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2017年  第49卷  第3期

物理学与光学工程
In、Ga掺杂对SnO2的第一性原理研究
姜如青, 欧阳剑, 杨辉, 郑树文, 赵灵智, 宿世臣
2017, 49(3): 1-6.
摘要:
基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了本征SnO2、SnO2:In、SnO2:Ga和SnO2:(In,Ga) 超晶胞模型并进行了几何结构优化,对其能带结构、 态密度、 电荷密度及光学性质进行了模拟计算. 结果显示,相比于SnO2:In和SnO2:Ga,SnO2:(In, Ga)的晶格常数更接近于本征SnO2,可有效降低SnO2材料掺杂体系的晶格畸变. SnO2中In、Ga的掺入能够增大材料的带隙值,且能带结构向高能方向移动,材料呈现典型的p型半导体特性. SnO2:(In, Ga)中,In与Ga掺杂原子和O原子的电子云呈现出共价键特性. 光学性能表明,SnO2:(In, Ga)晶体中,光子能量在0~2.45eV和大于6.27eV的范围内表现出良好的介电性能,在微型微电子传感器机械系统器件和高密度信息存储等方面具有良好的应用前景. SnO2:(In, Ga)在可见光范围内具有105cm-1数量级的吸收系数,能够强烈地吸收光能,在光电器件的吸收材料中具有潜在的应用前景.
LiNi0.85-xCoxMn0.15O2电化学性能的第一性原理研究
高玉梅, 杨文鑫, 刘萍
2017, 49(3): 7-10.
摘要:
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算了空间群为R-3M,具有层状结构的LiNi0.85-xCoxMn0.15O2的带隙、分波态密度、嵌锂形成能和晶胞体积.计算结果表明LiNi0.65Co0.2Mn0.15O2具有较高的可逆容量,又具有较好的电池性能,为该系列金属氧化物中较为理想的锂离子电池正极材料,与文献的结果相比较,我们发现理论计算结果与实验结果有较好的一致性.本文采用CASTEP中原子混合实现镍钴含量的变化后,分析了LiNi0.85-xCoxMn0.15O2的物理性质及电化学性质.揭示了镍钴含量变化对材料作为锂离子电池正极材料的性能的影响,进而为寻找新的正极三元材料提供理论指导.
多信道节点分布式协作MAC协议的研究
李甲, 崔海霞
2017, 49(3): 11-16.
摘要:
当前协作通信是现实条件下实现分集增益的关键技术,单天线节点通过相互协作传输信息实现空间分集可有效提高系统的整体性能。在协作通信研究中,协作节点的选择非常重要,选中好的协作节点可以极大地提高数据传输速率与效率,但是针对完全分布式无线网络多信道数据传输情况下,考虑到系统整体性能最优的协作节点分配和选择问题,并没有得到很好的研究。由此本文提出了一种基于协作增量值(CIV)的协作MAC协议(命名为CIV-MAC)。在CIV-MAC中,备选协作节点通过侦听多路信道控制帧获得信道状态信息(CSI),并计算自身CIV;根据节点的CIV,协议会实行协作节点分配和选择机制并选出最优的协作节点,同时通过采用最小功率控制算法来降低系统能量消耗。最后,以网络实际有效吞吐量和能量效率两个参数为网络性能指标,通过两个不同场景的仿真实验结果得到,相对于RBAR协议和CRBAR协议,CIV-MAC可以极大地提升系统性能。
基于OTDR的光纤液体泄漏检测的研究
雷芬芬, 骆青君, 周斌
2017, 49(3): 17-21.
摘要:
通过应用光时域反射仪(OTDR)测量多模光纤(MMF)反射光强变化,提出一种检测液体泄漏的光纤传感器,并对其进行理论仿真和实验研究。众所周知,OTDR具有小巧、精密、智能化、便于移动的特点,能有效避免常规光纤传感器设备复杂笨重不可以移动的问题。使用一定溶度的氢氟酸(HF)溶液腐蚀多模光纤作为传感部件,易于设计和制作。当多模光纤的纤芯直径减小到一定程度时,将其暴露在空气或待测液体中。裸露的芯层周围介质折射率的变化,将会影响传感区域内光的模场分布,改变透射光的强度,故该结构可以有效检测环境中液体的泄漏。本文设计制作了两个远距离的光纤传感器。第一个传感器仅带有一个光纤传感结构。连接带有传感结构的长光纤和OTDR。设置OTDR的扫描脉宽30ns、扫描时间3min,光源的脉冲信号强度约为15dB、扫描距离5km。以水为检测对象。首先,将传感结构暴露在空气中,OTDR的反射曲线在检测处的损耗为2.893dB。当检测到水时,OTDR的反射曲线的损耗为0.631dB。因此,检测到水时,光损耗减小,反射光强变大。实验结果和仿真结果一致。第二个传感器是有两个传感结构的分布式复用传感器,将其检测两处的环境情况。两个传感结构都能很灵敏的检测出是否存在水,证明了传感器的复用特性。因此,该液体泄漏检测光纤传感器能够广泛应用于工程实践中。
材料学
新型蜂窝结构Si/Co3O4复合材料的研究
宋浩永, 黄青丹, 陈于晴, 何彬彬, 唐芬玲, 赵灵智
2017, 49(3): 22-25.
摘要:
本文通过超声分散、水热生长和煅烧方法制备了新型蜂窝结构Si/Co3O4复合负极材料,在此基础上研究其复合结构与电化学性能的关系。采用X射线衍(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对复合材料的物相、微观形貌进行表征,并采用电化学手段对其性能进行测试。结果表明:硅纳米颗粒主要分布于Co3O4蜂窝孔洞结构的内层;相比于纯Si负极材料,蜂窝结构Si/Co3O4复合材料具有更好的结构稳定性、倍率性能和循环性能,首次放电比容量为1475 mAh g-1,第二次维持在851 mAh g-1,经过75 次循环后放电比容量仍有 802 mAh g-1,较第二次比容量损失率仅为0.17%/周,这主要是归因于硅纳米颗粒和Co3O4之间存的空隙为Si负极嵌锂过程中的体积膨胀提供了空间,有效缓冲Si负极的体积变化。
锂离子电池核型G@Cu0.85Sn0.15@C负极材料的改性
黄钊文, 李亚军, 肖文平, 胡社军, 侯贤华
2017, 49(3): 26-31.
摘要:
针对锡负极材料充放电过程中的体积效应,本文综合采用组分改性与结构改性的研究方法,合成Sn-Cu合金负极材料,研究Cu的掺入对Sn电化学稳定性的影响,同时基于优化改性的Sn-Cu合金开展核壳结构设计,研究最佳核壳结构构造工艺。结果表明,掺入Cu能在一定程度上改善Sn的循环稳定性,Sn-Cu样品的容量在60周循环后趋于稳定,库伦效率较高;核壳结构处理能大幅提升Sn-Cu合金负极材料的循环稳定性,采用球形改性天然石墨(d50=15μm)作为内核的样品首次放电比容量接近800mAh/g,充电比容量最大值超过了500mAh/g,100周容量保持率大于85%,最佳的核壳结构构造工艺是使用片状石墨作为内核,内核粒径为d50=15μm,外壳厚度为柠檬酸裂解碳占复合材料质量比的20%。核壳结构能将Sn-Cu合金的体积效应控制在“囚笼”式结构内,利于材料容量的发挥及循环稳定性的提升。核壳结构的可控制备对实现锡基合金负极材料的产业化具有重要的作用。
化学与环境
窄分布月桂醇聚氧乙烯(2)醚硫酸酯钠盐的研究
卢淑霞, 曾幸谊, 杨宇洪, 朱宏
2017, 49(3): 32-36.
摘要:
以窄分布月桂醇聚氧乙烯(2)醚(AEO2)为原料经氯磺酸磺化中和合成了窄分布月桂醇聚氧乙烯(2)醚硫酸酯钠盐(AE2S),适宜的合成工艺条件为:n(AEO2):n(HSO3Cl) =1:1.03,反应温度28℃,反应时间1h.经分离提纯后对产品的活性含量进行了测定,并对其表面张力、润湿性、乳化性、泡沫性、钙皂分散力、去污力和肤发刺激性进行了测试,同时与市售宽分布产品的物化性能进行了对比.结果表明,合成的窄分布AE2S阴离子活性含量为54.11%,气泡寿命为15s时的最低表面张力达27.2 mN/m,润湿性(0.1%溶液)51.4s,乳化性(液体石蜡)360s,泡沫性(0.1%溶液)45ml,钙皂分散力LSDP 10%,炭黑去污力(0.1%溶液)65.19%,蛋白去污力(0.1%溶液)69.42%,zein值为1.22g/L.与市售普通AES相比,在泡沫力、润湿力、乳化力、钙皂分散力和去污力等性能上都有显著的提高,合成的窄分布AE2S的zein值很低,与APG相近,表现出非常低的肤发刺激性.
英红九号红茶HPLC指纹图谱的建立与分析
凌彩金, 王秋霜, 刘淑媚, 罗一帆
2017, 49(3): 37-43.
摘要:
采用高效液相色谱法(HPLC)对大叶种红茶英红九号的春、夏、秋三季茶产品进行测定,对所得HPLC色谱图中的相对保留时间、相对峰面积、共有峰进行了分析。结果表明,HPLC色谱法具有良好的精密度,各样品色谱峰的相对保留时间稳定,可作为指纹图谱的相对时间,并确定了7个共有峰。以各色谱峰的峰面积为因子,用相关系数、聚类分析等方法构建了数字化的英红九号红茶HPLC指纹图谱。在本研究的实验范围内,该方法在区分不同季节生产的英红九号红茶、以及英红九号红茶与其他品种红茶的差异性等方面具有可行性。
可见光下氮化碳活化过硫酸钠降解罗丹明-B
廖高祖, 张静雯, 邓达义, 彭立斌, 马传军
2017, 49(3): 44-48.
摘要:
本文以尿素为原材料,高温聚合法制备了石墨相氮化碳(g-C3N4)纳米片催化剂,采用X射线衍射(XRD)、紫外可见漫发射(DRS)等对g-C3N4进行表征,研究了可见光下g-C3N4活化过硫酸钠对罗丹明-B的效果,并对降解过程中的影响因素如g-C3N4的投入量、过硫酸钠的投入量进行了考察. 结果表明:g-C3N4在可见光下协同过硫酸钠降解罗丹明-B的效果最佳,反应30分钟后,降解率达到91.67%. 罗丹明-B的降解效率随着g-C3N4和过硫酸钠投加量的增加而提高. 对反应过程中过硫酸钠浓度的滴定结果表明:g-C3N4在可见光下对过硫酸钠有一定的活化效果. 经过四次循环降解实验,g-C3N4催化剂仍然具有较好的活性.
高铁酸钾对水中锑的去除机理研究
周雪婷, 何诗韵, 郑刘春, 蓝冰燕, 李来胜
2017, 49(3): 49-54.
摘要:
采用实验室制备的高铁酸钾对水溶液中的三价锑进行去除性能研究. 高铁酸钾对水中三价锑的去除包含2步:一是高铁酸钾对三价锑的氧化,二是原位生成的高铁酸钾分解产物对锑的吸附. XRD和FTIR检测表明高铁酸钾的分解产物符合无定型的2线水铁矿,比表面积大,孔隙率高. 吸附实验结果表明:低pH值更有利于锑的吸附;而离子强度对锑的吸附,在pH 3.5 ~5.5与pH 5.5~7.0这2个区间有着截然相反的影响;吸附动力学过程拟合以准二级动力学拟合最好(R2=0.999 1),说明以化学吸附为主;吸附等温线拟合以Freundlich模型最优(R2=0.980 4),而使用Langmuir-Freundlich模型拟合时最大吸附量的理论值可达到129.93 mg/g. 通过吸附前后样品的FTIR表征表明在吸附锑的过程中形成了内层络合物和外层络合物.
生物学与生物工程
水稻microRNA及其靶基因的系统鉴定
马轩, 莫蓓莘, 曹晓风
2017, 49(3): 55-58.
摘要:
miRNA在植物生长发育和环境胁迫中发挥着重要的作用.本研究基于49个水稻小RNA 测序数据,系统分析了已知miRNA的表达,并鉴定到了新的水稻miRNA.我们发现,miRBase上注释的水稻miRNA中,只有39%具有可检测的表达. 此外,对水稻降解组数据的分析鉴定到一些新的miRNA靶基因,包括两个新的miR444靶基因,它们分别编码WD40蛋白和热休克因子型DNA结合蛋白.
生物信息学法筛选催化茶黄素合成的天然多酚氧化酶
周仲华, 李海航, 倪贺, 张达
2017, 49(3): 59-67.
摘要:
利用生物信息学方法从天然植物中筛选天然PPO酶源. 用PPO保守序列从Uniport中检索到529条植物源PPO,除去重复的和不完整的序列后,得到178条PPO序列. 用同源建模法,以甘薯PPO晶体结构(1BUG)为模板,构建各PPO的三维结构模型,经Procheck和Verify3D评价后,获得163个优质的PPO三维结构. 用TM-score(空间拓扑)和RMSD(结构叠合)对163个PPO与茶PPO(A6N8J4)的三维结构进行了相似性比较. 用Autodock Vina将 163个PPO与茶中四种主要儿茶素进行分子对接,根据酶与底物结合的亲和力(binding affinity)预测各PPO的活性,发现酶与底物的亲和力与酶的一级结构序列同源性和酶的三维结构的重叠度之间无直接关系. 从潜在的10种高PPO活性的植物材料中提取PPO、测定其茶黄素转化活性. 10种植物材料中均有PPO活性,其中沙梨和甘薯的PPO活性最高,且高于茶叶PPO活性. 甘薯资源极其丰富,可用于茶黄素的工业合成. 本研究表明,利用生物信息学法可以从大量酶的序列信息中成功筛选出高活性的酶,与传统的酶活性筛选法比,可大大提高筛选范围和效率.
区域发展与地理
1955—2012年韩江入海径流量和输沙量多尺度变化特征
杨传训, 张正栋, 张倩, 董才文, 万露文
2017, 49(3): 68-75.
摘要:
基于韩江流域 12个气象台站1955—2012年降水量、潮安站径流量和输沙量资料,采用Mann-Kendall非参数秩次检验及小波分析方法研究韩江流域入海径流量和输沙量的多尺度变化特征. 结果表明:1955—2012年韩江入海径流输沙量总体没有出现明显变化,1982年以来径流量未发生显著变化,但输沙量呈现显著减少;流域径流量、输沙量存在明显的25~30、9~14、3~8 a时间尺度变化周期,其中25~30 a震荡周期最为明显,具有全域性. 流域入海输沙量和径流量周期规律基本一致,但输沙量周期略滞后径流量周期;在4 a时间尺度上正负相交替频繁,变化剧烈,突变点较多,而12 a与30 a时间尺度正负相交替正常,表明短时间尺度受人类活动影响较大. 近年来修建大量水电站,森林草地覆被率的提高,以及用水量的增加是韩江流域近几十年来径流量和输沙量变化的主要因素.
后危机时代海南省城镇化发展的空间分异研究
陈婷, 陈忠暖, 田良
2017, 49(3): 76-83.
摘要:
在后危机时代,明确海南省城镇化发展现状和趋势,对海南省因地制宜的选择城镇化和经济发展战略具有重要意义. 基于熵值法,从人口、社会、经济和地域景观等4个维度构建城镇化水平综合评价指标体系,对海南省2011—2013年18个市县的城镇化水平进行综合评价,并借助ARCGIS软件和空间自相关分析、抽样标准差的方法,对后危机时代海南省城镇化发展的空间分异进行探索,结果表明:(1)海南城镇化综合水平在逐年小幅度提升,但区域差异较大,形成明显“两极格局”和东、中、西线城市的城镇化水平递减格局;(2)空间自相关分析表明,海南省城镇化水平在空间分布上并没有表现出集聚的特征,不存在城镇化发展的核心带动区,且局部区域存在显著负相关关系;(3)城镇化类型区域差异明显,严重滞后、滞后、超前、严重超前型城市并存,积极型城镇化城市不多,且城镇化“双中心”城市城镇化均超前较严重,而积极型城市的城镇化和经济发展在省内均处于低水平.
中国省际人口迁移空间特征与影响因素分析
李诗韵, 梅志雄, 张锐豪, 赵书芳
2017, 49(3): 84-91.
摘要:
采用全国第六次人口普查的省际人口迁移及相关社会经济等数据,首先分析省际迁移人口的空间分布特征,然后利用全局Moran’s I指数考察了省际人口迁移流中的网络自相关性,再构建基于网络自相关的特征向量空间过滤模型对省际人口迁移的动力机制进行分析,并与引力模型的回归结果进行对比验证,揭示网络自相关影响下省际人口迁移的动力机制. 结果表明:(1)省际迁入及净迁入人口主要集中在我国三大经济圈,省际迁出人口主要分布于我国中南部;省际总迁移人口积聚于三大经济圈及中南部地区. (2)省际人口迁入、迁出流存在网络自相关,对人口迁移动力建模时应考虑网络自相关因素.文中加入了网络自相关因素后的特征向量空间过滤模型的拟合水平整体优于引力模型,较成功地揭示了人口迁移流中的网络自相关效应,减少了对其他变量的有偏估计. (3)非网络自相关变量中,人口总量、经济及距离因素对人口迁移活动的影响较大.
数学与应用数学
高阶多元Markov链联合稳定分布向量的扰动界
郑华, 林彩凤, 祝长华
2017, 49(3): 92-96.
摘要:
给出了高阶多元Markov链联合稳定分布向量的几个扰动界:结合高阶多元Markov链概率转移矩阵左、右特征向量的相关性质, 得到高阶多元Markov链联合稳定分布向量的扰动界, 新的扰动界结果是一阶多元Markov链联合稳定分布向量扰动界结果的推广;利用高阶多元Markov链概率转移矩阵的特殊性, 给出其联合稳定分布向量可计算形式的扰动界, 也是已有一阶多元Markov 链联合稳定分布向量相应扰动界结果的推广;结合Paz不等式, 通过分析高阶多元Markov链联合稳定分布向量的分量扰动, 得到了联合稳定分布向量基于分量形式的扰动界, 便于观察高阶多元Markov 链中具体某条链某个状态的扰动.
具有粗糙初值的Landau-Lifshitz-Gilbert方程的整体解的存在性
林俊宇, 徐晓杰
2017, 49(3): 97-101.
摘要:
关注高维Landau-Lifshitz-Gilbert方程的整体解的存在性问题,证明了当初始值半范数$[Z_0]_{BMO(R^n)}$充分小时,Landau-Lifshitz-Gilbert方程柯西问题存在整体解: 通过球面投射的方法, 把Landau-Lifshitz-Gilbert方程转化为一个非线性Schr\"odinger方程,然后研究该方程的整体解的存在性,最后通过逆运算,得到原来方程的解的整体存在性.
具有阶段结构的中立型捕食系统的正周期解
姚晓洁, 秦发金
2017, 49(3): 102-108.
摘要:
研究具有功能反应和时滞阶段结构的中立型捕食系统存在多个正周期解有着非常重要的意义. 提出了一类具有Holling IV类功能反应和时滞阶段结构的中立型捕食系统.通过利用重合度理论中的延拓定理和一些不等式分析技巧, 细致分析系统的解的界,给出了2种可能情形,获得了该系统至少存在2个正周期解的充分条件.
带变号格林函数的四阶三点边值问题的多个正解的存在性
达举霞, 韩晓玲, 霍梅
2017, 49(3): 109-113.
摘要:
应用~Leggett-Williams~不动点定理研究了四阶三点边值问题 $$u^{(4)}(t)=f(t,u(t))\quad ~(t\in [0,1]),$$ $$u'(0)=u''(\eta)=u'''(0)=u(1)=0$$ 多个正解的存在性.~其中~$f:[0,1]\times[0,+\infty )\rightarrow[0,+\infty)$~连续,~$\eta\in[\frac{\sqrt{3}}{3},1]$~为常数.~尽管~Green~函数是变号的,~对任意的正整数~$m,$~该问题~仍有正解且至少有~2$m$-1~个正解.
一类解析函数的fekete-szego 不等式
郭栋, 李宗涛
2017, 49(3): 114-116.
摘要:
利用微分从属构造了解析函数类 ,其中 . 利用施瓦兹函数的 不等式,得到了该函数类上的 及 的精确估计: ,并给出了相应的极值函数,其结果推广了已有的结论.
计算机科学与软件工程
基于多层自动编码机的fisher判别分析
陈振洲, 吴双燕, 范冰冰
2017, 49(3): 117-122.
摘要:
在常见的特征提取方法中,Fisher判别分析(Fisher Discriminant Analysis,FDA)只能提取线性特征,基于核的方法具有提取非线性特征的能力,但对核函数类型及其参数十分敏感. 文中研究如何有效提取数据特征,提出了一种基于多层自动编码机(Stacked AutoEncoders,SAE)和Fisher标准的特征提取算法,该算法中所使用的深度学习网络模型在训练过程中结合无监督特征提取SAE以及有监督的特征提取FDA. 通过与多层自动编码机、极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)等模型提取的特征进行对比,在数据集Pendigits、mnist、ORL和AR上利用支持向量机对数据特征进行分类,结果表明基于SAE的Fisher变换(FDA-SAE)在分类结果准确率以及分类时间上都有较好的效果. 特别是在小数据集AR上,当样本特征较少的情况下效果非常明显.
基于动态时间的个性化推荐模型
谭黎立, 聂瑞华, 梁军, 王进宏
2017, 49(3): 123-128.
摘要:
在推荐系统中,往往会存在数据的非实时性、稀疏性和冷启动性等问题,文中通过引入遗忘曲线来跟踪用户对资源偏好程度随时间变化情况,利用提出一种改进的K-Means聚类算法对用户集进行聚类,根据改进的个性化推荐算法对用户进行推荐,建立了一种基于动态时间的个性化推荐模型. 通过实验验证,文中提出的个性化推荐模型能够获取准确的用户偏好信息,并缓解冷启动问题,降低算法计算的时间空间复杂度,提高个性化推荐算法的推荐质量.