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聚苯胺包覆的硫化锌-碳纳米管用作正极载体材料提高锂硫电池性能

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材料导报 2024年第1期38卷 10-16页

作者：周宇祥施天宇赵晨媛尹海宏宋长青郁可南通大学信息科学技术学院江苏南通226019 华东师范大学物理与电子科学学院极化材料与器件教育部重点实验室上海200241

随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论... 详细信息

随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论比容量和能量密度、环境友好、成本低廉等优点而备受关注。然而,锂硫电池中活性硫及其放电产物导电性差、可溶性多硫化物在电极间穿梭、体积膨胀等问题导致电池的反应动力学缓慢、容量迅速下降。为了解决这些问题,有必要对硫正极进行合理设计,研究表明引入碳纳米结构(如碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳、石墨烯等)作为骨架负载硫能提高锂硫电池的性能。这些碳骨架具有多层次的交叠多孔结构、大比表面积和高电子迁移率等优势,为离子提供迁移通道的同时能形成物理屏障限制多硫化物的迁移,进而抑制穿梭效应改善电池的循环稳定性。但是由于碳纳米结构的非极性特点,多硫化物与碳骨架之间的相互作用较弱,只能通过物理相互作用抑制多硫化物的穿梭。为了提高抑制效果,可以将极性材料(如金属氧化物、硫化物等)与碳纳米结构进行耦合,这样就兼具了极性材料和碳纳米结构的优点。极性材料与多硫化物的相互作用较强,同时碳纳米结构的高导电性和物理屏障作用亦得以保留,因而能大幅减缓穿梭效应,提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。此外,多种导电聚合物,如聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)和聚苯胺(PANI)等,亦能作为包覆层或导电载体改善锂硫电池的循环性能和倍率性能。其中聚苯胺(PANI)具有导电性高、易合成、共形性好等特点,作为包覆层能有效地防止多硫化物向外扩散,提高电子的迁移率,从而保证电池的长期循环稳定性。本工作制备了一种ZnS-CNTs/S@PANI正极材料来抑制上述缺陷,提高锂硫电池性能,该正极材料以ZnS修饰的CNTs为骨架来负载硫,再在外层包覆聚苯胺(PANI)导电聚合物制备而成。该正极材料中由碳纳米管构成的导电网络有利于电子的快速迁移,并能容纳循环过程中硫的体积膨胀;ZnS量子点的修饰在碳纳米管表面增加了大量极性位点,能够增强对多硫化物的吸附,进而抑制穿梭效应;外侧的聚苯胺作为极性导电包覆层有利于提高电极整体的导电性,增强对多硫化物的吸附,并且能够通过物理限制效应防止活性材料流失。因此该正极材料表现出良好的电池性能,其初始比容量在0.5 C时为952.33 mAh·g^(-1),经过150次循环后比容量为776.37 mAh·g^(-1),容量保持率为81.52%。其在2 C倍率下的放电容量为633.62 mAh·g^(-1),优于CNTs/S和ZnS-CNTs/S电极。该结果证明了ZnS-CNTs/S@PANI正极材料具备优异的锂硫电池性能,为了锂硫电池向实用化发展提供了一种正极制备方案。

关键词：锂硫电池硫化锌正极聚苯胺

生存进化阶段性搜索微粒群算法及其可靠性冗余分配优化应用

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计算机集成制造系统 2024年第6期30卷 1959-1971页

作者：姚成玉刘晓波陈东宁张运鹏吕世君燕山大学河北省工业计算机控制工程重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛066004

为高效解决含有异质冗余的多态系统(MSS)可靠性优化问题,并弥补微粒群优化(PSO)算法易早熟收敛的不足,从作用力方式和种群拓扑结构两方面对算法进行改进。改进PSO算法中单一的作用力方式,设置前后两个搜索阶段,对应两个搜索阶段分别构... 详细信息

为高效解决含有异质冗余的多态系统(MSS)可靠性优化问题,并弥补微粒群优化(PSO)算法易早熟收敛的不足,从作用力方式和种群拓扑结构两方面对算法进行改进。改进PSO算法中单一的作用力方式,设置前后两个搜索阶段,对应两个搜索阶段分别构造平衡引斥力方式和双层引力(个体和全局最优解引力、中间适应度微粒引力)方式,提出阶段性搜索微粒群(SPSO)算法;利用生物个体“择友而交”和优胜劣汰的生存体系构建生存进化(SE)拓扑结构,以结构演化和算法进化并行方式将该拓扑结构融入SPSO算法,提出生存进化阶段性搜索微粒群(SPSO-SE)算法,进一步提升算法的优化性能;利用Benchmark函数对所提算法与PSO的改进算法进行测试对比,结果表明,所提SPSO-SE算法具有更好的寻优能力。采用SPSO-SE算法对串-并联和桥式结构的多态系统的可靠性冗余分配问题进行优化,得到的系统结构费用更低、可靠度更高。

关键词：异质冗余多态系统微粒群优化算法作用力方式生存进化 Benchmark函数可靠性冗余分配问题优化

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基于模糊控制的光子辐射制冷功率测量系统

光学学报 2024年第2期44卷 170-179页

作者：周玉晟朱虹雨陈犇陈嘉诚詹耀辉李孝峰苏州大学光电科学与工程学院江苏苏州215006 江苏省先进光学制造技术重点实验室教育部现代光学技术重点实验室江苏苏州215006

依据热平衡原理设计了以单片机为控制核心,DS18B20数字温度传感器和铂电阻PT100为检温元件,正温度系数(PTC)效应加热器为执行元件的温控及制冷功率测量系统。通过模糊PID(Proportional Integral Derivative)控制算法输出不同占空比的脉... 详细信息

依据热平衡原理设计了以单片机为控制核心,DS18B20数字温度传感器和铂电阻PT100为检温元件,正温度系数(PTC)效应加热器为执行元件的温控及制冷功率测量系统。通过模糊PID(Proportional Integral Derivative)控制算法输出不同占空比的脉宽调制波,控制辐射冷却材料温度和环境温度保持一致性,同时利用3D打印工艺完成装置的搭建,最终测算出辐射制冷功率。实验结果表明,系统测量计算的辐射制冷功率与理论预测值接近,该系统可以有效满足多种辐射冷却材料的测量。

关键词：测量辐射制冷制冷功率单片机温度调控模糊PID

kHz、mJ量级的可调谐MgO∶PPLN中红外光参量振荡器

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中国激光 2024年第7期51卷 227-233页

作者：刘帅陈锴孙悦闫超乔鸿展常继英李吉宁王与烨钟凯徐德刚姚建铨天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072 天津大学微光机电系统技术教育部重点实验室天津300072

3~5μm中红外波段激光在大气中具有较高的透过率,因此被广泛应用于光电对抗等领域。报道了基于掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体的kHz、mJ量级的中红外光学参量振荡器(OPO)。采用纳秒脉冲1064 nm激光泵浦基于多周期MgO∶PPLN... 详细信息

3~5μm中红外波段激光在大气中具有较高的透过率,因此被广泛应用于光电对抗等领域。报道了基于掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体的kHz、mJ量级的中红外光学参量振荡器(OPO)。采用纳秒脉冲1064 nm激光泵浦基于多周期MgO∶PPLN晶体的OPO,OPO采用泵浦双通单谐振平凹腔结构。中红外激光的重复频率为1 kHz,4.08μm处输出的最高单脉冲能量达到1.041 mJ。最高光-光转换效率为16.8%,斜效率为19.3%,中红外激光脉宽约为9.53 ns。在最高能量输出时,OPO运转30 min时输出功率的均方根(RMS)为0.24%。通过温度-极化周期结合的调谐方式,OPO在3.49~4.18μm的较宽范围内都能够保持0.9 W以上平坦的高能量输出。在极化周期27.5~29.6μm以及温度25~200℃的调节范围内,闲频光波长的调谐范围为3.49~4.48μm。实现了重复频率为kHz量级、单脉冲能量为mJ量级的可调谐中红外输出,其在光电对抗领域具有应用价值。

关键词：激光器中红外激光掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂全固态激光器光参量振荡器

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基于图结构的空间同位模式挖掘

测绘学报 2024年第4期53卷 724-735页

作者：王靖涵艾廷华吴昊徐海江栗广岳武汉大学资源与环境科学学院湖北武汉430079 地理信息系统教育部重点实验室湖北武汉430079 测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

空间同位模式反映了不同地理要素分布的依存关系,是地理学第一定律的体现,也符合空间大数据分析重在揭示事物关联特征的目标。空间同位模式挖掘需要顾及空间分布耦合机制,探测空间邻近关系及基于支持度等指标分析高频共生模式。现有方... 详细信息

空间同位模式反映了不同地理要素分布的依存关系,是地理学第一定律的体现,也符合空间大数据分析重在揭示事物关联特征的目标。空间同位模式挖掘需要顾及空间分布耦合机制,探测空间邻近关系及基于支持度等指标分析高频共生模式。现有方法多在判定邻近关系的同时搜索共生模式,导致在挖掘高阶共生模式时需要实时修正几何邻近关系,在复杂系统下丧失计算过程的灵活性。考虑到图数据蕴含的拓扑连接信息与空间同位模式相契合,本文提出一种基于图结构的空间同位模式挖掘方法。该方法一步完成几何上的邻近关系探测,然后在图数据库中通过子图搜索完成逻辑上的同位模式判别。首先,基于Delaunay三角网构建自适应邻接图,利用自适应邻接过滤器删除无效连接。然后,通过候选子图的不断连接、剪枝、生长,逐步从N元递推获取N+1元候选同位模式。最后,通过计算支持度指标并与预定义阈值比较以确定空间同位模式。本文基于不断生长迭代的图遍历思想提升了空间同位模式挖掘面向更复杂的空间场景的普适性。试验表明本文方法具备高效的挖掘能力,相较传统算法,在多元空间同位模式的挖掘任务中效果更优。

关键词：空间同位模式自适应邻接图图遍历 Apriori算法

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气候变化下板栗适宜性分析及分布预测

林业科学 2024年第4期60卷 109-118页

作者：刘成林郭素娟北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室北京100083

【目的】探究影响板栗分布的主导环境因子,模拟不同气候条件下板栗潜在分布区,为板栗种质资源保护和引种提供理论依据。【方法】基于472个板栗现有种群分布地理信息与21个环境变量,采用物种分布组合模型模拟板栗潜在适宜分布区,通过AUC... 详细信息

【目的】探究影响板栗分布的主导环境因子,模拟不同气候条件下板栗潜在分布区,为板栗种质资源保护和引种提供理论依据。【方法】基于472个板栗现有种群分布地理信息与21个环境变量,采用物种分布组合模型模拟板栗潜在适宜分布区,通过AUC与TSS值评价模型准确性。利用组合模型推测末次冰盛期、全新世中期、当前、2030年和2050年板栗适宜区分布及其变化趋势。【结果】1)10种模型中,RF、GBM、MARES和GAM预测精度最好且稳定,最终组合模型AUC和TSS值分别为0.974和0.816,精度较高。2)影响板栗地理分布的主要环境因子为最冷月极端低温、海拔、最湿季降水量、年温变化范围和最湿月降水量,累计贡献率达89.79%。3)当前气候条件下中国潜在板栗适宜区分布广泛,自末次冰盛期以来,板栗适宜区不断向高纬度地区扩张,气候越暖扩张越快。但板栗整体适宜性不断下降,南方较为突出,北方则降幅较小,高适宜区总面积逐步减少。【结论】气候和地形因子共同影响板栗的地理分布,其中气候因子中温度因子贡献最大,地形因子中海拔因子贡献最大。当前气候条件下板栗在中国适宜区分布广泛,建议在高适宜区进行引种栽植及种质资源保护,当未来气候不利于板栗生长时向高纬度适宜区进行迁移引种,减少气候变化带来的损失。

关键词：板栗物种分布模型气候适宜性分布预测

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机器学习辅助的WC-Co硬质合金硬度预测

物理学报 2024年第12期73卷 300-310页

作者：宋睿刘雪梅王海滨吕皓宋晓艳北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室北京100124

硬度是硬质合金材料的一项典型代表性能,受多种因素的影响且各因素间常存在关联关系.本文旨在获得WC-Co硬质合金硬度的关键影响因素并实现硬度的高通量预测.建立了以硬质合金硬度为目标变量,以原料成分、烧结工艺和烧结体表征信息为特... 详细信息

硬度是硬质合金材料的一项典型代表性能,受多种因素的影响且各因素间常存在关联关系.本文旨在获得WC-Co硬质合金硬度的关键影响因素并实现硬度的高通量预测.建立了以硬质合金硬度为目标变量,以原料成分、烧结工艺和烧结体表征信息为特征的数据集;通过对特征的皮尔逊相关系数和SHAP分析,发现WC晶粒尺寸和Co含量对硬质合金硬度的影响最为显著.基于机器学习的支持向量机、多项式回归、梯度提升决策树、随机森林等算法,分别构建了硬质合金硬度预测模型.采用10折交叉验证方法对模型进行定量评估,结果表明梯度提升决策树算法模型具有最高的精度和较强的泛化能力,是最适合硬质合金硬度预测的机器学习方法.基于优选模型的高通量预测数据,采用多项式回归算法确定了硬质合金硬度与Co含量和WC晶粒尺寸之间的定量关系,预测准确率达到0.946.本研究为硬质合金性能的准确高效预测提供了数据驱动方法,可为高性能硬质合金材料的设计研发提供重要参考.

关键词：硬质合金硬度机器学习高通量预测

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区块链扩展技术现状与展望

软件学报 2024年第2期35卷 828-851页

作者：陈晶杨浩何琨李凯加梦杜瑞颖空天信息安全与可信计算教育部重点实验室(武汉大学国家网络安全学院) 湖北武汉430072

近年来,区块链技术引起广泛关注,其作为一种分布式账本技术,由于具备开放性、透明性和不可篡改性,已经被应用到诸多领域.但随着用户数量和访问需求的大幅增加,现有区块链体系结构可扩展性不足导致的性能瓶颈,制约了区块链技术的应用和推... 详细信息

近年来,区块链技术引起广泛关注,其作为一种分布式账本技术,由于具备开放性、透明性和不可篡改性,已经被应用到诸多领域.但随着用户数量和访问需求的大幅增加,现有区块链体系结构可扩展性不足导致的性能瓶颈,制约了区块链技术的应用和推广,如何解决可扩展性问题已成为学术界和工业界关注的热点.对已有的区块链扩展方案进行分析和总结.首先,介绍区块链基本概念和可扩展性问题的由来,定义可扩展性问题并提出衡量可扩展性的指标.其次,给出分类框架,将现有方案按网络扩展、链上扩展、链下扩展3大类进行介绍,通过对不同的区块链可扩展性方案进行分析,比较各自的技术特点并归纳优缺点.最后,对亟待解决的开放性问题进行讨论,展望区块链技术未来趋势.

关键词：区块链可扩展性交易吞吐量区块链体系结构区块链共识

髂动脉的流-固耦合模型及脉搏波传播特性分析

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生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 351-359页

作者：孙雪航李本森卢意成缪馥星宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211

本文研究髂动脉分叉几何特性对脉搏波传播特性的影响,应用多物理场分析软件,分别建立了基于髂动脉的直管分叉和曲管分叉流-固双向耦合有限元分析模型,对比分析了血管分叉角度对脉搏波传播特性的影响。研究发现,分叉几何特性对髂动脉脉... 详细信息

本文研究髂动脉分叉几何特性对脉搏波传播特性的影响,应用多物理场分析软件,分别建立了基于髂动脉的直管分叉和曲管分叉流-固双向耦合有限元分析模型,对比分析了血管分叉角度对脉搏波传播特性的影响。研究发现,分叉几何特性对髂动脉脉搏波传播有明显影响,在一个心动周期内,这两种模型预测的压力脉搏波和速度脉搏波幅值在血管分叉前一致度较高;分叉后,曲管分叉模型预测的脉搏波幅值较低、压降小,更符合人体实际情况。另外,分叉点处伴随着血管壁的应力集中现象,速度脉搏波幅值出现瞬时增加,这与分叉部位容易出现动脉狭窄和硬化等现象相一致。本文的初步研究结果将为脉搏波形用于动脉疾病的诊断提供一定的参考。

关键词：压力脉搏波速度脉搏波血管分叉流-固耦合分析数值模拟