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2020年  第52卷  第1期

物理学与光学工程
非极性纳米线压电电子和压电光电子学效应的研究进展
王幸福, 曹瑾
2020, 52(1): 1-8. doi: 10.6054/j.jscnun.2020002
摘要:
压电极化和半导体特性之间的耦合因具有独特的物理性质而引起了人们的关注,并由此兴起了一些新的研究领域(如压电电子学和压电光电子学).文章回顾了压电效应和压电光电子学效应对金属/半导体(M/S)和p-n结的影响,详细介绍了c轴和a轴压电电子和压电光电子学研究的基本进展和应用探索. c轴纳米结构中的压电效应是界面效应,它利用在纳米结构的局部M/S接触处或同质/异质结处产生的压电极化来控制载流子跨界面传输,并通过光感应载流子进行相应的光电过程.在非极性a轴纳米线中,外部应变感应的压电电荷沿整个极性表面分布,方向垂直于纳米线.压电半导体的电荷载流子传输过程在整个纳米结构体内受到压电效应的调节.
硅波导纵向多模式分离与交叉的片上解决方案
朱凝, 骆晖, 张凯, 刘琼, 汪洋
2020, 52(1): 9-16. doi: 10.6054/j.jscnun.2020003
摘要:
为了解决硅纳米光子集成器件中纵向分布多模式波导的分离和交叉,提出了一种基于平面阶梯光栅和非对称定向耦合器的模式分离方案,并设计了一种带有曲面反射镜的器件,可实现多模式同时交叉.通过使用三维时域有限差分方法对器件进行仿真,结果表明:设计的平面阶梯光栅可同时分离不同的波长及模式(共9个通道),并具有低于-30 dB的串扰;曲面反射模式交叉器件可同时让3个模式进行交叉,且对所有模式均具有接近-40 dB的低串扰.
化学与环境
氢氧化镁/可膨胀石墨/聚丙烯复合材料的热降解过程与燃烧行为
张立飞, 柳军旺, 马成国, 王永亮, 韩志东
2020, 52(1): 17-22. doi: 10.6054/j.jscnun.2019120
摘要:
以可膨胀石墨(EG)和氢氧化镁(MH)为无卤阻燃剂,通过熔融共混法制备了无卤阻燃聚丙烯(PP)复合材料(EG/PP、MH/PP和MH/EG/PP),采用热重法研究了复合材料的热降解过程,以氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)评价研究了复合材料的阻燃性能,采用锥形量热仪研究了复合材料的燃烧行为.结果表明:MH和EG间存在显著的协同阻燃作用,在阻燃剂质量分数为60%时,MH与EG质量比为5 : 1的MH/EG/PP材料其氧指数可以达到29.7,与MH/PP复合材料相比提高了11.2%;EG与MH协同具有良好的降低热释放作用,与PP和MH/PP相比,MH/EG/PP复合材料的热释放速率峰值(peak-HRR)分别降低了73.9%和34.2%;EG和MH的协同作用大幅度降低了MH/EG/PP的质量损失速率;结合残炭的形貌结果,揭示了EG和MH协同阻燃机理的关键在于增强了炭层的隔热和隔氧作用.
沉积型含油污泥微生物燃料电池的性能
王鹏华, 唐善法, 郭海莹, 黄春峰, 李甲亮
2020, 52(1): 23-29. doi: 10.6054/j.jscnun.2019121
摘要:
以含油污泥为阳极底物构筑了沉积型微生物燃料电池(SMFC),通过检测输出电压、功率密度、表观内阻和原油去除效果等性能指标,分别考察了阳极填料、电极面积、pH对SMFC的性能影响.结果表明:相比活性炭填料,碳毡填料使SMFC发电性能更优且原油去除率提高了8.03%;增加电极面积,SMFC内阻减小、发电性能和原油去除率得到提升;酸性或碱性阳极底物不利于SMFC发电和降解油污,而阳极底物的pH=7.5时,SMFC的发电及油污降解性能最佳,输出电压和原油去除率分别达373.7 mV、45.36%.
氨基化纳米银的制备及抗菌性研究
蔺春蕾, 李文卓, 吕雅坤, 杨启振, 梅林
2020, 52(1): 30-35. doi: 10.6054/j.jscnun.2020006
摘要:
利用原位修饰法合成了表面氨基化纳米银,优化了纳米银的制备条件.通过紫外-可见光谱、傅里叶变换-红外光谱、X射线衍射、Zeta电势及透射电子显微镜等对其进行了分析和表征.对纳米银的抗菌性能进行了研究.结果表明:氨基化纳米银带有正电荷,能通过静电吸引作用结合表面带负电荷的细菌,使抗菌活性显著提高;氨基化的纳米银可有效抑制革兰氏阴性细菌和阳性细菌的生长;该材料可被应用于医学器件和细菌控制领域.
菌株Pseudomonas.BTs降解转化3种苯并三唑类化合物
石洲旗, 刘有胜, 蔡稳稳, 熊倩, 杨愿愿, 应光国
2020, 52(1): 36-43. doi: 10.6054/j.jscnun.2020007
摘要:
在好氧条件下分离获得一株苯并三唑类化合物(Benzotriazoles, BTs)降解菌, 通过16S rDNA测序和数据库比对分析显示与Pseudomonas.taiwanensis BCRC 17751同源性最高, 并将该菌株命名为Pseudomonas.BTs.该菌株在外加碳源存在时能够以不同的速率降解3种典型BTs(苯并三唑, BTri; 5-甲基苯并三唑, 5-TTri; 5-氯-苯并三唑, CBT), 但无法以BTs为唯一碳源.测试了Pseudomonas.BTs利用11种外加碳源作为生长基质共代谢BTs的效果.结果表明:外加碳源投加质量比(mC:mBTs)=1 000:1时比100:1的情况更有利于BTs的共代谢.在11种外碳源中, 葡萄糖、谷氨酸钠和乙醇最有利于Pseudomonas.BTs共代谢BTs, 而当以苯酚、麦芽糖、淀粉作为外碳源时, BTs的共代谢完全没有发生.利用超高效液相色谱与四极杆飞行时间高分辨率质谱联用技术鉴定了Pseudomonas.BTs转化BTri、5-TTri和CBT的产物.结果表明:3种BTs化合物具有相对一致的转化路径, 包括异构化、甲基化、甲氧基化以及其它官能团的加成反应.多数产物为首次被发现.研究结果可以为探索微生物转化BTs的机理、优化去除BTs的研究提供参考.
人工湿地系统对生活污水中类固醇激素的去除效果
何璐茜, 陈军, 应光国
2020, 52(1): 44-54. doi: 10.6054/j.jscnun.2020008
摘要:
为了考察建立在室外的12个不同基质(牡蛎壳、沸石、麦饭石、陶粒)、不同水力负荷(HLP=10、20、30 cm/d)的中试人工湿地(CWs)对常规污染指标(COD、TN和NH4+-N)和激素的去除能力差异, 筛选出最优的湿地基质种类和水力负荷, 同时通过污染物通量核算推断出湿地系统对激素的去除途径.结果表明:在进水中共检出9种激素, 包括雄烯二酮、17α-勃地酮、17β-勃地酮、1, 4-雄烯二酮、雄酮、羟孕酮、甲孕酮、黄体酮及睾丸素, 质量浓度在6.32~1 113 ng/L范围内; 不同设计参数下的湿地单元对常规污染指标和激素的去除效果差异较大, 对所有检出激素的总去除率为27.7%~94.9%;COD、TN、NH4+-N的日去除通量分别为3.81~10.10、0.42~1.07、0.31~0.80 g/d, 所有检测出的激素日去除通量为14.16~28.65 μg/d.综合考虑湿地系统对常规污染指标、激素的去除率和去除通量的影响发现:以沸石为基质、水力负荷为20 cm/d的湿地单元为最佳选择.质量平衡核算结果表明:基质吸附和微生物降解是湿地系统去除激素物质的主要途径, 且以微生物降解为主导.
不同提取剂提取土壤中重金属能力的对比研究
王建乐, 谢仕斌, 王冠, 涂国权, 方战强
2020, 52(1): 55-62. doi: 10.6054/j.jscnun.2020009
摘要:
为比较不同浸提剂的提取能力, 采用去离子水(DI)、硫酸-硝酸(AA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、醋酸缓冲溶液(TCLP)、氯化钙溶液(CC)对Cu、Ni、Pb、Cd复合污染土壤中的有效态重金属进行提取, 同时采用欧共体标准物质局提出的BCR连续提取法(BCR)和TESSIER提出的SEP连续提取法(Sequential Extraction Procedures)对污染土壤中的重金属进行形态分析, 探究了不同多级提取法中重金属形态分布的关系以及浸提剂浸出的重金属质量分数与多级提取法中重金属形态分布的关系.研究结果表明:各浸提剂的浸提能力从强到弱依次是:DTPA、TCLP、CC、AA、DI; 对于Cu和Ni元素, BCR法提取的活跃形态的质量分数与SEP法提取的活跃形态的质量分数相近; TCLP浸出重金属的质量分数与BCR连续提取法中重金属的形态存在紧密联系, TCLP浸提剂能提取出弱酸可提取态的重金属; DTPA浸出重金属的质量分数与SEP连续提取法中重金属的形态也存在紧密联系, DTPA浸提剂能提取出可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化态的重金属.本研究结果可为重金属污染土壤修复评估标准提供参考依据.
生物学与生物工程
薇甘菊叶片水提液对土壤钾素活化及酶活性的影响
欧巧菁, 杨悦, 梁伟杰, 孙锋, 彭长连
2020, 52(1): 63-69. doi: 10.6054/j.jscnun.2020010
摘要:
为探究薇甘菊(Mikania micrantha H.B.K.)的化感作用, 通过盆栽实验, 研究了不同质量浓度的薇甘菊叶片水提液对薇甘菊及其伴生植物火炭母(Polygonum chinense)根际土壤钾素活化及土壤酶活性的影响.研究结果显示:薇甘菊叶片水提液显著提高了薇甘菊根际土壤的脱氢酶与β-葡糖苷酶活性; 在薇甘菊单种中, 当叶片水提液质量浓度为15.00 g/L时, 薇甘菊的根际土壤速效钾的质量分数是对照(0 g/L)的2.53倍; 而薇甘菊叶片水提液也显著增加了火炭母根际土壤的脱氢酶与β-葡糖苷酶活性; 当叶片水提液质量浓度为15.00 g/L时, 火炭母根际土壤速效钾的质量分数增加了2.03倍, 但其火炭母的地上部分生物量及其钾的质量分数显著下降.上述结果表明:薇甘菊叶片水提液能增强自身根际土壤的酶活性, 并且加速土壤钾养分活化; 但薇甘菊叶片水提液的化感物质可能对火炭母的生长具有抑制作用.这表明薇甘菊化感作用对其入侵具有重要作用.
不同品种黄皮果汁的品质及抗氧化能力
彭程, 薛海军, 常晓晓, 邱继水, 陈喆, 林志雄, 陆育生
2020, 52(1): 70-76. doi: 10.6054/j.jscnun.2020011
摘要:
测定了20种黄皮果汁的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸的质量分数及pH等基础品质指标以及抗坏血酸、总黄酮和总多酚等生物活性成分的质量浓度, 并采用DPPH法和FRAP法评价其抗氧化能力, 同时探讨了抗氧化能力与抗坏血酸、总黄酮、总多酚质量浓度的相关性.结果表明:不同黄皮品种间的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸的质量分数和抗坏血酸、总黄酮、总多酚的质量浓度差异较大, 其糖酸比、pH、DPPH自由基清除能力以及FRAP抗氧化能力差异也较大, 基于上述理化指标的Q型聚类分析可将20个黄皮品种分成3大类群; DPPH自由基清除能力、FRAP抗氧化能力均与抗坏血酸、总黄酮和总多酚的质量浓度呈极显著的正相关(P<0.01), 表明黄皮果汁的抗氧化作用与其所含的抗坏血酸、总黄酮和总多酚关系密切.
地理科学与技术
基于熵权-正态云模型的水资源可持续性评价
刘莉, 汪丽娜
2020, 52(1): 77-84. doi: 10.6054/j.jscnun.2020012
摘要:
通过分析影响城市水资源可持续发展的要素, 构建水资源可持续性评价指标, 并利用云模型可同时兼顾模糊性与随机性的特征, 将其引入水资源可持续性评价中, 建立了基于熵权-正态云模型的水资源可持续性评价模型; 以地处南方丰水区且经济发达的广东省珠江三角洲经济区(简称“珠三角”)为例, 分析并量化珠三角9个城市的水资源可持续性水平及其空间分异性.结果表明:珠三角的水资源可持续状况整体较好, 呈现东部城市的水资源可持续性高于西部城市、近海域城市的水资源可持续性高于远海域城市的空间分布格局; 造成珠三角城市水资源可持续性的空间差异的最主要原因为水资源禀赋, 其次为经济与社会发展水平.
高分辨率极化SAR影像KummerU分布非监督分类方法
朱腾, 何汉武, 黄铁兰, 张坡
2020, 52(1): 85-90. doi: 10.6054/j.jscnun.2020013
摘要:
针对高分辨率极化SAR数据特征分布不再符合同质区域假设, 进而导致基于统计分布的极化SAR影像非监督分类方法精度下降的问题, 将具有广泛适用性的KummerU分布嵌入粒子群寻优聚类算法, 提出了新的极化SAR影像非监督分类算法(PSO-KummerU方法):首先基于极化SAR统计特征对数据进行初分类, 然后采用极化SAR统计特征与粒子群优化算法进一步进行聚类中心求解, 分类准则部分采用KummerU距离改进代替传统的Wishart距离度量准则; 采用3种非监督分类方法(H/α-Wishart、PSO-Wishart、PSO-KummerU方法)进行分类对比实验.实验结果表明:基于KummerU分布的PSO-KummerU方法与采用Wishart距离的聚类方法相比, 目视效果明显改进, 整体分类精度提高14%以上.
数学与应用数学
本原不可幂广义符号矩阵的若干结构指数的界
黄宇飞
2020, 52(1): 91-99. doi: 10.6054/j.jscnun.2020014
摘要:
鉴于“环”在结构指数问题研究中的特殊功效, 定义了2类特殊的广义带号有向图:含交圈结构/含违规交圈结构的本原不可幂广义带号有向图.利用有向图的模拟、模糊可达集的分析以及Frobenius数的若干性质, 研究了kτ-基指数、kτ-同位基指数、第k重下τ-基指数、第k重上τ-基指数及ω-不可分基指数等结构指数分别在含交圈结构/含违规交圈结构的本原不可幂广义带号有向图类限制下的上界估值问题.
代数体函数的几个定理
谭洋
2020, 52(1): 100-103. doi: 10.6054/j.jscnun.2020015
摘要:
应用Nevanlinna理论, 首先,研究了代数体函数的唯一性问题, 将亚纯函数五值强化定理推广到代数体函数, 得到了3v+1值强化定理; 其次,研究了当分担值较少时2个代数体函数特征函数之间的关系, 推广了亚纯函数四值定理.
带时滞项的Boussinesq-Beam方程的拉回吸引子
徐瑰瑰, 王利波, 林国广
2020, 52(1): 104-111. doi: 10.6054/j.jscnun.2020016
摘要:
利用压缩函数的方法和相关理论,研究带时滞项的Boussinesq-Beam方程的拉回吸引子的存在性:首先通过作内积和不等式估计得到拉回吸收集的存在性,然后借助构造具体的能量泛函并结合收缩函数法的思想验证带时滞项的Boussinesq-Beam方程的解所生成的过程\begin{document}$ \{U(t, \tau)\}_{t \geqslant \tau}$\end{document}\begin{document}$ C_{D(A), V}$\end{document}中是渐近紧的,最后证明过程\begin{document}$ \{U(t, \tau)\}_{t \geqslant \tau}$\end{document}\begin{document}$ C_{D(A), V}$\end{document}中存在拉回吸引子.
计算机科学与软件工程
节点-区域关联度感知的区域数据分发算法
刘志锴, 宋晖, 潘达儒, 陈奋超
2020, 52(1): 112-121. doi: 10.6054/j.jscnun.2020017
摘要:
为了减少系统开销和降低网络负荷量,设计了节点-区域关联度感知的区域数据分发算法(RDAA-RP):首先,以时间片为周期持续记录和更新节点的区域属性;然后,计算节点对区域的权值并设置阈值作为数据转发限制条件;最后,根据权值控制不同程度关联度的节点参与完成区域数据的共享和交换.为验证RDAA-RP算法的效果,在The ONE平台进行了仿真实验,对比了在不同节点缓存大小和不同传输速度下,RDAA-RP算法、地图分区算法(SSMZ)和Epidemic算法的性能.仿真结果表明:(1)RDAA-RP算法能够在消息采集率与Epidemic算法及SSMZ算法基本相当的情况下,较大程度地降低网络负荷量,并降低消息平均缓存时间; (2)RDAA-RP算法可以有效屏蔽无关或低关联度节点数据带来的干扰,提供可靠的区域特定数据采集分发功能,实现关联节点数据共享的目标.
无线网状网中多并发流路由结合调度的组合方案
黄启嵩, 曹霑懋, 单志龙
2020, 52(1): 122-128. doi: 10.6054/j.jscnun.2020018
摘要:
为解决无线网状网中多条路径同时传送引起的干扰冲突和资源竞争问题,提出了依托信道分层方法的组合式路由结合调度的方案:首先,给出了路径发现的可行方案,并基于网状网的可用资源提出一种路径选择判据——资源可获得度;然后,确定了多条路径可并发传输的信道分配方案;最后,开发了结合路由、信道分配、调度的组合优化调度方案(COSS算法),以启发式的方法找到每个时隙下尽可能多的可兼容路径,实现可兼容路径的组合优化调度.为验证COSS算法的性能,在不同网络资源配置、多种流量请求下进行仿真实验.实验结果表明:(1)COSS算法在吞吐量、传输延迟、传输完成时间方面有较好的表现;(2)与AODV路由协议相比,COSS算法有效地提高了吞吐量.