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2019年  第51卷  第4期

物理学与光学工程
ZnO陷光结构材料的制备及其太阳能电池性能的研究
贺冠南, 黄波
2019, 51(4): 1-6. doi: 10.6054/j.jscnun.2019056
摘要:
采用一步低温水溶液法在未制绒的单晶硅材料表面制备ZnO纳米棒阵列陷光结构材料,通过调控生长温度,对纳米棒阵列参数进行调控.利用扫描电子显微镜对不同条件下制备的ZnO纳米棒阵列材料的形貌进行表征,探究生长温度对阵列参数的影响.采用X射线衍射仪、荧光分光光度计、紫外-可见-近红外光谱仪对ZnO纳米棒阵列的晶体结构及光学特性进行分析.结果表明:低温水溶液法制备的ZnO纳米棒阵列结构具有较好的晶体品质、较高的透过率及较好的陷光效果.与2种材料(未制绒的裸硅片、仅有SiNx减反射层的硅片)的表面相比,陷光结构硅的表面反射率有较大幅度的降低.将该陷光结构材料应用于未制绒且镀有SiNx减反射层的单晶硅太阳能电池,与裸硅表面材料的太阳能电池相比,该电池的短路电流密度及转换效率分别提高了30.19%和33.87%.该陷光结构材料具有较好的陷光效果,且易于通过调控生长条件对其陷光效果进行优化.
单层含硫空位MoS2光伏效应的第一性原理研究
罗文铭, 邵志刚, 杨谋
2019, 51(4): 7-13. doi: 10.6054/j.jscnun.2019057
摘要:
基于非平衡态格林函数——密度泛函理论,采用第一性原理研究方法,对单层含硫空位MoS2的光伏效应进行了研究.利用能带图和联合态密度分析单层含硫空位MoS2的光响应函数.结果表明:对于单层含硫空位的MoS2,线偏光电流效应不明显,而圆偏光电流效应比较明显.计算模拟了随偏振角(相位角)变化的光响应函数,计算结果符合唯象理论.单层含硫空位的MoS2可被应用于新型电子和光电子器件中,为进一步认识单层硫空位MoS2的光电流效应提供了新的理论基础.
利用单波长椭偏仪对各向异性薄膜光学常数和欧拉角的研究
冀丽娜, 邓剑勋, 汪娟, 黄佐华
2019, 51(4): 14-20. doi: 10.6054/j.jscnun.2019058
摘要:
基于椭偏测量原理和4×4矩阵法原理,提出了利用单波长椭偏仪在光轴平行于薄膜表面方向上测量各向异性薄膜的薄膜参数(包括双折射率、厚度及欧拉角)的方法.通过转动待测样品90°的方法,得到2组椭偏参数,利用反演算法对2组椭偏参数进行反演,得到各向异性薄膜的4个薄膜参数;采用数值模拟分析了入射角、薄膜厚度、欧拉角及其定位误差对测量结果的影响;实验测量了光轴平行于样品表面的各向异性聚酰亚胺薄膜样品在转动前后的椭偏参数,并进行反演.结果表明:该方法提出的算法反演稳定性好、精度高;该方法测得各向异性薄膜的寻常光折射率、非寻常光折射率、厚度以及欧拉角的精度分别达到0.000 1、0.000 1、0.1 nm及0.03°;寻常光折射率、非寻常光折射率、厚度的最大测量误差分别为0.001 2,0.004 4以及4.57 nm;该方法具有较好的测量稳定性、自洽性及可靠性.文中提出的方法具有测量过程简单、对实验仪器要求低的优点,拓展了单波长椭偏仪的测量范围,提出了各向异性薄膜参数的测量方法,具有实际应用意义.
化学与环境
Na2Ca2.92Si6O16:0.08Eu3+荧光粉的制备及其发光特性研究
高世杰, 王华, 张珊珊, 乔利, 毛近隆
2019, 51(4): 21-25. doi: 10.6054/j.jscnun.2019059
摘要:
采用高温固相法制备了一系列Eu3+掺杂的Na2Ca3Si6O16红色荧光粉.用X射线粉末衍射仪表征了荧光粉Na2Ca3-xSi6O16:xEu3+的结构.研究显示,Eu3+的掺入并未使Na2Ca3Si6O16晶体产生杂相.采用荧光分光光度计分析了Na2Ca3-xSi6O16:xEu3+ 的光学性质. Na2Ca3-xSi6O16:xEu3+荧光粉发红光,其中以波长611 nm的发射峰强度最强. Eu3+的掺杂对Na2Ca3-xSi6O16:xEu3+荧光粉发射光谱的峰形和峰位置无明显影响,但发光强度与Eu3+的掺杂量(摩尔分数)有关,当Eu3+的掺杂量为0.08时,Na2Ca3-xSi6O16:xEu3+荧光粉的发光强度达到最大值,掺杂量继续增大时会发生浓度淬灭现象,这可能是由多电子偶极相互作用引起的.结果表明:Na2Ca2.92Si6O16:0.08Eu3+荧光粉是一种潜在的可用于白光LED的红色发光材料.
双丹酰基组氨酸作为Fe3+荧光探针的研究
邓乐芳, 苏晓萍, 李敏, 古雯蕾, 马立军
2019, 51(4): 26-31. doi: 10.6054/j.jscnun.2019060
摘要:
以丹磺酰基为荧光基团、以组氨酸为识别基团,设计并合成了一种识别Fe3+的双丹酰基组氨酸(DHD)荧光探针.通过核磁共振波谱、质谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等对产物进行了表征和识别性能的研究.结果表明:探针分子能够在水溶液中以物质的量1 : 1的结合比荧光识别Fe3+,表现出高灵敏度和高选择性,且具有很强的抗离子干扰能力和荧光恢复能力.
表面分子印迹固相萃取微球的制备及其在谷氨酸分离检测中的应用
何佩玲, 陈时远, 胡小刚
2019, 51(4): 32-38. doi: 10.6054/j.jscnun.2019061
摘要:
以L-谷氨酸为模板分子、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为功能单体、N, N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用可逆加成-断裂链转移活性自由基聚合法制备表面分子印迹固相萃取(MISPE)微球,并对制备的印迹微球进行傅立叶变换红外光谱、扫描电镜、热重分析等表征.萃取实验结果表明:该微球可实现L-谷氨酸的选择性分离富集,萃取容量为140 μg/g.结合MISPE方法与高效液相色谱检测技术,可实现酱油中L-谷氨酸的快速分析检测,线性范围为1.47~58.9 μg/mL,检出限为44.1 ng/mL,加标回收率为77.8%~82.2%.
铁碳微电解耦合苦草原位处理河道黑臭污水的研究
陈超, 胡勇有, 谢玲彩
2019, 51(4): 39-46. doi: 10.6054/j.jscnun.2019062
摘要:
采用铁碳微电解耦合苦草原位处理河道黑臭污水技术,开展模拟实验,考察了铁碳组、苦草组及铁碳耦合苦草组对黑臭水体的净化效果,讨论了水质净化机理.结果表明,处理20 d,耦合组对COD、NH4+-N、TN和TP的去除率分别为94.2%、85.7%、82.9%和96.1%,水质指标分别稳定在13.68±1.81、1.41±0.75、5.02±0.86、0.21±0.05 mg/L; 溶解氧(DO)和氧化还原电位(ORP)快速提升,分别由0.68 mg/L、-126.37 mV升高并稳定至(6.35±0.22) mg/L和(235.42±3.41) mV.耦合组对黑臭水的净化效果显著优于单一的苦草、铁碳填料组.耦合组的微生物多样性和丰度也有了明显改善,与降解有机物、脱氮除磷等过程相关的微生物群落相对丰度呈增加趋势,优势菌门有Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria、Firmicutes,优势菌属为SediminibacteriumCandidatus NitrotogaPseudomonas.耦合组处理过程以铁碳微电解氧化还原降解COD、产生质子[H]和Fe2+ 为自养反硝化提供电子、Fe2+氧化后的Fe3+生成FePO4沉淀等作用以及根际微生物和陶粒生物膜降解有机物和硝化反硝化作用为主,辅以苦草吸收氮磷,苦草光合产氧、根际泌氧作用及分泌物促进微生物硝化反硝化,通过协同作用净化水质.该研究为采用铁碳微电解耦合沉水植物快速净化河道黑臭水体提供了依据.
生物学与生物工程
斜纹夜蛾精巢的发育和精子的发生
文靓, 陈丰, 陈亚青, 周来娣, 刘玉成, 冯启理, 刘琳
2019, 51(4): 47-56. doi: 10.6054/j.jscnun.2019065
摘要:
采用解剖观察、石蜡组织切片及苏木精-曙红染色方法,利用显微镜照相获取图像,研究了斜纹夜蛾幼虫到成虫精巢的发育及精子的发生.研究结果表明:2个精巢在预蛹期开始融合,并在蛹期融合成1个;在成虫期,随着精子的排出,精巢体积逐渐减小;斜纹夜蛾雄性生殖细胞发育为有核精子和无核精子,2种精子的发生都经过精原细胞囊期、精母细胞囊期和精细胞囊期;精子的形成主要区别在于有核精子的细胞核有一个变形过程,而无核精子形成过程中不经过细胞核变形,且后期将细胞核丢弃.综上所述,有核精子的主要发育时期为6龄到蛹期,而无核精子的主要发育在蛹期.本研究结果可为进一步研究和控制精子形成以及利用生殖机理防治斜纹夜蛾打下基础.
黄皮种质资源果汁中有机酸成分的分析
彭程, 陈喆, 常晓晓, 林志雄, 邱继水, 陆育生
2019, 51(4): 57-66. doi: 10.6054/j.jscnun.2019066
摘要:
以农业部广州黄皮资源圃中保存的184份黄皮种质为材料,利用高效液相色谱法(HPLC)对其果实果汁的有机酸组分及含量进行测定,研究了不同黄皮(Clausena lansium)种质资源有机酸组分的差异及其含量特征.结果表明:不同黄皮种质的总酸含量差异较大,其分布范围在1.28 ~26.46 g/L之间,黄皮果汁的有机酸主要由柠檬酸、苹果酸、还原型抗坏血酸和酒石酸组成,其中柠檬酸含量最高,且不同种质间含量变化幅度较大(0.54 ~25.12 g/L),均值为11.85 g/L,约占平均总酸含量的83.36%.相关性分析结果显示:柠檬酸与总酸呈极显著正相关,所有黄皮种质资源均为柠檬酸积累型.按照柠檬酸含量可将184份黄皮种质分为2类:一类为低柠檬酸积累型,其含量分布在0.54~3.21 g/L之间;一类为高柠檬酸积累型,其含量分布在6.40~25.12 g/L之间.主成分分析结果表明:第1、第2主成分解释的总变异为67.37%,其分析结果与按照柠檬酸含量高低的分类基本一致.
雷州半岛东海岸玉蕊群落的干扰机制及潜在生态损失分析
郭程轩, 陈祁琪, 徐颂军, 陈虹羽, 李婉盈, 潘亭君
2019, 51(4): 67-75. doi: 10.6054/j.jscnun.2019068
摘要:
利用样方调查、遥感影像分析以及生态系统服务功能价值测算等方法,对雷州半岛红树林玉蕊(Barringtonia racemosa)群落所遭受的自然与人为干扰因素及其影响机制进行了测度与分析,定量刻画了不同干扰因素对玉蕊群落格局和植物株体的影响,在此基础上依据生态系统服务功能价值评估标准,对干扰影响下的玉蕊群落的潜在生态损失进行测算.研究结果表明雷州半岛红树林玉蕊群落主要受到植物入侵、河流改道及病虫害的共同干扰:植物入侵以薇甘菊(Mikania micrantha)入侵最严重,其次为飞机草(Chromolaena odorata),植物入侵在玉蕊群落的草本层、灌木层和乔木层呈现显著的垂直分布差异;河流改道对凹凸两岸的玉蕊进行机械冲刷,导致玉蕊种群密度降低、连通性下降,群落格局趋于破碎;病虫害干扰主要表现为考氏白盾蚧(Pseudaulacaspis cockerelli)对玉蕊下层生长的抑制,干扰程度存在垂直空间差别. 3种干扰分别对玉蕊群落的水质净化、固碳、生产氧气、气候调节、污染物降解和生物多样性等生态服务功能产生影响,造成玉蕊的潜在生态损失最大可达24.9万元/a.为有效防治各类干扰对玉蕊群落的破坏,结合“防重于治”的理念,提出了物理防治、群落改造以及划定生态保护红线等生态保护途径.
地理科学与技术
基于WT-MB方法的OLI图像融合——以宁夏回族自治区吴忠市的OLI图像和P5图像为例
郭小丹
2019, 51(4): 76-85. doi: 10.6054/j.jscnun.2019069
摘要:
为解决Landsat 8 OLI多光谱图像和CBERS-04 P5全色图像的融合问题,设计了一种基于WT-MB变换的融合方法;以宁夏回族自治区吴忠市的图像融合为案例,从定量评价、目视判读评价和SVM分类精度评价3个方面比较WT-MB变换方法与GS、PCA、MLT、Brovey变换方法的融合效果,然后以总体精度和Kappa系数评判融合图像的分类精度.实验结果表明:WT-MB变换方法在增强融合OLI图像的空间结构信息的同时,更有效地保持原OLI图像的光谱信息,提高了图像分类精度,能够更准确地服务于环境遥感监测.
太阳辐射变化对光伏电站最佳倾角的影响分析
张俊, 俞文政, 申彦波
2019, 51(4): 86-92. doi: 10.6054/j.jscnun.2019070
摘要:
从中国典型资源区选取6个一级辐射站(北京、额济纳旗、格尔木、拉萨、喀什、郑州站)1961—2016年的太阳总辐射、水平面直接辐射和散射辐射数据资料,在用气候倾向估计法分析太阳辐射的变化趋势和利用Klein-Hay模型计算分析最佳倾角的基础上,分析太阳辐射变化对光伏电站最佳倾角的影响.结果显示:(1)近56年,6个一级辐射站的太阳辐射量的总体变化趋势是下降的;除格尔木市和郑州市外,其他4个城市的水平面直接辐射量呈下降趋势;从2003年开始,北京市出现散射比大于直射比的情况;1976年后,郑州市的散射比大于直射比;格尔木、喀什、拉萨市近56年的直射比均高于散射比;额济纳旗市的直射比、散射比变化不明显. (2) 6个典型资源区一级辐射站的最佳倾角随着太阳辐射量的降低而减小;北京、喀什、拉萨市的最佳倾角的下降受总辐射量和直射比的影响;格尔木市和郑州市的最佳倾角的下降受总辐射量和散射比的影响.
类不变子空间与不变子空间的关系
古雯, 倪军娜
2019, 51(4): 100-103. doi: 10.6054/j.jscnun.2019072
摘要:
给出了“类不变子空间”的定义,研究了可逆线性变换和一般线性变换的类不变子空间与不变子空间的关系:利用向量空间的理论,证明了对于可逆线性变换,类不变子空间与不变子空间是等价的;进一步证明对于非可逆的线性变换,类不变子空间是不变子空间,反之不成立.
数学与应用数学
线性互补问题的广义松弛两步模基矩阵分裂迭代法
彭小飞
2019, 51(4): 93-99. doi: 10.6054/j.jscnun.2019071
摘要:
将松弛策略引入到与线性互补问题等价的广义隐式定点迭代方程, 建立了求解线性互补问题的广义松弛两步模基矩阵分裂迭代法, 将已有的松弛两步模基矩阵分裂迭代法扩展到了更一般的情形; 当系数矩阵为H+-矩阵时, 利用H+-矩阵的特殊性质, 给出了新方法的收敛性分析.数值结果表明:依据迭代次数和CPU时间, 由新方法所导出的新的广义方法比已有的广义模基矩阵分裂迭代法和广义两步模基矩阵分裂迭代法更有效.
e-wlpp半群的平移壳结构定理
王春茹
2019, 51(4): 104-107. doi: 10.6054/j.jscnun.2019073
摘要:
根据右e-wlpp半群,给出了适当右e-wlpp半群的定义; 利用适当右e-wlpp半群和幂等元集E(S)之间的关系,引入了S到自身的映射λ+ρ+,从而证明了wlpp半群的平移壳是wlpp半群、适当右e-wlpp半群的平移壳是适当右e-wlpp半群.
整函数差分算子的唯一性
李倩, 吴小英
2019, 51(4): 108-112. doi: 10.6054/j.jscnun.2019074
摘要:
利用复域差分方程的方法, 研究差分多项式的唯一性问题, 在某一个整函数具有正的亏值假设下, 证明了2个不同整函数的差分算子CM分担某值时的唯一性问题, 所得结果可以看作微分情形的差分模拟.
计算机科学与软件工程
基于卷积神经网络的食品图像识别
廖恩红, 李会芳, 王华, 庞雄文
2019, 51(4): 113-119. doi: 10.6054/j.jscnun.2019075
摘要:
针对传统食品图像识别方法提取特征能力差、准确率差、运行效率差和卷积神经网络识别相似食品图像难度大等问题, 提出了一种新的食品图像识别模型ChinaFood-CNN, 以实现对食物的精准分类; 在多分类损失函数SoftmaxWithLoss的基础上, 针对食品图像类间相似性大的问题, 提出了最大类间距损失函数(MCSWithLoss), 以增大相似类之间的距离, 实现相似类的区分; 针对随机选取样本时的训练集冗余问题, 在网络模型训练时使用负样本选择算法.实验结果表明:ChinaFood-CNN模型对食品图像的识别准确率达69.2%, 分别比AlexNet、VGG16、ResNet模型提升了17.6%、16.8%和3.6%.
一种基于聚类算法的机会网络路由算法
何志立, 潘达儒, 宋晖
2019, 51(4): 120-128. doi: 10.6054/j.jscnun.2019076
摘要:
在传统的历史路径算法的基础上,提出一种基于聚类算法的历史路径机会网络路由算法(RACA算法).该算法使用无监督学习中的k-means++算法对节点进行编码,并使用编码的方式更新历史路径算法,具有缓存空间占用低、节点搜索速度快和在拓扑结构多变的环境的适应性强等特点.实验结果表明:RACA算法在多个方面有着较好的表现,特别是在传输成功率和开销比率方面有较好的表现; 出色的网络性能表现使得RACA算法能够在资源有限的场景和网络环境变化较大的场景使用,例如车载网络环境.