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面向未来发展的动力和储能电池电解质材料研发进展:从液态走向固态

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科学通报 2024年

作者：王若林久陈珊珊张通张光照徐洪礼池上森邓永红王军许晓雄南方科技大学创新创业学院南方科技大学材料科学与工程系浙江锋锂新能源科技有限公司

随着新能源汽车和规模储能的快速发展,锂二次电池的应用规模不断增大,现在其已占据主导地位,但是,其能量密度和安全性方面的提升空间还很大.锂二次电池性能的提升与所用电解质材料的发展密不可分,其电解质材料的发展也经历着从传统的有... 详细信息

随着新能源汽车和规模储能的快速发展,锂二次电池的应用规模不断增大,现在其已占据主导地位,但是,其能量密度和安全性方面的提升空间还很大.锂二次电池性能的提升与所用电解质材料的发展密不可分,其电解质材料的发展也经历着从传统的有机液态电解质到混合固液电解质,再到如今已成为全球研发热点的纯固体电解质的演变过程.液态锂离子电池以有机液态电解质为主,为提升电池安全性,凝胶电解质有一定作用;混合固液电解质作为液态与固态的兼容态,兼具了液态电解质与固体电解质的特点,显示出较好的应用潜力;全固态电池使用固体电解质,涵盖了无机、聚合物及复合固态电解质等多种类型,其高安全性、高能量密度及长寿命等特点为下一代锂二次电池的需求带来了全新的发展机遇,然而,固体电解质材料的产业化之路仍充满挑战,需要克服生产成本高、生产工艺全面更新等问题.本文围绕锂二次电池内电解质的不同状态,深入剖析了各类电解质的特点,并探讨了其产业化现状、面临的挑战及未来发展机遇,旨在为锂二次电池技术的持续进步与应用领域的持续拓展提供参考.

关键词：锂二次电池液态电解质混合固液电解质固体电解质安全性

WIST:基于三维查找表的SM4算法新型白盒设计

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密码学报（中英文） 2024年第2期11卷 344-356页

作者：杨亚涛董辉张艳硕马英杰北京电子科技学院电子与通信工程系北京100070 西安电子科技大学通信工程学院西安710071

随着密码攻击方式更加多样、隐蔽且破坏性更强,密码分析者可能拥有越来越多的攻击权限与攻击能力,甚至能够获取算法的内部结构.为了更有效保护密钥,本文提出一种基于三维查找表的白盒SM4密码算法实现方案WIST.首先将SM4分组密码算法的... 详细信息

随着密码攻击方式更加多样、隐蔽且破坏性更强,密码分析者可能拥有越来越多的攻击权限与攻击能力,甚至能够获取算法的内部结构.为了更有效保护密钥,本文提出一种基于三维查找表的白盒SM4密码算法实现方案WIST.首先将SM4分组密码算法的线性变换用矩阵表示,设计了能对密钥信息进行隐藏保护的三维查找表,利用输入编码和输出编码对查找表混淆处理,同时采用仿射函数作为外部编码,完成了SM4算法的白盒化实现,并验证了此算法的正确性.效率分析表明WIST占用内存空间适中,具有较高安全性;安全性分析表明WIST能抵抗BGE攻击、MGH攻击、侧信道攻击、线性攻击与差分攻击等常见攻击类型.WIST可以在白盒攻击环境下更好地保护密钥信息.

关键词：白盒密码 SM4算法查找表密钥混淆密码攻击

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二维盆地场地土层动力特性的复模态识别法

工程力学 2024年

作者：李雪菊潘旦光北京科技大学土木工程系北京科技大学土木与资源工程学院城市地下空间工程北京市重点实验室

直接对二维盆地场地的土层-基岩整体模型进行复模态分析时，从众多模态中筛选出少量的土层局部模态存在一定的难度。为此，提出了修正局部模态质量比形成二维盆地场地土层动力特性的复模态识别法。该方法采用状态空间法计算辐射阻尼影... 详细信息

直接对二维盆地场地的土层-基岩整体模型进行复模态分析时，从众多模态中筛选出少量的土层局部模态存在一定的难度。为此，提出了修正局部模态质量比形成二维盆地场地土层动力特性的复模态识别法。该方法采用状态空间法计算辐射阻尼影响下的土体-基岩整体有限元模型的复模态，通过修正局部模态质量比识别盆地场地土层的局部模态。以半椭圆形和矩形盆地场地为例，讨论盆地场地不同计算模型所得土层动力特性的差异，研究了盆地场地土层的几何形状、宽深比及阻抗比对局部模态数量的影响。计算结果表明:采用修正局部模态质量比可以有效地从众多模态中识别出盆地场地的土层局部模态；局部模态数目随着盆地宽深比的增大而增多，随阻抗比的增大而减小；当盆地场地的土和基岩的阻抗比大于0.4后，不出现明显的土层局部模态。

关键词：二维盆地场地动力特性复模态分析辐射阻尼修正局部模态质量比

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纳米酶在抗生素检测中的应用进展

科学通报 2024年第4期69卷 553-564页

作者：邱星晨范存霞白瑞唐梓尧谷雨李长明苏州科技大学材料科学与工程学院苏州215009 苏州科技大学物理科学与技术学院苏州215009 苏州科技大学环境科学与工程学院苏州215009

近年来,抗生素作为一种基础治疗药物已经被广泛应用于医学、畜牧业和水产养殖业中,但是由于其过度使用导致的抗生素残留也对生态环境以及人类健康构成了严重威胁.抗生素残留会持续通过生态与生物累积危害人与动物健康,因此对环境样本抗... 详细信息

近年来,抗生素作为一种基础治疗药物已经被广泛应用于医学、畜牧业和水产养殖业中,但是由于其过度使用导致的抗生素残留也对生态环境以及人类健康构成了严重威胁.抗生素残留会持续通过生态与生物累积危害人与动物健康,因此对环境样本抗生素残留进行有效监测具有十分重要的意义.纳米酶是一类具有类酶催化活性的功能纳米材料,是新一代人工酶,具有高稳定性、独特的化学性质、易于表面调节和生物相容性等诸多优点,解决了天然酶制备困难、成本高、易失活等问题.本文综述了近年来基于纳米酶的抗生素传感策略的最新研究进展,着重阐述了不同种类纳米酶的作用机制和在抗生素检测方面的研究现状,并对纳米酶传感器的发展前景作了进一步的展望,可为设计高性能基于纳米酶的抗生素传感装置提供理论依据和实际应用的范例,从而为利用纳米酶设计新型传感器提供新思路.

关键词：抗生素纳米酶比色荧光传感器

金刚石/碳纳米管异质界面热导及声子热输运特性

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物理学报 2024年第13期73卷 346-355页

作者：刘子怡褚福强魏俊俊冯妍卉北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 北京科技大学新材料技术研究院北京100083

碳纳米管作为新一代热界面材料,在天然材料中具有最高的热导率,有望解决金刚石半导体超高热流密度的散热问题.因此,本文提出将金刚石和碳纳米管结合,可大幅度提高器件性能及稳定性,减小封装尺寸,实现器件小型化设计.采用非平衡分子动力... 详细信息

碳纳米管作为新一代热界面材料,在天然材料中具有最高的热导率,有望解决金刚石半导体超高热流密度的散热问题.因此,本文提出将金刚石和碳纳米管结合,可大幅度提高器件性能及稳定性,减小封装尺寸,实现器件小型化设计.采用非平衡分子动力学方法从微观层面探究了金刚石/碳纳米管异质结构界面热特性及影响因素.研究发现碳纳米管层数增加使声子态密度峰值增大并向低频波段移动,低频声子增多更有利于界面传热,同时声子重叠能提高,声子耦合振动增强提升了界面传热效率;同时,一定范围内体系温度的升高及碳纳米管长径比的增大可以提高近界面处金刚石和碳纳米管的态密度截止频率,提升低频波段的峰值,进一步增强两侧声子的耦合振动,提高了界面热导.最后,采用正交试验模拟获得了金刚石/碳纳米管界面热导的最优值,结果远优于目前一般半导体/金属的界面热导.该工作为优化金刚石/碳纳米管异质界面的热输运提供了思路,并将有利于器件热管理和芯片材料设计.

关键词：碳纳米管金刚石界面热导分子动力学

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YOLO-POD:基于多维注意力机制的高精度PCB微小缺陷检测算法

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电子学报 2024年第7期52卷 2515-2528页

作者：郭艳王智文赵润星广西科技大学自动化学院广西柳州545616 广西科技大学电子工程学院广西柳州545006

随着电子设备的广泛应用,印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)在电子制造行业中具有重要意义.然而,由于制造过程中的不完美和环境因素的干扰,PCB上可能存在微小的缺陷.因此,开发高效准确的缺陷检测算法对于确保产品质量至关重要.针对... 详细信息

随着电子设备的广泛应用,印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)在电子制造行业中具有重要意义.然而,由于制造过程中的不完美和环境因素的干扰,PCB上可能存在微小的缺陷.因此,开发高效准确的缺陷检测算法对于确保产品质量至关重要.针对PCB微小缺陷检测问题,本文提出了一种基于多维注意力机制的高精度PCB微小缺陷检测算法.为降低网络的模型参数量和计算量,引入部分卷积(Partial Convolution,PConv),将ELAN(Efficient Layer Aggregation Network)模块设计为更加高效的P-ELAN,同时,为增强网络对微小缺陷的特征提取能力,引入多维注意力机制(Multi-Dimensional Attention Mechanism,MDAM)的全维动态卷积(Omni-dimensional Dynamic Convolution,ODConv)并结合部分卷积,设计了POD-CSP(Partial ODconv-Cross Stage Partial)和POD-MP(Partial ODconv-Max Pooling)跨阶段部分网络模块,提出了OD-Neck结构.最后,本文基于(Youo Only Look Once version 7,YOLOv7)提出了对小目标更加高效的YOLO-POD模型,并在训练阶段采用一种新颖的Alpha-SIoU损失函数对网络进行优化.实验结果表明,YOLO-POD的检测精确率和召回率分别达到了98.31%和97.09%,并在多个指标上取得了领先优势,尤其是对于更严格的(mean Average Precision at IoU threshold of 0.75,mAP75)指标,比原始的YOLOv7模型提高28%.验证了YOLO-POD在PCB缺陷检测性能中具有较高的准确性和鲁棒性,满足高精度的检测要求,可为PCB制造行业提供有效的检测解决方案.

关键词：印刷电路板小目标缺陷检测 POD-CSP POD-MP 全维动态卷积多维注意力机制

中间层材料Fe和Nb对高强钛-钢复合管界面及剪切强度的影响

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金属学报 2024年第1期60卷 117-128页

作者：程磊张旭航韩盈程志诚余伟北京科技大学工程技术研究院北京100083

开发高强钛-钢复合管对于装备轻量化的研究具有重要意义。本工作采用高温挤压工艺制备以高强CrMo钢和TC11钛合金为基材的钛-钢复合管,研究了中间层材料Fe和Nb对高强钛-钢复合界面反应产物和结合强度的影响,并从界面扩散和组织演变的角... 详细信息

开发高强钛-钢复合管对于装备轻量化的研究具有重要意义。本工作采用高温挤压工艺制备以高强CrMo钢和TC11钛合金为基材的钛-钢复合管,研究了中间层材料Fe和Nb对高强钛-钢复合界面反应产物和结合强度的影响,并从界面扩散和组织演变的角度分析其断裂机制。结果表明:Fe中间层挤压态样品能够保持较高的剪切强度(185 MPa),在热处理过程中,Fe中间层析出的M_(23)C_(6)及钛基材的再结晶过程,导致界面剪切强度显著下降(70 MPa);Nb中间层920和970℃挤压态样品分别沿钢-Nb界面和Nb-钛界面断裂,这分别与钢-Nb界面处膜状NbC层的破裂和Nb-钛界面处β-Ti层的不连续特征相关,热处理后扩散修复的NbC层可使920℃挤压样品剪切强度从挤压态的131 MPa提升至170 MPa,而970℃挤压样品界面处不连续的β-Ti层以及Ti_(0.86)Al_(0.11)Nb_(0.03)析出颗粒的回溶,使其界面强度反而下降。综合界面反应和组织转变特征,明确了含2种中间层高强钛-钢复合管的微观断裂机制。

关键词：钛-钢复合管高温挤压中间层剪切强度析出

初始组织及冷轧压下量对工业低牌号电工钢相变织构及磁性能的影响

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金属学报 2024年第3期60卷 377-387页

作者：杨平马丹丹顾晨顾新福北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

有相变的低牌号电工钢连铸坯中普遍存在的{100}柱状晶显示了连铸过程中强烈的相变滞后及相变被抑制的特性。这时,热轧加热温度的变化会造成热轧组织与织构的多样性,并对后续冷轧退火组织与织构产生影响。本工作在前期初步考察热轧工艺... 详细信息

有相变的低牌号电工钢连铸坯中普遍存在的{100}柱状晶显示了连铸过程中强烈的相变滞后及相变被抑制的特性。这时,热轧加热温度的变化会造成热轧组织与织构的多样性,并对后续冷轧退火组织与织构产生影响。本工作在前期初步考察热轧工艺对工业低牌号电工钢相变织构影响的基础上,结合连铸坯中柱状晶相变滞后现象,提出了亚稳态铁素体热轧保留{100}织构从而提高磁性能的思路,进一步考察了冷轧前不同初始组织及冷轧压下量对相变织构的影响,并探索了织构遗传的规律。结果表明,低温加热热轧的热轧板中存在较多{100}取向的形变晶粒,冷轧及相变退火后显示了明显的{100}织构遗传规律,有效改善了磁性能。压下量的提高削弱了{100}相变织构。分析认为,虽然工业低牌号电工钢中的Al、P元素阻碍了表面效应诱发的{100}相变织构,但低温热轧产生有利的初始{100}织构促进了最终遗传型相变织构。此外,高退火温度下得到的相变织构仍优于低退火温度下得到的再结晶织构。

关键词：低牌号电工钢相变柱状晶织构磁性轧制

Cr、Si微量元素对钢/铝感应静压焊接接头组织及性能的影响

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机械工程学报 2024年第2期60卷 178-187页

作者：高恺顾红历李坤武汉科技大学汽车与交通工程学院武汉430065 武汉科技大学分析测试中心武汉430081

为推进汽车车身的轻量化研究,对Q235与5052H32(1号)、40Cr与5052H32(2号)、Q235与6061-T6(3号)三组试样进行了感应静压焊接试验。结果表明:界面处生长的金属间化合物(IMC)主要包括近钢侧舌状Fe_(2)Al_(5)相和近铝侧针状FeAl_(3)相两种,F... 详细信息

为推进汽车车身的轻量化研究,对Q235与5052H32(1号)、40Cr与5052H32(2号)、Q235与6061-T6(3号)三组试样进行了感应静压焊接试验。结果表明:界面处生长的金属间化合物(IMC)主要包括近钢侧舌状Fe_(2)Al_(5)相和近铝侧针状FeAl_(3)相两种,Fe_(2)Al_(5)相的Gibbs自由能小于FeAl_(3)相,故界面处Fe_(2)Al_(5)相优先生长;1至3号试样Fe_(2)Al_(5)相平均厚度分别为20μm、14μm、11μm,对比1号和2号发现,40Cr钢中的Cr元素在界面处聚集并部分替换IMC中的Fe元素,降低Al在Fe中的扩散系数,抑制了Fe_(2)Al_(5)相的生成,因此2号试样中Fe_(2)Al_(5)相比1号试样薄6μm;对比1号和3号发现,6061-T6铝合金中Si元素参与界面反应,以固溶体的形式抑制了Fe_(2)Al_(5)相的生长,因此3号试样中Fe_(2)Al_(5)相比1号试样薄9μm;三种试样焊接头均为混合断裂,接头抗剪强度分别为31 MPa、68 MPa、73 MPa。

关键词：感应静压焊接金属间化合物微观组织力学性能