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2019年  第51卷  第1期

物理学与光学工程
一种基于锥形天线的超宽带微带转波导转换
张涵, 许文涛, 林峻, 王剑莹
2019, 51(1): 1-4. doi: 10.6054/j.jscnun.2019001
摘要:
本文提出一种新型的微带转波导转换器,利用锥形天线实现其传输的超宽带和端射特性。将单片微波集成电路(MMIC)兼容的天线插入到矩形波导的E平面中,可以实现TE10主导模式传输。采用这种新的天线耦合方式,可以实现紧凑的结构设计和低成本的制造,而不需要多层衬底或侧壁开槽的波导。研究证明,在机械对准情况下,设计的UWB天线耦合的微带转波导连接器在6GHz?50GHz频带内,回波损耗优于-10dB,VSWR小于1.8。
具有诱导超导电性和自旋轨道耦合作用的半导体纳米线零偏压电导峰的研究
王媛, 陈佐满, 卢金兰, 赵家隆, 陈钰淇, 胡梁宾
2019, 51(1): 5-10. doi: 10.6054/j.jscnun.2019002
摘要:
本文对具有诱导超导电性和自旋轨道耦合作用的半导体纳米线的微分电导谱的一些特性进行了详细的分析和研究. 通过对系统的微分电导谱与系统的各种可调控参量之间的关系进行详细的研究,发现在这类系统中存在两种不同类型的零偏压电导峰. 这两种零偏压电导峰具有不同的特点,相应地应由不同的物理机制所导致. 论文中的计算结果对澄清最近一些有争议性的理论问题有一定的理论参考意义.
CO2和CO分子在五边形石墨烯表面的吸附行为
张灿鹏, 邵志刚
2019, 51(1): 11-15. doi: 10.6054/j.jscnun.2019003
摘要:

五边形石墨烯具有多种优秀的特性,其较大的比表面积和非直接带隙可能有利于气体分子的吸附. 本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,逐步研究了两种常见的气体分子CO2和CO在五边形石墨烯表面的吸附行为. 根据五边形石墨烯的结构特点,以及CO2和CO的分子形态,CO2总共有四种吸附方式,而CO则有六种吸附方式. 通过计算吸附能、电荷转移、吸附距离、能带间隙、电荷密度和态密度、分波态密度等指标,探究这两种气体分子不同方式的吸附情况. 结果显示,气体分子的不同吸附方式对吸附行为有明显的影响. 而且在同种情况下,CO普遍比CO2分子有更好地吸附效果. 但由于气体分子与基底之间未能形成化学键,CO2和CO在五边形石墨烯表面的吸附是比较弱的物理吸附.

工作气压对氩射频电感耦合等离子体模式转换的影响
熊文文, 陈俊芳, 王燕, 王勇
2019, 51(1): 16-21. doi: 10.6054/j.jscnun.2019004
摘要:
摘要:等离子体技术在半导体芯片刻蚀工艺中的应用越来越广泛.研究等离子放电机理和工作条件就显得尤为重要.本文采用Langmuir探针诊断装置测量电子温度和等离子体密度,利用发射光谱诊断装置测得的光谱强度来判断实验腔室内的放电模式.结果表明,等离子体放电可以在E模式和H模式相互转换,并且等离子体密度和光谱强度随着功率的变化而出现反向滞后现象.当工作气压在0.36Pa到0.42Pa区间时,滞后现象将不再存在.此外,随着真空室气压的增大,E-H模转换的跳跃功率先减小而后增大,在工作气压为0.39Pa时最低.射频功率越大,气体保持H模式放电所需气压的范围越大.这些都能为实际工业生产中的气压控制提供参考依据.
化学与环境
碘掺杂Bi4O5Br2可见光催化降解2,4-二羟基苯甲酸甲酯
卢明莉, 肖信, 张玲, 刘飞, 南俊民
2019, 51(1): 22-27. doi: 10.6054/j.jscnun.2019005
摘要:
2,4-二羟基苯甲酸甲酯(MDB),是对羟基苯甲酸甲酯在高级氧化过程中形成的的较稳定中间产物,具有比甲酯更强的毒性,其在环境中的存在对水资源及生态系统具有较高的潜在风险. 本文首次在可见光照射下催化降解2,4-二羟基苯甲酸甲酯,并取得了较好的进展. 与纯Bi4O5Br2相比,I-doped Bi4O5Br2催化剂表现出优异的可见光降解2,4-二羟基苯甲酸甲酯活性,其降解速率接近是纯Bi4O5Br2的5倍(0.038 min-1). I-doped Bi4O5Br2光催化活性增强的主要原因是其更佳的光生电子空穴对的分离效率和更宽的光吸收范围. 机理研究表明,光生空穴和超氧自由基为MDB可见光催化降解过程中的主要活性氧化物种.
取代基和配体的负离子效应对(TPFC)Mn(V)O轴向配位作用的影响
徐艳, 章小慧, 徐志广, 陈华彬, 刘海洋
2019, 51(1): 28-34. doi: 10.6054/j.jscnun.2019006
摘要:
采用密度泛函理论(DFT)的BP86方法对系列位取代的锰(Ⅴ)-氧咔咯((TPFC)MnⅤO)配合物与咪唑的轴向配位作用,以及无位取代的(TPFC)MnⅤO与轴向配体4-甲基咪唑和吡咯的轴向配位性质进行理论研究。计算结果显示位取代基吸电子性质和轴向配体负离子效应均能缩短配位键长并增大结合能,显著增强(TPFC)MnⅤO配合物轴向配位作用。通过自然键轨道(NBO)分析发现影响其轴向配位作用的主要因素是轴向配体上氮原子的孤对电子轨道LP(N)与锰原子的孤对电子轨道LP(Mn,4s)和锰氧反键轨道*(MnO)间的二级微扰稳定化能E(2),取代基吸电子效应和轴向配体负离子效应均能导致E(2)值增大,显著增强(TPFC)MnⅤO的轴向配位作用。
MoS2@ZnO异质结纳米材料的制备及光催化性能
张辉, 宋海燕, 阮舒红, 黄雯倩, 高志红
2019, 51(1): 35-41. doi: 10.6054/j.jscnun.2019007
摘要:
本论文通过超声法制备了形貌均一的MoS2@ZnO异质结光催化材料. 采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光致发光光谱(PL)、光电流密度测试等方法对样品的形貌和结构进行表征. 扫描电镜结果表明,MoS2@ZnO异质结复合材料是由直径约50~100 nm的ZnO纳米球包裹MoS2纳米片组成的. 光致发光光谱(PL)、光电流密度测试结果表明,MoS2(1.0%)@ZnO异质结能更有效地分离光生电子和空穴对,使得它们的复合机率降低,提高其光催化效率. 以初始质量浓度为15 mg/L的亚甲基蓝(MB)为模拟废水,研究纯ZnO纳米球和MoS2纳米片质量分数为0.5%、1.0%和2.0%的MoS2@ZnO异质结复合材料在250 W Xe灯下的光催化活性,研究结果表明 MoS2(1.0%)@ZnO 异质结材料对亚甲基蓝的光催化降解效率相比纯ZnO纳米球提高了15.2%. 并且经3次循环实验后,MoS2(1.0%)@ZnO异质结材料的光催化性基本不受影响,说明了MoS2(1.0%)@ZnO 异质结光催化材料的稳定性.
热碱解-水解预处理剩余污泥的效果研究
李哲, 林嘉薇, 胡勇有
2019, 51(1): 42-48. doi: 10.6054/j.jscnun.2019008
摘要:
热碱解-水解联合工艺预处理剩余污泥,可以实现污泥快速破胞,释放污泥细胞中的有机物,促进水解过程物质的转化,也有利于回收剩余污泥中的碳源. 基于此优点,本研究考察了温度、pH、反应时间对剩余污泥热碱解破胞效果的影响,以确定适宜的热碱解条件. 比较了不同水力停留时间(HRT=0~120h)下污泥水解过程中SCOD、挥发性脂肪酸(VFAs)、氮磷、蛋白质和糖类浓度的变化,分析了水解过程物质的转化情况. 结果表明,较高的pH(pH11)和较高的温度及延长反应时间均有利于提高污泥破胞效果. 适宜的热碱解条件为:热碱解破胞温度为70℃、初始pH 11,反应时间1 h. 在该条件下,SCOD浓度可超过11500 mg/L,污泥溶胞率为44%. 在水力停留时间为24 h时,VFAs和SCOD浓度分别高于2400 mg/L和5800 mg/L. 研究发现热碱解-水解反应约120h达到平衡,此时蛋白质和糖类稳定在130 mg/L和190 mg/L左右,其中,氮磷主要以氨氮和PO43-形式存在,相应比例分别为89%和94%. 热碱解-水解联合工艺通过加速污泥破胞,释放胞内有机物,能够明显地促进污泥的水解,这为剩余污泥热碱解-水解预处理的应用提供了技术支撑和理论依据.
4种常用铁基材料非均相芬顿降解四环素的研究
陈俊毅, 易云强, 方战强, 晏晓敏, 郑刘春
2019, 51(1): 49-55. doi: 10.6054/j.jscnun.2019009
摘要:
非均相芬顿法能够很好地应用于含抗生素废水的处理。为了筛选出成本低廉且能快速有效的非均相芬顿催化剂,本文对比了Fe0、Fe3O4、Fe2O3、-FeOOH四种常见非均相催化剂对四环素的去除效果。通过X-射线粉末衍射仪(XRD)、比表面积分析仪(BET)、激光粒度仪(LDI)分析了四种材料的理化特性。通过探究四种材料投加量、双氧水投加量、反应体系初始pH的影响选择最佳反应条件,通过对比研究四种材料非均相芬顿降解四环素的反应动力学,结果表明Fe0不仅催化降解效果最好(四环素的降解率为88.77%)、具有更宽的pH适用范围,而且价格低廉。最后,结合四种材料非均相芬顿降解四环素的TOC去除率以及重复利用效率对比分析,最终筛选出Fe0为非均相芬顿降解四环素的最佳催化剂。
累托石对左氧氟沙星的吸附研究
杨凤, 曾丽璇, 罗继文, 张秋云, 康园
2019, 51(1): 56-62. doi: 10.6054/j.jscnun.2019010
摘要:
累托石是一种天然间层黏土矿物,具有强稳定性、高分散性以及良好的吸附性.文章利用累托石良好的吸附特性,以其为吸附材料,通过静态吸附实验研究了累托石对水体中左氧氟沙星的吸附机理;并采用BET、XRF、FT-IR等表征手段对累托石结构和性能进行了分析. 结果表明:累托石主要成分为SiO2和Al2O3,比表面积为7.54 m2/g,孔径为3.62 nm,层间距为2.50 nm,其对左氧氟沙星的吸附过程更加符合Langmuir等温模型和准二级动力学模型,且在pH6时吸附效果最佳,最大吸附量达到63.38 mg/g;主要吸附机理是离子交换.
生物学与生物工程
水稻C2H2型锌指蛋白OsZAT12转化拟南芥功能的初步研究
陈宗新, 陈俊飞, 王亚琴
2019, 51(1): 63-69. doi: 10.6054/j.jscnun.2019011
摘要:
摘要:植物C2H2型锌指蛋白是植物转录调节因子中的大家族,通过转录调控、翻译后调节和蛋白质间的相互作用在植物发育和环境胁迫中发挥关键作用. 本研究在水稻基因组中克隆到一个C2H2型锌指蛋白,命名为OsZAT12. 生物信息学分析显示OsZAT12全长597bp,其中不包含内含子,其蛋白质序列含有199个氨基酸,具有两个典型的C2H2锌指结构. OsZAT12蛋白定位于细胞核,在根中特异性表达.过表达拟南芥植株与野生型比较,其根变短,子叶的变绿率明显降低,植株矮小.初步推断OsZAT12可能影响植物生长发育尤其是根的伸长.
去势对成年雄性斑胸草雀HVC神经元电生理特性的影响
周文丽, 许小冰, 李东风
2019, 51(1): 70-75. doi: 10.6054/j.jscnun.2019012
摘要:
鸣唱控制系统的高级发声中枢HVC(high vocal center)是发声运动通路和前端脑通路的始端,是发声行为的起始控制脑区,亦可接受听觉信号的输入及反馈,是鸣禽鸣唱调控最为重要的脑区.以往研究表明,雄激素及其代谢产物对鸣禽鸣唱控制有重要作用.去势显著改变鸣禽体内激素含量,进而影响鸣禽鸣曲稳定性,但其具体机制尚未阐明.我们运用全细胞膜片钳记录法,在离体细胞水平研究了去势引起的雄激素水平降低对HVC不同神经元电生理特性的影响.研究结果显示,去势组与对照组相比,投射神经元HVCRA,HVCX膜输入电阻减小,膜时间常数降低,动作电位后超极化幅值升高及达到峰值时间延长,表明雄激素可以提高两类投射神经元的兴奋性. 综上所述,雄激素可以一定程度上提高HVC神经元的兴奋性,雄激素可增强HVC对发声运动通路(vocal motor pathway,VMP)的控制,抑制前端脑通路(anterior forebrain pathway,AFP)来实现维持鸣曲的稳定.
地理科学与技术
位置服务大数据下广州市土地利用类型模拟探讨
刘望保, 谢智豪
2019, 51(1): 76-84. doi: 10.6054/j.jscnun.2019013
摘要:
位置服务(LBS)产生的时空行为大数据为地理环境模拟提供了重要机遇,也为土地利用类型的模拟识别提供了创新思路。位置服务大数据下的居民活动强度的周期性变化与土地利用有显著相关性,带有较强的土地利用指示性,在土地利用类型模拟识别上具有较大的应用价值。以广州为案例,本文利用百度地图平台APP联盟用户的位置服务大数据,以150*150m格网为精度单元,应用监督分类方法中的随机森林分析法模拟识别土地利用类型,模拟总准确率达72.40%,其中,村镇建设用地、工业用地、公园绿地、居住用地和商业金融用地的预测准确率分别为50.39%、82.65%、49.53%、82.66%和49.56%。研究结果表明随机森林方法在应用高密度时空行为大数据进行土地利用类型模拟的有效性及位置服务大数据在城市土地利用类型模拟上的潜在价值,也反映了居民活动强度空间形态与土地利用之间的显著相关性。当然,这需要利用不同的技术手段在不同城市和城市的不同区域上更多的案例实证。
腾格里沙漠南缘末次冰消期微量元素反映的古气候环境
李芳, 温小浩, 李保生, 杨庆江, 黄嘉慧, 陈思宏, 李俊覃
2019, 51(1): 85-93. doi: 10.6054/j.jscnun.2019014
摘要:
腾格里沙漠南缘土门剖面52L~41FD层段由3层风成沙丘砂、2层湖相沉积、2层古土壤和5层砂黄土构成. 分析结果表明:微量元素含量的高低变化依次为Mn、P、Sr、Rb、Cr、V、Zn、Ni、Cu、Nb,各元素含量在砂黄土、古土壤和湖相沉积中表现为相对峰态,而在沙丘砂层段中则呈现为相对谷态;在垂直方向上,各微量元素含量随着各沉积相的多次更替,构成了10条峰谷交替的锯齿状形态的元素波动过程线. 结合研究区地理位置与微量元素特征,认为可用Zn(ppm)、P(ppm)为代表作为气候替代性指标,指示本区东亚冬夏季风变化. 据此划分出了8个冷暖波动事件:冷干事件,即C1(11 870~11 640 a BP)、C2(12 650~12 050 a BP)、C3(13 340~13 010 a BP)、C4(13 810~13 620 a BP), 暖湿事件, 即W1(12050~11870 a BP)、W2(13010~12650 a BP)、W3(13620~13340 a BP)、W4(14850~13810 a BP). 本研究与格陵兰GRIP冰芯和中国南京葫芦洞H82石笋之间较高的同步性,这表明,腾格里沙漠南缘气候波动可能与格陵兰气候变化受相同的高纬动力驱动.
数学与应用数学
模糊市场中含有投资约束的最优投资消费问题
杨舟, 吕漫妮, 魏智健
2019, 51(1): 94-97. doi: 10.6054/j.jscnun.2018106
摘要:
本文假设金融市场中的投资具有约束,期望回报率向量和波动率矩阵均具有不确定性。首先建立该市场中,鲁棒效用下的最优投资消费模型。然后利用相关的结果将该问题转化为一个有约束条件的多元函数的鞍点问题,其中的鞍点对应着原始模型中的最优投资消费策略和最坏情形下的市场参数。最后利用相关的数学工具给出最优投资消费策略和最坏情形下市场参数的显示表达式,并提供相应的金融解释。
液晶流方程在弱Lp空间中的解的存在性
林俊宇, 龚伟华, 徐晓杰
2019, 51(1): 98-104.
摘要:
本文关注高维不可压向列型液晶流方程的整体温和解的存在性问题. 本文证明了当初始值范数$\|u_0\|_{(n,\infty)}+\|\nabla d_0\|_{(n,\infty)}$充分小时,不可压向列型液晶流方程的柯西问题存在整体温和解. 为此, 先作出一系列的估计, 然后利用压缩不动点定理得到该方程的整体温和解的存在性.
S-quantale同余的进一步刻画
李婷玉, 张霞
2019, 51(1): 105-107.
摘要:
设$S$是半群.本文刻画了一个$S$-quantale $Q_S$上由任意一个二元关系生成的最小同余, 讨论了$Q_S$上同余与核映射及核映射的商之间的一一对应关系.
具有唯一左单位的二元关系半群Pγ(λ×λ)
林屏峰
2019, 51(1): 108-111.
摘要:
设$\Lambda$是任意的非空集合,$\Gamma$是集合$\Lambda$上的半格,${\cal P}_{\Gamma}(\Lambda\times\Lambda)$是集合$\Lambda$上的半格$\Gamma$确定的二元关系半群.利用半群${\cal P}_{\Gamma}(\Lambda\times\Lambda)$的左单位已有的结论,获得了半群${\cal P}_{\Gamma}(\Lambda\times\Lambda)$的最大左单位,通过半群${\cal P}_{\Gamma}(\Lambda\times\Lambda)$的左单位的构造方法,研究半群${\cal P}_{\Gamma}(\Lambda\times\Lambda)$具有唯一左单位应该满足的条件.
计算机科学与软件工程
主颜色提取算法及其在服装图像检索中的应用
陈倩, 陶彬娇, 潘中良, 李萍, 刘寿强
2019, 51(1): 112-120.
摘要:
本文提出一种主颜色提取算法用于服装图像的颜色特征提取。该算法的基本思想是:首先根据服装的主颜色占比情况判断该服装是花色还是非花色,将花色服装用特征值进行标记。接着,将颜色直方图中的特征值按占比大小降序排列,去除占比较小的部分特征值,保留主颜色特征值。在进行服装检索时,先对数据库中的图像进行第一轮筛选,将花色与非花色服装进行分类;然后再对分类后的服装根据主颜色特征值进行第二轮筛选,得到最后的检索结果。实验结果表明,无论对于简单背景还是复杂背景的服装,无论是花色还是非花色服装,本文提出的算法相比于现有的其他算法,服装检索的查全率和查准率都得到了显著提高。
基于内容和最近邻算法的多臂老虎机推荐算法
王高智, 肖菁
2019, 51(1): 121-128.
摘要:
本文提出一种基于内容和最近邻(k-近邻)的多臂老虎机推荐算法:把推荐问题转化成多臂老虎机问题,把冷启动问题转化成EE(explore exploit)问题;通过观察用户特征,以用户特征为内容,计算用户之间的相似度并得出用户的最近邻;最近邻用户基于内容对推荐池物品进行预期评价,根据用户最近邻的预期评价情况,选择综合最优的物品推荐给用户. 并通过采用来自Movielens和Jester的真实数据集进行实验,实验结果表明:结合内容和最近邻算法的推荐算法更优且更具实用性,尤其在解决冷启动问题上效果显著.