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2021年  第53卷  第1期

物理学与光学工程
适用于射频能量收集系统的新型宽带整流电路设计
刘建, 张明华
2021, 53(1): 1-5. doi: 10.6054/j.jscnun.2021001
摘要:
提出了一种适用于射频能量收集(RFEH)系统的宽带小型化整流电路. 整流二极管采用HSMS 2862肖特基二极管,设计了倍压结构的整流电路. 所设计的整流电路具有结构紧凑和复杂度低的优势. 通过仿真与测试对整流电路的性能进行验证. 结果表明:当输入功率为14.8 dBm时,该整流电路在1.91~3.32 GHz (分数带宽为53.9%)频带范围内功率转换效率(PCE)均大于50%;在2.2 GHz频点处,整流电路取得了74.2%的最大功率转换效率.
基于偏振态颜色编码的晶体应力双折射成像
王永松, 林嘉怡, 巫婕妤, 吴泳波, 唐志列
2021, 53(1): 6-15. doi: 10.6054/j.jscnun.2021002
摘要:
提出了一种基于双线偏振CCD-全Stokes参量测量的偏振态色度成像新方法. 通过分焦面Stokes参量测量与RGB颜色编码相结合,设计并研制了基于双线偏振CCD-全Stokes参量测量的偏振态色度成像系统. 利用该系统,获得了晶体模型应力双折射分布的偏振态色度图像,并与传统的光弹性应力测量法进行了比较,偏振态色度成像法不仅可以较高精度地测量应力双折射率,还可以测量其方向分布. 基于偏振态色度成像法的独特优势,结合共焦显微成像技术,对具有双折射效应的单层Sr2TiSi2O8微晶进行了偏振态色度成像的研究. 结果表明:所提方法能够在一幅图中直观地反映物体的全部特征信息,有效地辨别由于晶体内部结构排列不同而导致的双折射特性差异,还可以通过观察微晶生长过程中双折射特性的变化,获取微晶的生长取向等相关信息. 研究结果为功能型微晶材料生长过程的动力学行为研究提供一种简单、有效的可视化方法.
化学与环境
SnO2(110)表面In掺杂对NO2气敏吸附性能提升的理论研究
刘玉亭, 徐超, 顾凤龙
2021, 53(1): 16-22. doi: 10.6054/j.jscnun.2021003
摘要:
为了阐明In的掺杂能提高SnO2(110)表面气敏性能的反应机制,采用密度泛函理论研究了NO2分子在In掺杂SnO2(110)表面的吸附行为. 计算结果表明:In的掺杂可以提高材料表面的导电性,形成具有氧空位的缺陷表面,有利于发生活性氧在表面的预吸附过程. 掺杂的In5c/SnO2(110)表面对NO2表现出良好的吸附性,对NO2气体的选择性和灵敏度提高的主要原因是In掺杂后氧空位缺陷表面的形成. 此外,活性氧物种的预吸附对材料表面气敏性能的影响取决于NO2在材料表面的具体吸附位点,其中Sn5c位点的吸附促使电荷从表面转移到气体分子,导致表面电阻的增大以及氧空位的产生,从而表现出优异的气敏吸附性能.
三-(五氟苯基)咔咯锰配合物与DNA碱基的相互作用理论研究
李皎, 徐艳, 许旋, 徐志广
2021, 53(1): 23-28. doi: 10.6054/j.jscnun.2021004
摘要:
采用DFT/B3LYP方法对三-(五氟苯基)咔咯锰配合物(TPFC)Mn(Ⅲ)与DNA的4种碱基以及碱基对的轴向配位性质进行了理论研究. 计算结果表明:以相同碱基的不同原子作为配位原子时,与(TPFC)Mn(Ⅲ)的配位能力不同,其中氧原子的配位能力强;(TPFC)Mn(Ⅲ)主要以插入的方式与A=T和C≡G碱基对结合;无论是插入结合,还是外部结合,A=T碱基对中A的配位能力强于T,C≡G碱基对中G的配位能力强于C.
微波消解/ICP-OES法对注射用氟氯西林钠中18种元素杂质的测定
张志峰, 王子杏, 李殿梅, 严逸伦, 殷霞, 范军, 章伟光
2021, 53(1): 29-35. doi: 10.6054/j.jscnun.2021005
摘要:
采用了微波消解/电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES),建立了注射用氟氯西林钠中18种元素杂质的分析方法. 在氟氯西林钠样品中加入浓硝酸后进行微波消解,再通过ICP-OES分析. 采用垂直观测模式有效减少了易电离元素电离效应的干扰. 该方法的线性良好,线性相关系数大于0.998,检出限为0.000 1~0.032 1 mg/L,重复性和精密度的相对标准偏差均小于10%,加标回收率在82.9%~105.7%. 采用该方法对3批注射用氟氯西林钠进行检测,样品中元素杂质的含量符合ICH-Q3D与USP通则 < 232>的规定. 该方法的灵敏度和重复性好、准确度高、分析速度快,为注射用氟氯西林钠产品的质量控制提供了技术参考.
一步法回收锂离子电池三元正极材料及其性能影响
王媛, 杨茹, 缪建麟, 赵瑞瑞
2021, 53(1): 36-41. doi: 10.6054/j.jscnun.2021006
摘要:
采用直接一步法回收废旧锂离子电池中的三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2,将拆解得到的三元废料经分离、热解处理后进行酸浸,对酸浸溶液进行元素测定后补加Ni、Co、Mn源,使其物质的量之比符合n(Ni)∶n(Co)∶n(Mn)=5∶2∶3. 调整后的溶液直接与草酸钠溶液进行共沉淀,得到草酸盐前驱体,最后与锂源混合,烧结得到三元再生正极材料. 结果表明:再生正极材料的首次放电容量最高达162 mAh/g,充放电100次后的容量保持率接近88%. 但如果材料中杂质元素含量过高,则会对材料电化学性能造成负面影响. 该方法避免了传统方法中将金属元素逐一分离回收所造成的资源浪费和能源损耗,且制备得到的材料具有较高附加值,具有良好的商业化应用前景.
蒙脱石负载硫掺杂赤铁矿复合材料的光芬顿催化性能及其增强机理研究
何家鸿, 吴宏海, 卢鹏澄
2021, 53(1): 42-49. doi: 10.6054/j.jscnun.2021007
摘要:
采用水热联合煅烧法合成了一种蒙脱石负载S掺杂赤铁矿的高效新型非均相芬顿催化剂(S-α-Fe2O3/Mnt). 采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电子顺磁共振(EPR)以及捕获测试方法对催化剂进行表征,并深入研究了催化性能及其增强机理. 结果表明:S-α-Fe2O3/Mnt的可见光芬顿催化性能良好,且拥有较宽的有效pH范围. 在pH 3.0时其所催化的光芬顿反应速率快,50 mg/L的苯酚在10 min时降解率达到100%;即使当pH 5.0时,尽管苯酚降解速率有所降低,但50 mg/L的苯酚仍可以在60 min内完全降解. 进一步对催化降解机理的研究表明:S掺杂可在S-α-Fe2O3/Mnt的α-Fe2O3相中引入了硫离子,形成大量的结构氧缺陷空位(OVs),从而增强矿物材料的光催化性能;此外,蒙脱石表面酸位点可以拓宽该催化剂的有效pH范围. 因此,S-α-Fe2O3/Mnt是一种在环境修复中具有重要应用前景的芬顿催化剂.
Fe/S耦合催化剂的合成及其芬顿催化性能
张鹏, 吴宏海, 魏燕富, 卢鹏澄
2021, 53(1): 50-55. doi: 10.6054/j.jscnun.2021008
摘要:
采用低温真空冷冻干燥方法,以FeSO4和Na2S为原料合成了含NaFe2OH(SO3)2·H2O、FeS和FeS2等主要成分的复合物芬顿催化剂,采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对材料进行了表征,并以苯酚为目标污染物,研究该催化剂对苯酚的催化降解性能. 结果表明:在催化剂投加质量浓度为0.3 g/L,H2O2初始浓度为50 mmol/L和pH为4.0的条件下,1 g/L的苯酚在反应30 min时的去除率为97%. 这说明该芬顿催化剂对高质量浓度苯酚的去除性能良好,在有机污染物的去除领域具有重要的应用前景.
生物学与生物工程
AhBG1转基因拟南芥的ABA敏感性和抗旱性研究
黄莹琳, 张志, 张洪亮, 胡博, 龙海涛
2021, 53(1): 56-62. doi: 10.6054/j.jscnun.2021009
摘要:
为探究花生基因AhBG1对拟南芥ABA敏感性和抗旱性的影响,以过表达AhBG1拟南芥为材料,检测其ABA敏感性及脱水处理下ABA质量分数、叶片失水率、干旱存活率及ABA稳态相关基因表达变化. 结果表明:AhBG1是编码花生β-葡萄糖苷酶的家族成员,定位于细胞质;与野生型相比,AhBG1过表达拟南芥植株在干旱条件下体内ABA水平提高,干旱存活率增加,增强有关生物合成途径和信号转导途径相关基因上调,抑制氧化代谢途径相关基因表达. AhBG1蛋白可能催化ABA-GE形成ABA,提高植物体内ABA的质量分数,通过影响ABA稳态相关基因的表达从而提高植物的抗旱性.
巨噬细胞增强宫颈癌细胞对SN-38的抗性
赖丽梨, 靳焕, 段华英, 邹争志
2021, 53(1): 63-69. doi: 10.6054/j.jscnun.2021010
摘要:
通过GDSC在线软件,分析了SN-38在数据库中8种宫颈癌细胞系对310多种化疗药的半抑制质量浓度(IC50)Z分数值,并选取HPV-18阳性HeLa细胞、HPV-16阳性SiHa和CaSki细胞以及HPV阴性C-33A细胞,经过SN-38处理24、48 h,通过CCK8试验检测了细胞活力来探究巨噬细胞是否介导宫颈癌细胞对SN-38抵抗. THP1被HeLa和SiHa细胞诱导成肿瘤相关巨噬细胞,通过CCK8试验探讨巨噬细胞在宫颈癌细胞对SN-38敏感性中的作用. 结果显示:CaSki、ME-180、HT-3、C-33A对SN-38极敏感,HeLa和SiHa对SN-38敏感,而CAL-39对SN-38不敏感;CaSki和C-33A的IC50值相对于HeLa和SiHa更低,表明CaSki和C-33A对SN-38更敏感;巨噬细胞显著抑制SN-38对HeLa和SiHa细胞的杀伤. 这些结果表明了肿瘤相关巨噬细胞促进宫颈癌细胞对SN-38抵抗.
地理科学与技术
基于绿道与生境关系的空间生态网络构建——以从化区关键种栖息地为例
谢子颖, 张正栋, 陈裕婵, 李青圃, 杨阳, 匡腾飞
2021, 53(1): 70-77. doi: 10.6054/j.jscnun.2021011
摘要:
以广州市从化区为研究区,选取关键种栖息地作为生态源地;运用最小累积阻力模型提取生态廊道,确定生态节点;在从化区绿道的基础上,构建区域空间生态网络,以增强绿道的区域生态保护功能和空间连通性. 结果显示:(1)从化区300~500 hm2的生态源地数量最多; 北部的生态源地集中,景观阻力值小;南部的生态源地和城镇相间,景观阻力值大. (2)生态廊道越长和阻力级别越高,其数量越少. (3)生态廊道、生态节点与绿道相交,为功能较单一的绿道系统增强生态功能,在减少对大自然破坏的同时增加了绿道与不同景观之间的连通性,满足居民锻炼、休憩的需求和提供野生动物扩散、迁徙的条件.
基于随机森林回归算法的用水总量影响因素解析——以广东省为例
李宁, 汪丽娜
2021, 53(1): 78-84. doi: 10.6054/j.jscnun.2021012
摘要:
通过构建包含人口、水资源、技术和经济4项因素和常住总人口、人口密度、水资源总量、降雨量、万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、第一产业生产总值、第二产业生产总值和第三产业生产总值9个元素的层次评价体系,采用熵值法和随机森林回归算法,以广东省21个地级市为例,分析广东省用水总量的影响因素.研究结果表明:(1)从元素层角度分析,常住总人口、第三产业生产总值和第一产业生产总值是广东省用水总量的主要影响元素,而降雨量对广东省各地级市用水总量的影响最小;(2)从因素层角度分析,4项因素对广东省用水总量的影响由大到小依次为:经济因素、人口因素、水资源因素和技术因素;(3)综合元素层和因素层的分析,在人口、水资源、技术、经济因素中,影响广东省用水总量最大的元素分别为常住总人口、水资源总量、万元工业增加值用水量和第三产业生产总值.
数学与应用数学
光滑纤维化的特征函数与诱导光滑纤维化
詹妍, 赵浩
2021, 53(1): 85-89. doi: 10.6054/j.jscnun.2021013
摘要:
在差异空间范畴中研究了光滑纤维化与光滑上纤维化的等价刻画, 利用光滑升腾函数与光滑收缩函数, 分别证明了一个光滑映射是光滑纤维化的充要条件是其存在相应的光滑升腾函数、是光滑上纤维化的充要条件是其存在相应的光滑收缩函数. 同时, 证明了光滑纤维化或光滑上纤维化诱导的光滑映射空间之间的光滑映射是光滑纤维化.
四阶两点边值问题3个对称正解的存在性
达举霞
2021, 53(1): 90-93. doi: 10.6054/j.jscnun.2021014
摘要:
应用广义的Leggett-Williams不动点定理,研究了四阶两点边值问题 正解的存在性, 其中\begin{document}$f:\mathbb{R}\to \left[ 0, +\infty \right)$\end{document}连续. 在f满足适当的增长条件下, 得到该问题至少存在3个对称正解.
带有强阻尼时滞项的m-Laplacian型波方程解的爆破
高云龙, 林荣瑞, 佘连兵, 李爱静
2021, 53(1): 94-99. doi: 10.6054/j.jscnun.2021015
摘要:
研究带有强阻尼时滞项的m-Laplacian型波方程: 解的爆破:当初始能量0 < E(0) < E1时, 利用能量函数构造凹函数L1(t), 得到微分不等式\begin{document}$\frac{\text{d}{{L}_{1}}\left( t \right)}{\text{d}t}\ge {{\xi }_{0}}L_{1}^{1+\nu }\left( t \right)\ \left( {{\xi }_{0}}>0, \nu >0, t\ge 0 \right)$\end{document}, 在(0, t)上对此微分不等式积分, 从而可知存在有限时间T*>0, 使得当时间t趋于T*时, 该m-Laplacian型波方程的解爆破; 当初始能量E(0) < 0时, 构造凹函数L2(t), 通过同样的方法得到该方程的解存在有限时间爆破.
计算机科学与软件工程
一种基于少样本且不均衡的网络攻击流量检测系统
石欣然, 张奇支, 赵淦森, 郑伟平
2021, 53(1): 100-108. doi: 10.6054/j.jscnun.2021016
摘要:
为解决网络攻击流量检测中使用的有监督学习方法严重依赖标签数据规模的问题,针对一种少样本且不均衡的攻击流量检测场景,即训练数据仅包含少量蜜罐捕获的攻击流量且无正常流量,设计了一个攻击流量检测系统,并构建了基于孪生网络和深度学习卷积神经网络(CNN)的网络攻击流量检测模型(CNN-Siamese),以实现少样本且不均衡的攻击流量检测目的;随后为了解决CNN-Simaese在训练样本对构造采样时造成的预测不稳定的问题,结合迁移学习的思路,构建了基于预训练的检测模型(AE-CNN-Siamese);此外,对孪生网络中常用的对比损失函数进行了改进. 实验结果表明:CNN-Siamese可以准确地检测攻击流量,与CNN、CNN-SVM相比,在漏报率无明显差距情况下,可将误报率从30%降低至2%;AE-CNN-Siamese的预测结果比CNN-Siamese更稳定;改进后的损失函数提高了模型的收敛速度,加速了模型训练.
基于混合神经网络的脑电情感识别
蔡冬丽, 钟清华, 朱永升, 张涵
2021, 53(1): 109-118. doi: 10.6054/j.jscnun.2021017
摘要:
为保留脑电(Electroencephalogram,EEG)空间信息的同时充分挖掘EEG时序相关信息,提出了一种三维卷积神经网络(3-Dimensional Convolutional Neural Networks,3D-CNN)结合双向长短期记忆神经网络(Bidirectional Long Short-term Memory Neural Networks,BLSTM)的混合神经网络(3DCNN-BLSTM);为验证该模型的分类性能,在DEAP数据集和SEED数据集上进行情感识别实验. 实验结果表明3DCNN-BLSTM模型能有效学习EEG多通道间的相关性与时间维度信息且提高了情感分类性能:在DEAP数据集的二分类实验中,唤醒度和效价的情感识别平均准确率分别为93.56%和93.21%;在DEAP数据集的四分类实验中,情感识别平均准确率为90.97%;在SEED数据集的三分类实验中,情感识别平均准确率为98.90%.
基础心理学
冥想加工性别差异的神经机制——来自ERP的证据
莫欣妍, 何胜昔, 王玉正, 罗非
2021, 53(1): 119-127. doi: 10.6054/j.jscnun.2021018
摘要:
采用事件相关电位(ERP)技术,记录52名大学生被试在听(正性和负性)冥想指导语的脑电波, 探索冥想加工过程的神经机制与性别差异. 以固定频率的声音作为线索诱发N2和P3成分,这2个成分作为探究刺激差异和注意力资源调配的标记分别在160 ms和240 ms的时间上观察到. 结果表明:在正性冥想条件下,在前额叶皮层(PFC)中观察到的N160波幅更大,而在负性冥想条件下,P240波幅减小;在负性冥想条件下,表现出明显的性别的差异,主要是情绪偏侧化加工更加明显,男性在N160左额叶波幅显著大于右额叶,女性在P240右额叶波幅显著大于左额叶. 结果为冥想的作用存在性别差异进一步提供神经生理方面的证据.