系数奥氏体转变温度

基于单原子铁催化剂的过一硫酸盐高级氧化过程: 配位结构和活性组分

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第4期59卷 15-37页

作者：程成任伟张晖段晓光王少彬武汉大学资源与环境科学学院环境科学与工程系湖北武汉430079 阿德莱德大学化学工程学院澳大利亚南澳阿德莱德

随着全球工业化的迅速发展,大量有毒污染物不断排入水体中,对水生态系统和人类健康构成了严重威胁.为应对这一挑战,人们发展高级氧化技术,其通过产生活性自由基,能够氧化并矿化有毒污染物.其中,利用非均相催化剂活化的过一硫酸盐高级氧... 详细信息

随着全球工业化的迅速发展,大量有毒污染物不断排入水体中,对水生态系统和人类健康构成了严重威胁.为应对这一挑战,人们发展高级氧化技术,其通过产生活性自由基,能够氧化并矿化有毒污染物.其中,利用非均相催化剂活化的过一硫酸盐高级氧化过程可产生多种非自由基活性物种,如单线态氧、催化剂-过硫酸盐复合体和高价态金属,这些物种具有选择性氧化特定污染物的能力.为了实现对污染物的精准处理,需要合理设计与调控非均相催化剂的结构,以选择性地产生自由基/非自由基物种.单原子催化剂具有较高的原子利用效率和明确可调控的活性位点结构,可高效且选择性活化过一硫酸盐,并产生多种活性组分.然而,由于活性组分多元的生成路径及其之间复杂的相互作用,目前对于单原子催化剂在过一硫酸盐活化过程中的结构-活性/选择性关系尚未得到深入揭示.因此,本研究旨在通过深入探究单原子催化剂的结构与性能关系,为优化催化剂设计、提升污染物处理效率提供科学依据.本文围绕最具代表性的单原子铁系催化剂,系统分析并总结了在过一硫酸盐高级氧化过程中的结构-活性/选择性关系.首先,简要介绍了单原子铁催化剂的制备方法和表征手段,以及活性位点结构的生成过程.然后,深入分析了单原子铁催化剂活化过一硫酸盐过程的研究进展和反应特性.从理论与实验角度,详细阐述了过一硫酸盐活化过程中活性物种产生的反应原理.具体来说,探讨了自由基、单线态氧、催化剂-过硫酸盐复合体和高价铁组分在不同单原子铁位点上的生成机理及鉴别方法.进一步地,分析了单原子铁催化剂活性位点的几何结构和电子结构性质对活性物种产生的影响,总结了调控活性位点的有效手段.在此基础上,建立单原子铁催化剂结构与产生活性组分之间的结构-活性/选择性关系,以期为非均相过一硫酸盐活化剂的设计提供理论指导.最后,本文还指出了基于单原子催化剂的过一硫酸盐高级氧化过程所面临的挑战,并展望了未来的发展方向.未来,应进一步发展原位/工况条件下的表征技术,以精准捕捉活化过程中活性位点的结构演变和关键反应中间体的生成,从而更深入地揭示反应机理;此外,设计具有双金属位点的催化剂,可优化多步骤反应中不同反应中间体的吸附与电荷转移过程,实现协同催化效果.本文期望为深入理解过一硫酸盐高级氧化技术的反应机理和开发高效选择性的单原子环境催化剂提供有益借鉴.

关键词：过一硫酸盐活化单原子铁催化剂自由基非自由基水处理环境修复

具有复杂层次结构的二维离散块系岩体中摆型波与旋转波研究

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岩石力学与工程学报 2024年第2期43卷 424-438页

作者：姜宽卢春生戚承志王泽帆北京工业大学城市建设学部北京100124 西澳大学土木、环境与采矿工程学院澳大利亚珀斯6009 科廷大学土木与机械工程学院澳大利亚珀斯6845 北京建筑大学北京未来城市设计高精尖中心北京100044 北京建筑大学城市交通基础设施建设北京国际科技合作基地北京100044

岩体是由软弱结构层分割的各种尺度的岩块相互嵌套形成,具有复杂的层次结构,对岩体动力变形及应力波传播具有显著影响。针对具有复杂层次结构的块系岩体,基于Cosserat理论建立摆型波与旋转波的动力模型,确定层次结构对动力变形的影响。... 详细信息

岩体是由软弱结构层分割的各种尺度的岩块相互嵌套形成,具有复杂的层次结构,对岩体动力变形及应力波传播具有显著影响。针对具有复杂层次结构的块系岩体,基于Cosserat理论建立摆型波与旋转波的动力模型,确定层次结构对动力变形的影响。进一步,针对摆型波的低频、低速特征,基于Bloch定理确定并求解不同层次结构中波的频散方程,研究波的频散关系及速度特征。最后,基于固体能带理论揭示摆型波低频特性的力学机制,并基于研究结果讨论摆型波及旋转波诱发冲击地压的可能性。研究表明:忽略岩体高阶层次结构将低估岩体的位移及其整体变形,计算结果偏于不安全。长波扰动作用下,高阶层次结构中第一模态摆型波(对应声学支)频散现象不显著,其传播速度降低,岩体内部高阶层次结构阻碍波的传播;其他波(对应光学支)频散现象极其显著,几乎不能独立存在并传播;低频摆型波为波的主要形式,比高阶模态波及传统的P波、S波衰减速度更慢、传播距离更远。

关键词：岩石力学块系岩体摆型波旋转波层次结构频散关系 Cosserat理论

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近场分布式平面光源光强测试方法

光学学报 2024年第3期44卷 147-154页

作者：胡少杰王洪远何泽浩朱巧芬曹良才河北工程大学数理科学与工程学院河北邯郸056038 清华大学精密仪器系北京100084

对近场分布式光度测量方法及测量机理进行研究,基于自主搭建的近场光源发光特性测量装置采集平面光源不同方向的亮度图像,分析了近场光度参量之间的转换关系及亮度数据处理方法,最终实现了近场分布式平面光源空间光强分布测量。通过构... 详细信息

对近场分布式光度测量方法及测量机理进行研究,基于自主搭建的近场光源发光特性测量装置采集平面光源不同方向的亮度图像,分析了近场光度参量之间的转换关系及亮度数据处理方法,最终实现了近场分布式平面光源空间光强分布测量。通过构建平面光源发光模型,基于光度学和几何光学原理分析发光平面各个方向的光线分布,完成对光源不同方向的发光状态表征。与远场测量相比,所提近场分布式测量方法结果与远场配光曲线吻合良好,在所采用成像式亮度计亮度相对误差优于6.51%的情况下,所测得的光强相对误差小于8.38%,0°配光曲线匹配指数高达98.33%,验证了所提方法在近场光度测量中的有效性。

关键词：测量分布光度计近场分布式光度测量成像式亮度计光强配光曲线

超分辨光学显微成像的新武器——镧系离子掺杂上转换纳米荧光探针（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第6期 298-309页

作者：李子琦钟晓岚陈朝浩王帆北京航空航天大学物理学院澳大利亚国立大学物理学院电子材料工程研究室

超分辨荧光成像技术因其能够突破光学衍射极限的限制，为生命科学研究带来全新的观察尺度而获得了诺贝尔化学奖。但是，传统的超分辨荧光显微镜需要极为复杂的光学系统来突破衍射极限，通常伴随着明显的光毒性和低时间分辨率，昂贵的造... 详细信息

超分辨荧光成像技术因其能够突破光学衍射极限的限制，为生命科学研究带来全新的观察尺度而获得了诺贝尔化学奖。但是，传统的超分辨荧光显微镜需要极为复杂的光学系统来突破衍射极限，通常伴随着明显的光毒性和低时间分辨率，昂贵的造价以及日益复杂的操作限制了其在生物医学领域中的推广应用。因此，全球各大研究团队都在积极寻求具有近红外、高亮度和抗光漂白的替代荧光探针，并通过改善成像装置与算法，进一步拓展超分辨显微技术的应用范围。稀土元素纳米材料由于其独特而优异的物理化学特性，如显著的反斯托克斯光谱位移、无背景噪声、抗光漂白、光稳定性、低毒性和高成像穿透能力等，持续受到化学、物理学和材料学领域的广泛关注，是近期兴起的一种稳定性优异的无机荧光探针。本文首先简要介绍了上转换纳米颗粒的发光机制，然后讨论了纳米结构材料中实现光子上转换的主要限制。此外还介绍了镧系元素掺杂上转换纳米粒子在超分辨生物成像、分子检测等领域的应用，以及介绍了包括降低激光功率要求和耦合技术难度、提高激光直扫成像分辨率与速度、提高多路复用成像效率等应用技术优势。最后重点介绍了颗粒合成方面的主要挑战、可行的改进措施以及对未来发展的展望，为稀土纳米材料在生命科学成像领域的推广应用提供有力的理论基础与技术支撑。

关键词：荧光显微超分辨成像上转换纳米颗粒镧系离子掺杂

钢粒子迟滞重复冲击破岩硬岩损伤破裂特征研究

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岩土力学 2024年第4期45卷 1242-1255页

作者：鞠明和陶泽军蔚立元姜礼杰郑彦龙邹春江中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室江苏徐州211116 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州211116 中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016 东南大学土木工程学院江苏南京211183 蒙纳士大学土木工程系澳大利亚墨尔本

粒子冲击辅助破岩技术凭借其快速、高效等优点,对硬质岩体有着较好的破岩效果。通过粒子冲击试验和离散元模拟相结合的方法研究单、双粒子冲击速度、双粒子间距等因素对高强度花岗岩表面、三维及剖面形貌特征的影响,探寻冲击坑深度、冲... 详细信息

粒子冲击辅助破岩技术凭借其快速、高效等优点,对硬质岩体有着较好的破岩效果。通过粒子冲击试验和离散元模拟相结合的方法研究单、双粒子冲击速度、双粒子间距等因素对高强度花岗岩表面、三维及剖面形貌特征的影响,探寻冲击坑深度、冲击坑体积及冲击坑表面面积随冲击参数的变化规律,统计粒子冲击破岩裂纹的分布规律,并且从能量吸收率的角度评价双粒子迟滞冲击破岩的效能。结果表明:冲击坑深度与冲击速度呈正相关;随着粒子间距的增大,冲击坑由相交逐渐相离,形貌随之变化,冲击坑体积随之减小,而冲击坑表面面积增大;通过模拟发现,裂纹主要分布在斜长石与钾长石的晶界处,以拉伸破坏为主;当选用5mm直径的钢粒子破碎强度200MPa左右的极坚硬花岗岩时,双粒子迟滞冲击破岩的能量吸收率曲线随粒子冲击速度增大趋于平缓,在双粒子迟滞冲击破岩的粒子间距为8~10 mm且冲击速度400 m/s左右时能达到最佳的冲击辅助破岩效果。

关键词：辅助破岩粒子迟滞冲击冲击参数硬岩损伤特征能量吸收率

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基于标记相关性的多标记专属特征学习算法

山西大学学报(自然科学版) 2024年第1期47卷 59-68页

作者：李华王志杰石家庄铁道大学数理系

基于双标记专属特征的多标记分类算法（BILAS）是一种代表性的多标记学习算法，然而其只考虑了在标记对下取值不同的样本，忽略了取值相同的样本，使得生成的专属特征不能全面准确地刻画标记信息。针对这一不足，基于标记的二阶相关性... 详细信息

基于双标记专属特征的多标记分类算法（BILAS）是一种代表性的多标记学习算法，然而其只考虑了在标记对下取值不同的样本，忽略了取值相同的样本，使得生成的专属特征不能全面准确地刻画标记信息。针对这一不足，基于标记的二阶相关性，对标记对的全部类型样本生成专属特征，提出基于标记相关性的多标记专属特征学习算法。首先，利用基于距离的原型学习方法选择所有标记对的原型，并进一步生成相应的专属特征；然后利用标记幂集的思想构造多标记分类器。在来自MULAN (a Java library for multi-label learning)的5个公开测试数据集上进行实验，与BILAS算法和基于校准标记排序的多标记分类算法（CLR）相比，所提算法在5种多标记评价指标上综合平均排名均是第一，且分别比BILAS和CLR算法提高了20.4%和37.1%，表明了所提算法具有较好的性能。

关键词：多标记学习数据降维相似度原型学习标记幂集

面向头戴式三维显示的图像质量测评方法和系统

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应用光学 2024年第3期45卷 598-607页

作者：王雪琦何泽浩朱巧芬曹良才河北工程大学数理科学与工程学院河北邯郸056038 清华大学精密仪器系北京100084

头戴式三维显示设备是虚拟现实、增强现实和元宇宙等领域人机交互界面的常用呈现载体,当前,面向头戴式三维显示图像质量测评的方法和系统依然较为缺乏。提出了基于人眼视觉特性的三维显示质量评价理论,设计了基于人眼视觉特性的三维显... 详细信息

头戴式三维显示设备是虚拟现实、增强现实和元宇宙等领域人机交互界面的常用呈现载体,当前,面向头戴式三维显示图像质量测评的方法和系统依然较为缺乏。提出了基于人眼视觉特性的三维显示质量评价理论,设计了基于人眼视觉特性的三维显示质量测评方法和系统,实现了对头戴式三维显示深度表达能力、畸变、极限可分辨能力和视场角等参量的定量化测评。利用双目视觉原理测试深度表达能力,利用像点弯曲程度和多项式变换关系表示畸变程度,利用条纹MTF值和曲线谷峰比评价极限可分辨能力,利用小孔成像原理拟合视场角。针对两款待测试头戴式显示设备,测得的深度相对误差小于3.5%,畸变程度小于3%,视场角分别为77°1′44″和86°56′26″。测评结果与人眼主观感受具有高度的一致性,相关方法和系统具有较高的工程适用性,有望在头戴式三维显示质量测评与设计改进方面发挥重要的作用。

关键词：三维显示头戴式显示显示质量图像质量测评

BEV-radar:毫米波雷达-相机双向融合的三维目标检测

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中国科学技术大学学报 2024年第1期54卷 2-9,1,I0001页

作者：赵园张露邓家俊张燕咏中国科学技术大学计算机科学与技术学院安徽合肥230027 合肥综合性国家科学中心人工智能研究院安徽合肥230088 悉尼大学电子工程系澳大利亚南威尔士州2006

在自动驾驶场景下的3D目标检测任务中,探索毫米波雷达数据作为RGB图像输入的补充正成为多模态融合的新兴趋势。然而,现有的毫米波雷达-相机融合方法高度依赖于相机的一阶段检测结果,导致整体性能不够理想。本文提供了一种不依赖于相机... 详细信息

在自动驾驶场景下的3D目标检测任务中,探索毫米波雷达数据作为RGB图像输入的补充正成为多模态融合的新兴趋势。然而,现有的毫米波雷达-相机融合方法高度依赖于相机的一阶段检测结果,导致整体性能不够理想。本文提供了一种不依赖于相机检测结果的鸟瞰图下双向融合方法(BEV-radar)。对于来自不同域的两个模态的特征,BEV-radar设计了一个双向的基于注意力的融合策略。具体地,以基于BEV的3D目标检测方法为基础,我们的方法使用双向转换器嵌入来自两种模态的信息,并根据后续的卷积块强制执行局部空间关系。嵌入特征后,BEV特征在3D对象预测头中解码。我们在nu Scenes数据集上评估了我们的方法,实现了48.2 m AP和57.6 NDS。结果显示,与仅使用相机的基础模型相比,不仅在精度上有所提升,特别地,速度预测误差项有了相当大的改进。代码开源于https://***/Etah0409/BEV-Radar。

关键词：三维目标检测传感器融合毫米波雷达