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物理学与光学工程
应变诱导外延Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜铁电介电性能的频率依赖特性
张宪贵, 宋建民, 康艳霜, 史孟飞
2022, 54(4): 1-6.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022051
[摘要](22) [HTML全文](2) [PDF 1843KB](6)
摘要:
基于修正的Landau-Devonshire唯象理论和Landau-Khalatnikov方程,研究了不同失配应变下外延Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜相稳定性和频率依赖的铁电介电性能。结果表明:室温下铁电c相、正交aa相和顺电相为稳态相且均为二级相变;在0.1 kHz的外加电场频率下,压应变增加了c相的面外剩余极化强度(Pr)和矫顽场(Ec),而拉应变增加了aa相的面内剩余极化强度和矫顽场。此外,随着频率的增加,相界处PrEc均增加,介电常数呈先快速后缓慢的下降趋势,最大调谐率逐渐减小且相应失配应变逐渐趋于零,这主要归因于频率的增加导致相变温度(ΔTc)升高。进一步计算显示,面外的失配应变移动、调谐率降低和ΔTc分别为0.017%、10.6%、7.3 ℃,其与面内结果(0.019%,9.7%,7.7 ℃)相近。
基于注视行为特性的驾驶人分心负荷评估
王海晓, 丁旭, 吕贞, 高明星
2022, 54(4): 7-17.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022052
[摘要](56) [HTML全文](4) [PDF 2563KB](2)
摘要:
为了评估驾驶人操作手机的各种行为对行车安全的影响,组织19名驾驶人佩戴眼动仪开展室内模拟驾驶试验,分别采集城市快速路自由流和拥挤流2种典型交通状况下驾驶人进行正常驾驶、免提通话、语音短信3种操作时的注视数据。采用层次聚类法结合机械划分的方式,将驾驶人的视野平面划分为6个视觉兴趣区域;利用描述统计和方差分析法建立了衡量注视行为特性的敏感性指标集(注视区域信息熵、注视持续时间、垂直方向注视偏差、瞳孔面积变异系数);最后采用熵权法构建4项指标的权重体系,提出了分心负荷指数的概念,并引入TOPSIS法验证了分心负荷指数对分心程度的评估效果。结果表明:进行免提通话操作时驾驶人多处于认知分心状态,语音短信操作时多处于视觉分心状态;相较于正常驾驶,除了自由流场景中进行免提通话操作时分心负荷差异甚微以外,其余手机操作均对驾驶人注视行为产生显著影响,致使分心负荷指数普遍升高,且在拥挤流场景中,执行语音短信操作时分心负荷激增,驾驶风险远高于免提通话。
化学与环境
WO3/石墨烯的湿化学法制备及其室温光激发甲苯气敏性能
黄青武, 吴金金, 曾大文, 宋武林
2022, 54(4): 18-24.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022053
[摘要](12) [HTML全文](2) [PDF 3114KB](1)
摘要:
采用简单的低温化学合成法成功制备出WO3/石墨烯纳米复合材料,该材料在室温下表现出极佳的光激发甲苯气敏性能。结果表明:石墨烯的加入会使WO3片层尺寸减小到300 nm左右,同时会组装成球状结构。在复合材料中石墨烯与WO3会以化学键结合,有效降低WO3中氧空位的浓度。在蓝光激发下,WO3/石墨烯复合材料对100 mL/m3甲苯的气敏响应性能比WO3材料提高了3.3倍。该甲苯传感材料在易爆、易燃和有毒环境中有很好的应用前景。
Mn(Ⅱ)在伊利石(001)面和(010)面吸附的密度泛函研究
杜佳, 王庆鹤, 蔡深文, 樊海, 李雅慧, 陈军, 曾伯平
2022, 54(4): 25-31.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022054
[摘要](12) [HTML全文](2) [PDF 3589KB](1)
摘要:
为探究Mn(Ⅱ)在伊利石表面的吸附机理,采用密度泛函理论(DFT)模拟Mn(Ⅱ)在伊利石(001)面和(010)面的吸附,研究了活性位、吸附构型、电荷和态密度。结果表明:在(001)面,Mn(Ⅱ)优先吸附于硅氧环空穴处,且与活性氧OS1形成1个共价键,吸附能为-262.55 kJ/mol;在(010)面,Mn(Ⅱ)与羟基基团的氧原子形成1~3个共价键,随着共价键数量的增加,吸附能增大,吸附的最稳定构型为Mn(Ⅱ)吸附于3个≡Al—OH基团之间的空穴处,吸附能为-533.62 kJ/mol;Mn(Ⅱ)与(001)面和(010)面均存在共价键作用和静电作用,在(001)面的吸附能小于(010)面,且与(001)面以静电作用为主,与(010)面以共价键作用为主;Mn(Ⅱ)与伊利石表面共价键的形成主要是Mn(Ⅱ)的4s轨道与表面OS的2p轨道间的相互作用。研究结果可为黏土吸附材料的开发和污染土壤的净化提供理论基础。
高选择性、高灵敏的咔唑衍生物F-荧光增强型探针
马立军, 徐玮劭, 刘欣, 卢娉婷, 许金松, 冯锐鸿
2022, 54(4): 32-39.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022055
[摘要](15) [HTML全文](2) [PDF 2285KB](1)
摘要:
以4-羟基咔唑为原料,合成了一种含硅氧基团的咔唑衍生物(HCTC),通过核磁共振氢谱和高分辨质谱对其结构进行了表征,并对探针的F-检测性能进行了研究。结果表明:HCTC能够利用F-对硅氧键的高亲核性的特异性进攻,表现出对F-的化学反应型荧光探针特性;当加入F-以后,该探针溶液在波长433 nm处出现新的荧光发射峰,并伴随轻微的红移现象,而加入其他常见的阴离子都不能引起类似的现象,HCTC对F-的检测限相对较低(0.21 μmol/L);将HCTC探针制备成荧光试纸,它能够对含少量乙腈的水溶液中的F-具有荧光检测性能。HCTC是一种高选择性、高灵敏度的F-荧光增强型探针。
TiO2-rGO紫外光催化臭氧耦合高效降解双酚A的研究
朱锡淼, 刘金华, 廖高祖, 冷晟萌, 许晓春, 方建章
2022, 54(4): 40-47.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022056
[摘要](10) [HTML全文](3) [PDF 2255KB](1)
摘要:
采用液相沉积-煅烧法制备二氧化钛-还原氧化石墨烯(TiO2-rGO)复合光催化剂。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、比表面积与孔隙率分析仪(BET)和紫外-可见漫反射分光光度计(UV-Vis DRS)等对所制备的催化剂进行表征分析。以双酚A(BPA)为模拟污染物,考察了TiO2-rGO的光催化臭氧氧化降解性能,并通过活性物种捕获实验探究反应机制。结果表明,锐钛矿型TiO2纳米颗粒成功附着在石墨烯上,颗粒直径约为20 nm;当前驱体溶液中氧化石墨投加量为0.02 g时,样品催化活性最高,反应45 min后双酚A被完全矿化,经过5次循环使用后,仍保持高效催化性能;TiO2-rGO催化活性的提高主要归因于引入石墨烯后提高了光生载流子的分离效率,促进了光催化与臭氧氧化协同降解;在反应过程中,空穴(h+)和羟基自由基(·OH)是主要的活性物种,·OH对BPA的降解起主导作用。
B掺杂介孔C/SiO2复合材料的自组装法合成及其CO2吸附性能
金效齐, 葛金龙, 张丽园, 熊明文, 吴中, 孟晓林
2022, 54(4): 48-55.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022057
[摘要](12) [HTML全文](2) [PDF 2164KB](1)
摘要:
采用溶胶-凝胶结合协同自组装法,以三嵌段共聚物F127为模板剂,以正硅酸乙酯为硅源,以酚醛树脂为碳源,改变硼酸三异丙酯硼源的投料量,制备了一系列具有丰富介孔结构的新型B掺杂介孔C/SiO2复合材料(BC/SiO2),研究B的掺杂量对BC/SiO2复合材料CO2吸附性能的影响,采用3种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich和DSL)分别对CO2等温吸附曲线进行拟合分析。结果表明:BC/SiO2复合材料呈球形,且具有较高的比表面积和均一的孔径分布;在BC/SiO2复合材料中,大部分B原子已被均匀掺入到碳骨架中,从而产生极性位点;BC/SiO2复合材料对CO2的吸附能力不仅与材料比表面积大小有关,同时也与B掺杂所产生极性位点数量相关;B掺杂的BC/SiO2复合材料对CO2分子存在2种不同强弱的吸附位点,CO2吸附等温线符合DSL等温吸附模型。
石榴皮提取物绿色合成纳米零价铁及合成机理探究
杨莉, 张黎, 张珊, 李洁, 王通, 王柯, 沈韵
2022, 54(4): 56-64.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022058
[摘要](9) [HTML全文](3) [PDF 2751KB](1)
摘要:
以石榴皮提取物为还原剂和稳定剂,绿色合成了纳米零价铁(GS-nZVI)。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)等表征手段对GS-nZVI的物理化学性质进行了表征,结合粒径、Zeta电位测试结果和化学平衡基本原理,讨论了合成条件(如反应时间、铁盐浓度、提取物多酚的质量浓度)对GS-nZVI粒径和产率的影响,并提出了可能的合成机理。结果表明:石榴皮提取物合成的GS-nZVI呈无定型结构,提取物中多酚类物质不仅能把亚铁盐(Fe2+)还原为零价铁(Fe0),而且可作为稳定剂包覆在GS-nZVI表面,提高纳米粒子分散性。反应时间为120 min,Fe2+浓度为0.05 mol/L,多酚的质量浓度为15 mg/mL时合成的GS-nZVI粒径、产率综合结果最优,其产率为24.45%、粒径分布主要集中在213 nm。
生物学与生物工程
脱酚棉籽粕替代鱼粉对卵形鲳鲹肌肉品质的影响
苗玉涛, 钟宛清, 卢宝鑫, 付胜利, 宋飞, 陈义烘, 汪蕾
2022, 54(4): 65-73.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022059
[摘要](15) [HTML全文](2) [PDF 1419KB](0)
摘要:
为探讨脱酚棉籽粕(LCSM)替代鱼粉对卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)的肌肉品质、抗氧化能力及相关基因表达的影响,本研究选择体质量为28.42±0.02 g的卵形鲳鲹,分别利用LCSM替代0%、20%、40%、60%的鱼粉蛋白,配制了4组饲料(分别记为LCSM0、LCSM20、LCSM40、LCSM60组),饲养卵形鲳鲹6周。结果显示:(1)LCSM20组的肌肉硬度、弹性、内聚性、胶粘性、回复性与LCSM0组的差异无统计学意义(P>0.05),胶着性和咀嚼性显著下降(P < 0.05);LCSM40组和LCSM60组的内聚性显著提高(P < 0.05),其余质构指标显著下降(P < 0.05)。(2)LCSM20、LCSM40、LCSM60组的pH和蒸煮损失率与LCSM0组相比差异有统计学意义(P < 0.05),肌肉滴水损失率的差异无统计学意义(P>0.05)。(3)LCSM20组和LCSM40组的肌肉胶原蛋白(Collagen)的质量分数与LCSM0组相比差异无统计学意义(P>0.05),LCSM60组的显著下降(P < 0.05)。(4)LCSM20组的丙二醛(MDA)含量、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)含量与LCSM0组相比差异无统计学意义(P>0.05),超氧化物歧化酶(SOD)含量显著下降(P < 0.05);LCSM40组和LCSM60组的MDA含量与LCSM0组相比差异无统计学意义(P>0.05),SOD含量和GSH-Px含量显著下降(P < 0.05)。(5)LCSM20组肌肉品质相关基因(DecorinMSTNMyoGCatL)的转录水平与LCSM0组相比差异无统计学意义(P>0.05),COL1α1CatB基因的转录水平显著上调(P < 0.05);LCSM40组和LCSM60组的MSTNCOL1α1基因的转录水平与LCSM0组相比显著上调(P < 0.05),LCSM40组的DecorinMyoGCatBCatL基因的转录水平与LCSM0组相比差异无统计学意义(P>0.05),LCSM60组的Decorin基因的转录水平与LCSM0组相比显著下调(P < 0.05),MyoG基因的转录水平与LCSM0组相比差异无统计学意义(P>0.05),CatBCatL基因的转录水平与LCSM0组相比显著上调(P < 0.05)。综上所述,以对肌肉品质、抗氧化能力及相关基因表达的影响为评价指标,利用脱酚棉籽粕替代卵形鲳鲹饲料鱼粉的最适比例为20%。
细胞自噬对拟南芥种子萌发的影响
李喜豹, 张佳素, 周鹏康, 高颖苗, 陈春苗, 高彩吉, 杨超, 沈文锦
2022, 54(4): 74-81.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022060
[摘要](12) [HTML全文](2) [PDF 2677KB](1)
摘要:
自噬在植物生长发育过程发挥着至关重要的作用,但是植物中自噬与种子萌发的关系尚不明确。为了探究自噬对种子萌发的影响,通过基因表达检测、蛋白免疫印迹实验和种子萌发速率比较,分析了细胞自噬对拟南芥(Arabidopsis thaliana)种子萌发的影响。研究结果表明细胞自噬在植物种子萌发过程中发挥重要作用:(1)自噬基因的表达在种子萌发过程中明显上调,且ATG8蛋白在种子萌发过程中逐渐积累,表明种子萌发过程中细胞自噬被激活;(2)细胞自噬抑制剂3-methyladenine (3-MA)能够显著地抑制拟南芥野生型种子的萌发,拟南芥自噬突变体种子的萌发速度比野生型种子的慢,表明细胞自噬途径在种子萌发过程中发挥正向调控作用但不是种子萌发所必需的。
地理科学与技术
基于路段转移采样的最优路径集计算方法
李军, 郭育炜, 叶威
2022, 54(4): 82-88.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022061
[摘要](15) [HTML全文](4) [PDF 1547KB](3)
摘要:
为了不计算路段阻抗而获取起点到终点的多条最优路径,提出一种基于路段间转移概率并通过路段转移采样来计算最优路径集的方法(最优路径集路段转移概率法):首先,通过分时段、分区域来获取路段间转移概率,采用时段划分将交通状态随时间变化的影响纳入考虑,利用交通小区代替给定起点和终点,避免了路网中起点与终点数量巨大、特定点对之间数据量不足的问题; 然后,基于路段转移采样进行轨迹采样并获取最优路径集。该方法不需计算路段阻抗,对数据要求低,计算简便。案例分析表明:利用最优路径集路段转移概率法得到的计算路径与实际路径的涵盖程度高,区域划分大小对结果影响较小,时段划分可有效反应交通状况。
珠海淇澳岛人工次生无瓣海桑纯林的植被碳储量变化
孙学超, 黄展鹏, 张琼锐, 文嫱, 黄志琴, 王晨茜, 张若琪, 徐颂军
2022, 54(4): 89-100.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022062
[摘要](14) [HTML全文](4) [PDF 13510KB](1)
摘要:
为了研究无瓣海桑在快速固碳方面的效果,基于多期遥感影像和实测样方数据,对1999—2019年期间,淇澳岛无瓣海桑的生长范围、年际生物量和植被碳储量进行了定量计算,分析引起这些变化的原因,并得到研究区生物量反演模型为B=75.906-6.144×SR-10.728×Variance,P<0.01,R2=0.700。研究结果表明:(1)无瓣海桑在1999、2003、2009、2013、2019年的面积分别为0、29.520、114.245、140.280、332.399 hm2;1999、2003、2009、2013、2019年的碳储量分别为0、4 872.74、15 051.14、25 892.55、55 969.24 t,1999—2003、2003—2009、2009—2013、2013—2019年的固碳速率分别是:3.66、7.55、19.48、28.06 t/(hm2·a);20年间,无瓣海桑纯林的单位面积碳密度增长了168.38 t/hm2。(2)与其他红树林树种和同纬度的亚热带阔叶林相比,无瓣海桑的固碳速率更快,碳储量更大,是一种非常理想的能够用于修复裸地海岸的红树林植物。
数学与应用数学
马尔可夫过程的低秩谱估计
贲树军, 翁艺鸿
2022, 54(4): 101-108.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022063
[摘要](11) [HTML全文](5) [PDF 1863KB](3)
摘要:
针对马尔可夫过程的谱估计算法利用了非负投影而导致估计矩阵不能满足低秩要求的问题,提出一个低秩谱估计算法(Low-rank Spectral Estimation Algorithm, LRSEA):首先,建立秩约束状态转移矩阵集合的局部Lipschitz型误差界,并给出满足该集合误差界不等式的近似投影矩阵; 然后,基于近似投影矩阵对现有的谱估计算法进行低秩修正,得到LRSEA算法,并为该算法建立统计误差界。通过人工合成数据实验对LRSEA算法、经验估计方法和谱估计方法进行比较,结果表明LRSEA算法的估计误差最小。最后,将LRSEA算法与k-均值聚类算法结合应用到纽约市曼哈顿岛出租车轨迹的分析问题。
关于IFS的一个经典遍历定理的注记
杨荣领, 马东魁
2022, 54(4): 109-112.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022064
[摘要](5) [HTML全文](3) [PDF 414KB](0)
摘要:
给出了Elton定理不成立的点构成的集合的性质:通过构造符号空间中的柱集,证明了对一个具有概率的压缩IFS,连续函数g满足\begin{document}$ \int_X g \mathrm{~d} \nu_1 \neq \int_X g \mathrm{~d} \nu_2$\end{document}ν1ν2表示IFS中2个不同的不变测度,则Elton定理不成立的点构成的零测集要么是空集,要么是具有满Hausdorff维数和满拓扑熵的集合。
计算机科学与软件工程
基于原型网络的小样本脑电伪迹检测方法
李景聪, 林镇远, 潘伟健, 吴潮煌, 潘家辉
2022, 54(4): 113-120.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022065
[摘要](9) [HTML全文](2) [PDF 1163KB](3)
摘要:
正常脑电信号由于容易受到多种脑电伪迹的干扰而导致信噪比低,为了提高脑电信号的信噪比,使用一种基于度量的小样本学习模型来检测脑电信号中的伪迹,提出了一种基于原型网络的脑电伪迹识别模型(EEG Artifact Prototype Network,EAPNet)。该模型能够学习一个从EEG特征到目标空间的非线性映射,然后计算每个类原型表示的距离,并按此距离进行分类; 仅需较少数量的数据样本进行训练,就能实现对伪迹的准确识别。最后,在公开的脑电伪迹数据集TUAR(TUH EEG Artifact Corpus)中进行了伪迹识别实验,并将EAPNet模型与2个深度学习模型(EEGNet、全连接神经网络(FNN))及7个机器学习模型(高斯贝叶斯模型(Gaussian NB)、随机森林模型(RF)、逻辑回归模型(LR)、套索回归模型(Lasso)、支持向量机模型(SVM)、岭回归模型(Ridge)和最近邻算法(KNN))进行了对比实验。实验结果显示:(1)EAPNet模型是一种高效的伪迹检测方法:在2-way 1-shot、2-way 5-shot、2-way 10-shot任务中,模型的检测准确率分别为69.44%、77.21%、80.01%。(2)在所有对比模型中,EAPNet模型的识别准确率最高。
高效的两方ECDSA门限方案
颜萌, 马昌社
2022, 54(4): 121-128.   doi: 10.6054/j.jscnun.2022066
[摘要](11) [HTML全文](4) [PDF 1032KB](2)
摘要:
针对现有的门限ECDSA方案存在的计算开销过大、签名效率不高以及通信开销过大的问题,提出了一种高效的两方ECDSA门限方案。该方案将签名私钥拆分成2个部分,分别由两方保管; 利用同态加密技术,每一次协同签名都需要双方用户同时参与签名过程,其中任意一方都无法掌握完整的签名私钥; 将签名阶段分为了离线预计算阶段以及在线签名阶段,在离线预计算阶段提前完成了绝大部分计算量,在线签名阶段高效且快速,提高了签名效率。随后,对该方案给出正确性分析、安全证明及效率对比。研究结果表明:高效的两方ECDSA门限方案的在线签名阶段有效地避免了花销高昂的同态操作,具有签名效率高、通信代价低和交互轮数少等优势,实用性更高。
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