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2019年  第51卷  第2期

物理学与光学工程
基于极化码的单步量子密钥分发后处理
李锦, 蒋琳, 林旭城, 方俊彬
2019, 51(2): 1-6. doi: 10.6054/j.jscnun.2019015
摘要:
量子密钥分发结合一次一密的加密方案可以在理论上保证通信的无条件安全性。然而,量子密钥后处理过程中的误码纠错和密性放大两个步骤引入了较高的处理延时,影响了最终安全密钥生成速率以及量子密钥分发系统的实用性。故此,本文提出一种基于极化码的单步高效量子密钥后处理算法,根据Wyner窃听信道模型分析合法通信双方以及窃听者的信道容量,设计可同时满足可靠性和安全性的极化码码字结构用于量子密钥分发后处理,从而实现在一次编译码步骤中同时完成误码纠错和密性放大,将两个处理步骤合二为一,降低了系统复杂度和处理延时。实验结果表明,在量子比特误码率[0,0.08]范围内,所提出算法可同时满足纠后误码率10-7的可靠性条件以及窃听信息量10-14的安全性条件,码长为220比特时,译码吞吐率可达3Mbps,采用并行算法的译码吞吐率可达86Mbps。
六角晶格中Dirac准粒子的动力学模拟与操控
黄肖健, 许文刚, 廖开宇, 黄巍, 李志
2019, 51(2): 7-13.
摘要:
本文基于装载在六角可调光晶格中的超冷原子气体,研究了无质量狄拉克准粒子的动力学行为. 此系统与石墨烯具有类似的能带结构,即在简并点附近满足线性色散关系. 我们分别运用解析求解海森堡运动方程和数值波包动力学的方法,得到了准粒子质心位置. 我们可视化地展示了准粒子在不同宽度能隙处的演化行为. 结果发现准粒子的运动并没有出现相对论Zitterbewegung现象. 此外,我们还进一步研究了有效光速、Dirac旋量对系统动力学演化的影响. 结果表明波包的演化方式取决于初态Dirac旋子的形式,而运动速度只依赖于有效光速. 由于光晶格超冷原子系统具有纯净和高可操控性等优点,我们相信我们理论给出的有趣结果不久即可在超冷原子体系实验中得到验证.
基于单/多参数的DC-DC模块电源健康评估技术研究
姜伟, 张春雷, 时林林, 贾寒光, 俞鹏飞, 周振威
2019, 51(2): 14-20.
摘要:
随着电子产品的快速发展,系统设备对电源系统的性能以及可靠性提出了更高的要求,将基于状态的维修思想引入电源可靠性保障领域十分必要。实现模块电源基于健康管理的智能维护的首要基础是要准确获得电源的健康状态。针对某两种型号DC-DC模块电源,本文提出了一种基于分布间距离度量的单或多监测参数的健康评估方法。基于DC-DC电源的4个评估参数的历史监测数据,文中采用mRMR特征选择的方式提取出相关敏感退化特征,然后采用基于CV值(置信值)单参数及基于马氏距离多参数的健康评估方法,对某两款28V直流转5V以及28V直流转3.3V直流的 DC-DC模块电源进行健康状态评估,试验分析结果验证了本文提出的评估算法的正确性和实用性。文中提出的电源评估算法对于轻度退化程度以上的电源评估问题具有较高的准确率,该研究成果对DC-DC模块电源的健康评估以及解决电源产品的可靠性保证提供一种切实可行且具有工程化前景的方法。
基于棱镜耦合的双循环法测量液体复折射率
张敬, 邓剑勋, 黄佐华
2019, 51(2): 21-26.
摘要:
提出一种棱镜耦合布儒斯特角双循环算法,实现了液体复折射率的精确测量.使用p线偏振光入射到等腰棱镜底面与待测液体样品的分界面上,逐步旋转棱镜,得到样品总光强反射率随入射角变化关系的实验曲线;基于菲涅尔公式及布儒斯特定律,分析了棱镜测量液体复折射率的基本原理,采取双循环拟合算法,求得样品折射率及消光系数;搭建了相应的实验系统,测量了印度墨水、脂肪乳溶液和二碘甲烷匹配液等样品的复折射率,也得到了印度墨水和脂肪乳溶液的折射率、消光系数随浓度变化的实验曲线.实验表明:测量液体折射率及消光系数的精度分别约为0.000 2和0.000 1,有较高的测量准确度及稳定性,测量液体折射率范围不受棱镜折射率限制.
化学与环境
肠溶型饲料添加剂甘氨酸亚铁的制备与表征
舒绪刚, 林羽, 胡洪超, 付志欢, 龚圣
2019, 51(2): 27-33.
摘要:
以聚丙烯酸树脂为肠溶衣材料采用底喷的方式制备肠溶型甘氨酸亚铁微丸。利用响应曲面法和正交实验探究肠溶包衣液的最佳处方和工艺参数,采用FTIR,FIB-SEM及智能溶出仪进行表征。结果表明,包衣液比例为1:1,包衣液浓度为5.92 g/100 ml,抗粘剂浓度为3.13 g/100 ml时,在模拟肠液环境下达到95.5%释放度。当风机频率为17 Hz,供液转速为8 r/min,物料温度为43 ℃,包衣操作在0.6h达到96.7%的完整率。FTIR分析可知微丸的药效结构完整,SEM、FIB-SEM观察得到187.8 nm载药衣,38.8 nm隔离衣,668.6 nm规整均匀肠溶膜衣的微丸。
碱式铜盐包覆Cu2O催化剂的形成机理及催化性能
黄小燕, 古颖, 钟嘉豪, 陈可清, 万霞
2019, 51(2): 39-44. doi: 10.6054/j.jscnun.2019022
摘要:
采用铜盐与四种碱NaOH、Na2CO3、Na2SO3、Na2S2O3在室温(25℃)下反应于Cu2O表面包覆碱式铜盐,均得到组成为Cu2O@Cu4(SO4)(OH)6的核壳型催化剂,其中,由Na2S2O3得到的样品其催化活性远高于其他碱制备样品。通过性质表征可知,由Na2S2O3制得样品具有核内部孔洞多、缺陷分布广、活性表面大、表面粗糙、晶体紧实度低等特点,这些特征均有利于催化活性的提高。进一步研究确认,Na2S2O3在反应中具有多重身份,一是水解提供OH-;二是自身发生歧化反应或者与Cu2+发生氧化还原反应,生成SO42-和S2-,提供形成Cu4(SO4)(OH)6所需的SO42-;三是能与Cu2O核反应,使其溶解形成孔洞。因此,采用铜盐与Na2S2O3在室温下反应形成的Cu2O@Cu4(SO4)(OH)6核壳型催化剂具有非常高的催化活性,能实现黑暗条件下高效降解高浓度(400 mg/L)染料(橙黄II),2h基本实现完全降解(99.5%)。
直接回收锰酸锂制备超级电容器MnS材料的研究
缪建麟, 常毅, 蔡俊超, 朱显峰, 赵瑞瑞
2019, 51(2): 45-49. doi: 10.6054/j.jscnun.2019023
摘要:
本文通过将锂离子电池正极废料锰酸锂转化为超级电容器材料MnS的方法来进行锰酸锂废料的再生利用。将正极废料溶解浸出后,调整废料浓度并加入硫源,水热得到MnS材料。X射线衍射、扫描电镜、透射电镜以及比表面分析仪测试的结果显示,水热法制备的MnS呈现良好的晶体结构,并具有较好的电容器特性。探究不同Mn2+浓度对最终产物性能影响发现:浸出液中Mn2+的浓度对最终产物的形貌、比表面积均有影响。其中当Mn2+浓度为0.5 M时,可以得到三维花状辐射结构。该辐射结构有利于提升电解液与材料之间的表面接触,从而促进材料电容性能。该种思路为锂离子电池正极材料的回收提供了新的思路,值得进一步的深入探究。
复合光催化剂AgCl/AgBr降解水中四溴双酚A的研究
高大方, 张刚
2019, 51(2): 50-55. doi: 10.6054/j.jscnun.2019024
摘要:
通过简单易行的沉淀工艺制造了具有优异光催化性能的AgCl/AgBr复合光催化剂. X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),能量色散X射线光谱(EDX)和紫外可见漫反射光谱对该材料的结晶结构、形貌特征和光吸收特性进行了表征,并且在可见光驱动下降解水中四溴双酚A (TBBPA). 结果表明,AgCl/AgBr具有优异的光催化活性,反应30 min后的降解率达98.49%,最后探讨了AgCl/AgBr复合材料可能的光催化机理,发现 ?OH和 ?O2 ? 是主要活性物质,并且在反应过程中有效地阻止了电子空穴对的复合,使材料表现出优异的光催化性能.
Fe-Mn-MCM-41分子筛催化臭氧氧化控制含溴水中溴酸盐的生成
薛颖, 李旭凯, 吴颖, 李来胜
2019, 51(2): 56-61. doi: 10.6054/j.jscnun.2019025
摘要:
采用水热法合成铁、锰双金属掺杂MCM-41(Fe-Mn-MCM-41),并将其用于控制催化臭氧氧化含溴水体中溴酸盐,研究了初始pH、叔丁醇(TBA)、磷酸盐等对溴酸盐抑制效果的影响. 结果表明,当溶液初始pH为5.0~9.0时,溴酸盐生成量随pH值升高而增加, pH = 5.0时催化剂对溴酸盐的抑制率达到85.9%.叔丁醇(TBA)的加入使单独臭氧氧化与催化臭氧氧化中溴酸盐生成量明显降低,当加入0.1 mM TBA后,溴酸盐分别减少67.7%和81.1%. 磷酸盐的加入(1、5、10 mg/L)会降低溴酸盐生成量,当加入1 mg/L磷酸盐时,单独臭氧氧化与催化臭氧氧化两种体系中,溴酸盐抑制率分别达到29.6%和82.5%. 此外,还研究了体系中生成的HOBr与H2O2浓度,结果表明,单独臭氧氧化中次溴酸浓度高于催化臭氧氧化过程,说明催化臭氧氧化过程是通过阻止Br-氧化生成HOBr/OBr-抑制溴酸盐生成; Fe-Mn-MCM-41/O3中的H2O2浓度高于O3过程,而H2O2是一种溴酸盐抑制物,证明了催化剂的加入可以提高对溴酸盐的抑制率. 因此,Fe-Mn-MCM-41是一种可用于控制含溴水体中溴酸盐生成的臭氧氧化催化剂.
纳米AgBr热力学性质的测定及温度效应研究
覃方红, 肖碧源, 张美婷, 吕勇, 钟婧晗, 邱江源, 黄在银
2019, 51(2): 34-38.
摘要:
纳米材料的规定热力学函数和表面热力学函数是物质的本征函数,与材料的催化、吸附性质等具有紧密联系。因此采用科学的技术方法准确获取真实体系的表面热力学函数具有重要的意义,溶解热力学法因具有操作简单、灵敏度高及无假设条件等独特优势,相比其它方法更加科学。本文通过测定溴化银纳米颗粒在水溶液中的电导率,结合溶解热力学理论计算纳米材料的溶解平衡常数。以块体材料为比较标准,获取了纳米AgBr的溶解热力学函数、表面热力学函数、偏摩尔表面热力学和规定热力学函数。本工作为纳米AgBr在感光、催化、吸附等领域的应用提供了物理化学参数,对预测难溶盐类纳米材料溶解、催化、吸附等性质有重要的指导意义。
生物学与生物工程
金钗石斛转基因体系的建立
王昊, 邓柠檬, 张雅文, 梁山
2019, 51(2): 62-68. doi: 10.6054/j.jscnun.2019027
摘要:
以金钗石斛种子为外植体建立组织培养体系,在含1.5 mg/L 6-BA MS培养基中添加0.5 mg/L NAA和2%蔗糖有效地诱导原球茎,诱导率达91.67%;添加0.25 mg/L NAA和3%蔗糖则更适于原球茎分化形成不定芽;添加0.1 mg/L NAA和2%蔗糖适宜于不定根的诱导. 同时建立了根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)转化金钗石斛的方法和体系:使用根癌农杆菌EHA105侵染30 min,共培养3 d时,金钗石斛根段、根尖和组培幼苗的转化率最高,而含腋芽的茎节则需要共培养5 d. 本文所建立的组培体系与转基因体系将为探讨金钗石斛的基因功能和调控机制等生物学问题,及建立稳定转化的再生植株提供技术手段.
八角中茴香油与莽草酸的提取和分离纯化
吕琪, 张耀元, 倪贺, 李海航
2019, 51(2): 69-75. doi: 10.6054/j.jscnun.2019028
摘要:
研究了用柱层析提取法从八角中提取、分离、纯化和制备高品质茴香油和高纯度莽草酸的方法.干燥的八角粉末过筛(250m~850m),用85%乙醇柱层析提取法提取,收集材料干质量2.4倍体积的提取液,两者的提取率均超过93%.提取液减压蒸馏回收乙醇,分离油相和水相.油相经活性炭吸附等方法精制成高品质茴香油,总回收率93.2%,得率6.6%;水相经减压蒸干,用乙醇和石油醚处理除去杂质后,用乙醇结晶,得到纯度大于99%的莽草酸,总回收率为73.3%,得率为5.8%.
地理科学与技术
粤北锦江扶溪段河流阶地的光释光测年
邹小娟, 周尚哲, 谢金明, 孙永, 黄耀婷, 杨虹
2019, 51(2): 76-85. doi: 10.6054/j.jscnun.2019029
摘要:
南岭是我国重要的自然地理分界线和东亚季风环流屏障,第四纪期间粤北山地发育的多级河流阶地是研究南岭构造运动与气候变化的良好地质载体。粤北锦江扶溪段保留了5级阶地,运用光释光(OSL)技术对T2到T5级阶地的砾石层进行了测年,并从气候和构造角度分析了阶地成因。结果显示:T3形成于67 ka,对应于深海氧同位素的MIS4阶段;T2形成于51 ka,对应于MIS3b阶段;阶地沉积层堆积于冷期,气候变化影响着河流的侧蚀、堆积和下切作用交替进行,而新构造运动的构造抬升发动了足够的下切量使锦江扶溪段依次下切17 m、19 m、12 m和10 m形成T5、T4、T3和T2;南岸的河谷下切速率为0.3 mm/a,大于2倍的流域现代侵蚀速率,地貌发育符合年轻山地的抬升-下切-侵蚀模式。
土壤理化性质对珠江口红树林湿地土壤氮磷质量分数的影响
牛安逸, 马姣娇, 杨文槐, 黄金辉, 徐颂军
2019, 51(2): 86-94. doi: 10.6054/j.jscnun.2019030
摘要:
以珠江口典型人工次生红树林湿地为研究对象,在广州南沙红树林湿地公园、珠海淇澳担杆岛省级自然保护区两样地采集16处30 cm深度的土壤样品共48个(每10 cm分层),测定全氮(TN)、有效氮(AN)、全磷(TP)、有效磷(AP)、pH、土壤粒度、有机质(OM)、有机碳(OC)、Eh、含水量等指标. 结果表明:研究区域的全氮质量分数为0.39-0.94 gkg-1;有效氮为60.36-98.12 mgkg-1;全磷为0.39-0.94 gkg-1;有效磷为4.02-62.14 mgkg-1; N/P为1.59-3.27;有效N/P为1.24-18.07.各项指标处于中等水平。全氮与有机碳和全磷正相关(R2=0.826);有机氮与砂粒比例正相关(R2=0.225);全磷与全氮、含水量、有效磷正相关,与砂粒比例负相关(R2=0.838);有效磷与全磷、砂粒、全氮正相关,与有机质负相关(R2=0.754);N/P与有机碳正相关、;与含水量负相关(R2=0.414);有效N/P与粘粒、有机碳负相关(R2=0.285).该区土壤表现为氮限制型,不利于现阶段的红树林生长恢复,可通过适当的氮添加改善土壤整体质量.
数学与应用数学
截面曲率有上界的4维收缩的梯度Ricci孤立子
张珠洪
2019, 51(2): 95-97. doi: 10.6054/j.jscnun.2019031
摘要:
分析梯度 Ricci soliton的几何性质,是运用Ricci流理论去解决微分几何问题的重要一步。在本文中,作者利用标准的极值原理来探讨 4 维的 shrinking 梯度 Ricci soliton的几何性质,获得了soliton的一个重要的曲率估计。具体地说,在一个紧致的 shrinking 4-soliton 上,如果截面曲率有恰当的上界,那么其 Ricci 曲率一定是非负的。如果 soliton 不是紧致的,但是进一步要求数量曲率有界且有正的下界,那么类似的结论成立。特别的,结论中截面曲率的上界是最优的。
非线性抛物积分微分方程非常规Hermite型矩形元的高精度分析
李先枝, 范中广
2019, 51(2): 98-104. doi: 10.6054/j.jscnun.2019032
摘要:
讨论一类非线性抛物积分微分方程的Hermite有限元方法,利用该元的性质,平均值技巧和导数转移技巧,得到了半离散格式的超逼近性质和相应的超收敛结果, 并通过构造一个合适的外推格式得到了具有四阶精度的外推解.
一类Riemann-Liouville型分数阶微分方程正解的存在性
薛益民, 戴振祥, 刘洁
2019, 51(2): 105-109. doi: 10.6054/j.jscnun.2019033
摘要:
文章研究一类非线性RiemannLiouville型分数阶微分方程边值问题解的存在性.利用格林函数的性质和Guo-Krasnosel'skii's不动点定理,得到该边值问题解存在性的充分条件,并举例说明主要结论的适用性.
有限级代数体函数的Borel方向
张晓梅, 孙道椿, 柴富杰
2019, 51(2): 110-116. doi: 10.6054/j.jscnun.2019034
摘要:
本文研究了有限正级代数体函数的Borel方向,与其系数函数Borel方向之间的关系。为此先在单位圆内证明了代数体函数的几个定理,最后利用这些新定理证明了两个有趣的定理。
计算机科学与软件工程
#br# 基于矩阵分解与随机森林的多准则推荐算法
林栢全, 肖菁
2019, 51(2): 117-122. doi: 10.6054/j.jscnun.2019036
摘要:
现今的推荐算法大多忽略用户偏好和项目属性中的多个特征,而是在单一推荐准则的基础上训练模型进行推荐. 基于多准则的推荐算法通过考虑用户偏好的多个方面,可以为用户行为提供更加准确的预测. 酒店是旅游行业中重要的环节,为了提高旅客体验,实现酒店评分预测,提出了基于矩阵分解与随机森林的多准则推荐算法. 该算法分两步实现,通过矩阵分解训练得出用户对物品在各个准则上的评分特征,然后随机森林学习评分特征预测最终评分. 实验结果显示,相较传统算法,基于矩阵分解与随机森林的多准则推荐算法的准确性和实用价值更高.
时态拟序数据索引TQD-tree更新技术
陈瑛, 吴明珠, 卢莉, 叶小平
2019, 51(2): 123-127. doi: 10.6054/j.jscnun.2019035
摘要:
介绍基于线序划分(LOP)的时态拟序索引技术TQD-tree,基于前期研究成果实现增量更新.能否实现增量更新是时态索引技术成败的关键.首先,讨论TQD-tree所需数据结构和LOP实现算法;其次,讨论实现增量更新算法;再次,讨论批量更新的可行性;最后,完成仿真评估以表明更新技术可行性和有效性.实现批量更新,减少扫描重构TQD-tree次数,能大大提高系统效率.研究时态数据索引更新技术能解决大数据管理框架中实时响应和频繁更新的基本需求.