上海大学学报(自然科学版)

脉冲电磁场在金属熔体中的电磁效应及其应用

徐燕祎, 翟启杰

2020, 26(1): 1-20. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2206

摘要 ( 1308 )

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人类社会的发展对金属材料的质量提出了更高的要求, 洁净化和均质化成为金属制品质量的共同追求目标. 物理科学与技术的发展为材料制备技术的进步提供了新的机遇. 脉冲电流和脉冲磁场由于瞬时能量高且线路负荷小, 近年来在金属制备中的应用受到普遍关注. 首先介绍了脉冲电流和脉冲磁场在金属熔体中的电磁效应, 然后重点介绍了电流、磁场、电磁力在金属熔体中的分布以及脉冲电磁场对熔体流动的影响, 最后简要介绍了脉冲电磁场在金属洁净化和细晶化方面的研究与工业应用.

基于异或解密的$(k,n)视觉密码方案

郭松鸽, 吕东辉, 戴玉静, 任艳丽

2020, 26(1): 21-32. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1997

摘要 ( 991 )

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传统的视觉密码方案是通过直接叠加分享份来恢复秘密图像的,这种解密方式实质上是对分享份进行逻辑或运算, 白像素无法完全恢复,解密效果不理想. 利用异或运算的自反性改进加密方式,并使用与数字图像相同的颜色表示方式,提出一种基于异或解密的(k,n)随机网格视觉密码方案.该方案有两种解密方式: 当没有计算设备时, 使用传统的叠加解密,解密过程简单; 当有计算设备时, 使用异或解密, 需少量计算,但具有更好的视觉质量, 并且当所有分享份都参与异或解密时,可以无损恢复秘密图像. 与已有的视觉密码方案相比,该方案提高了解密图像的视觉质量.

基于Takenaka-Malmquist系的语音信号压缩与降噪方法

雷娅, 方勇, 张立明

2020, 26(1): 33-46. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1996

摘要 ( 703 )

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语音信号的稀疏表示是语音压缩与降噪等语音处理的关键技术之一. 在匹配追踪(matching pursuit, MP)、正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit, OMP)等算法的基础上, 提出了一种基于Takenaka-Malmquist系的贪婪权值算法(a greedy weight algorithm based on the Takenaka-Malmquist system, TMGW). 采用TMGW对语音信号进行重构时只需要较少的分解项数, 从而达到语音压缩的目的. 同时, 根据稀疏分解后信号与噪声在时频面上能量分布不同的特点, 该算法可实现对含噪语音的降噪. 实验结果表明, TMGW比基于自适应Gabor子字典的匹配追踪算法(matching pursuit algorithm based on the adaptive Gabor sub-dictionary, GMP)更适用于语音信号的稀疏表示.

不同电池利用率模型下 OOK 信号能耗性能

沈婷婷, 王涛, 孙彦赞, 吴雅婷

2020, 26(1): 47-57. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2019

摘要 ( 814 )

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目前, 对于无线传感网节点能量受限问题的研究,主要以平均每 bit 电池能耗作为性能评价标准.以电池供电的采用开关键控 (on-off keying, OOK) 调制的发射机为研究对象, 考虑基于瞬时放电电流 (instaneous discharge current, IDC) 与平均放电电流 (average discharge current, MDC) 两种非线性电池利用率模型, 在瑞利信道中保证指定误码率的条件下, 推导两种模型下电池能耗性能的解析表达式.在此基础上理论分析了归一化电池利用率因子和节点距离对电池能耗性能的影响,并用仿真实验验证了两种电池利用率模型下的能耗均随归一化电池利用率因子和节点距离的增大而增大.基于IDC的电池利用率模型对应更大的电池能耗.当归一化电池利用率因子和节点距离较大时,两种模型的能耗显著高于理想电池. 当 $\gamma =0.015$, $d=90$m 时,基于IDC电池利用率模型的能耗相比理想电池增加了近 60%,而基于MDC电池利用率模型的能耗增加了25%.

压电智能薄壁结构电致材料和几何非线性建模与分析

张顺琦, 张书扬, 陈敏, 赵国忠

2020, 26(1): 58-68. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2014

摘要 ( 767 )

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随着压电智能薄壁结构在航空航天领域的广泛应用,对计算模型准确性的要求也越来越高.压电智能结构在强致动电压下会同时发生电致材料非线性和几何非线性,为了给压电智能薄壁结构的设计和应用提供更准确的模型,基于一阶剪切变形假设,同时考虑压电材料非线性本构关系以及多种几何非线性理论 (包括冯卡门非线性、中等转角非线性以及大转角非线性),建立了压电智能薄壁结构在强致动电压下的几何非线性有限元模型,并通过已有研究的实验数据验证了模型的准确性. 最后,基于电致材料非线性和不同几何非线性模型,进行了平板结构和半圆形压电壳体结构的仿真和分析,显示了同时考虑电致材料和几何非线性的必要性.

量子绝热捷径技术在三波导耦合器设计中的应用

韩知勇, 施解龙, 兰自轩, 陈玺

2020, 26(1): 69-75. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2192

摘要 ( 808 )

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通过将量子无摩擦动力学与绝热消除结合实现了量子绝热捷径技术在光波导耦合器中的设计. 为了使该方案更实际可行, 引入了幺正变换,以便对波导的宽度以及相邻波导之间的间距进行设计,并利用光束传播法对三波导耦合器进行模拟验证. 模拟结果表明,相比于绝热耦合,利用绝热捷径设计的耦合器可以在传输长度缩短4倍的情况下实现能量的有效耦合.该方案可适用于量子信息处理和集成光学领域.

双锥构型三维点阵材料压缩特性

丁莉, 满孝颖, 解维华, 张宇民, 曹海琳, 梁小林

2020, 26(1): 76-84. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1983

摘要 ( 736 )

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对空心杆双锥构型点阵材料的压缩性能进行研究,对比了点阵材料与均质材料的压缩性能.点阵材料及均质材料的试件都采用多喷头光固化树脂增材制造技术制备,通过试验测试了均质材料件及 2 种元胞尺寸点阵材料件的压缩性能,获得了不同应变率载荷下的压缩应力-应变曲线,探索了元胞尺寸、加载应变率对材料压缩性能的影响,得到了材料破坏前的应力-应变关系预测表达式,应力预测结果与试验结果相吻合. 研究结果表明:点阵材料的元胞尺寸对材料压缩性能影响显著;不同应变率下点阵材料的屈服应变变化不大, 屈服强度差异相对较大;制备的点阵材料屈服应变大于均质材料屈服应变, 但屈服强度不具备优势.

Fe含量对有序态Ni₄Mo合金晶体结构及性能的作用

王滕, 陈业新, 谢亚茜

2020, 26(1): 85-94. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2022

摘要 ( 913 )

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研究了Fe含量对有序态Ni₄Mo合金晶体结构及力学性能的作用,结果表明: 当在有序态Ni₄Mo合金中添加的Fe含量小于10%时,合金的晶体结构仍为单相有序D1$_{\rm a}$结构;而当Fe含量为10%时,Ni$_{70}$Mo$_{20}$Fe$_{10}$合金的晶体结构变为单相有序面心立方结构;如果继续增加合金中的Fe含量, 则在合金中析出了密排六方结构的第二相.Fe元素通过改变合金的晶体结构显著提高了有序态Ni₄Mo合金拉伸时的延伸率,有序态Ni$_{70}$Mo$_{20}$Fe$_{10}$合金在真空中的延伸率达到了30.9%, 比有序态Ni₄Mo合金的延伸率提高了12倍.Fe合金化也有效降低了有序态Ni₄Mo合金在氢气环境中的脆性敏感性.

石墨烯复合 beta-Zn₄Sb₃材料的热电性质

刘风采, 高鹏飞, 孟庆飞, 秦娟, 史伟民, 王林军

2020, 26(1): 95-101. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2011

摘要 ( 785 )

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将不同比例的石墨烯粉末和beta-Zn₄Sb₃ 粉末混合, 通过热压法制备出复合材料样品, 并对其结构和热电性质进行检测.X 射线衍射结果表明,样品的主要成分仍然是 beta -Zn₄Sb₃ 相, 晶粒尺寸随石墨烯浓度的增加略有减小.这说明石墨烯浓度在 5.0% 以内时对样品的物相形成没有明显影响.另外, 复合石墨烯后样品的 Seebeck 系数变化不大,但电导率降低、热导率略有增大, 从而使热电优值有所降低,主要是由于石墨烯的掺入在样品中引入了电子补偿效应,使原来受主能级上的空穴减少, 进而降低了样品中的载流子浓度,同时也改变了 beta -Zn₄Sb₃ 中 Zn 原子无序结构.

石墨烯/氧化锆复合材料的分散液工艺优化及润湿性能

邹虹荣, 石磊, 林成辉, 张亚萍, 刘立起

2020, 26(1): 102-112. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2021

摘要 ( 912 )

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将石墨烯分散液浸渍到氧化锆基体中,利用微波烧结法制备石墨烯/氧化锆陶瓷复合材料,提高了氧化锆陶瓷的润湿性. 首先,通过优化球磨机的工艺参数(球料比、转速、研磨时间), 制备出粒径为200.3 nm 的石墨烯分散液, 然后通过X射线衍射仪(X-ray diffraction, XRD)、Raman光谱仪、透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)分析了石墨烯的微观结构, 最后分析了石墨烯/氧化锆陶瓷复合材料的润湿性. 结果表明, 石墨烯分散液能够长时间存放, 且具备较好的单层或少层片状结构, 添加石墨烯能够明显提高氧化锆陶瓷的润湿性, 使氧化锆陶瓷润湿角减小, 表面能增加, 润湿性能变好.

多环芳烃在新安江河流-水库体系表层沉积物中的分布、来源及生态风险评估

刘烨, 王玉洁, 汪福顺, 梁霞, 陈学萍, 杨明, 马静

2020, 26(1): 113-122. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2017

摘要 ( 684 )

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利用气相色谱-质谱联用仪(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)分析了新安江河流-水库体系表层沉积物样品中16种优控多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的含量. 结果表明,16种PAHs在表层沉积物样品中均有不同程度的检出, 总浓度($\sum_{16}$PAHs)范围是260~1 652 ng/g dw (dry weight, 干重),平均值为 973 ng/g dw, 以高分子量的PAHs为主. $\sum_{16}$PAHs值最高的区域是兰江(1 530 ng/g dw),最低值出现在水库中心库区(600 ng/g dw). PAHs源解析表明,底泥中PAHs可能主要来源于煤和木材的燃烧. 参考已有研究的分类标准,发现新安江上游、水库中心库区和富春江表层沉积物中PAHs处于中等污染水平,而水库回流区和兰江沉积物受到PAHs的污染较大. 通过生态风险分析,发现所有底泥样品均可能存在急性毒理效应, 但不存在频发性急性毒理效应.

一步水热法制备 Ni₃S₂ 纳米空心球及其在超级电容器中的应用

蒋晓濛, 胡亦杨, 林成辉, 程伶俐, 皮宗新, 焦正

2020, 26(1): 123-131. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2008

摘要 ( 790 )

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将四水合醋酸镍和 L-半胱氨酸分别作为镍源和硫源, 采用一步水热法成功制备出了 Ni₃S₂ 纳米空心球材料. 分别利用 X 射线衍射仪、X 射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜等仪器分析材料的形貌、组分和物相结构. 结果表明: 制备出的 Ni₃S₂ 为尺寸均一的空心球, 直径约 300 nm, 且具有良好的分散性. 将制备出的 Ni₃S₂ 压在泡沫镍上制成电极, 研究其超级电容器的性能, 结果显示: Ni₃S₂ 纳米空心球具有优良的倍率性能和循环性能, 这归因于材料优异的稳定性和特定的空心球状结构, 不仅为电极反应提供了丰富的活性位点, 还有效缩短了电子以及离子的扩散路径.

MnO₂@ZnO/C 复合材料的制备及电化学性能

罗志刚, 李琦, 陈大勇, 黄守双, 胡张军, 陈志文

2020, 26(1): 132-142. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2012

摘要 ( 803 )

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金属有机骨架 (metal-organic frameworks, MOFs) 化合物是一类由金属离子和通过配位键连接在一起的有机配体组成的晶体材料. 作为一种具有立体空间结构的功能材料, 凭借其较大的比表面积、较高的孔隙率及品种的多样性, 引起了各领域研究者的广泛关注. 以 $\beta $-MnO₂ 纳米棒为模板制备出 MnO₂@ZIF-8 杂化纳米结构, 在惰性气氛中分步煅烧处理, 得到 MnO₂@ZnO/C 复合材料. ZIF-8 中的有机配体由于高温煅烧发生裂解而产生孔道, 进而为锂离子的嵌入和脱出提供更多离子传输路径. 同时, 由于高温裂解伴随着碳的产生, 因此当使用这种复合结构物质作为电极材料时, 可以提高材料的导电率. MnO₂@ZnO/C 纳米复合材料的首次放电比容量为 1 873 mA$\cdot$h$\cdot$g^-1, 在电流密度为 100 mA/g 的条件下完成 100 次充放电后比容量维持在658 mA$\cdot$h$\cdot$g^-1, 展现出了优良的电化学储能特性.

双连续相微乳液制备纳米 TiO₂/P(MMA/BMA)复合材料与表征

贾少晋, 鲍沂沂, 李记伟, 陈俊聿, 吴伟, 杨少华

2020, 26(1): 143-152. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1998

摘要 ( 690 )

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研究了油酸对纳米二氧化钛(TiO$_{2})$改性后的纳米二氧化钛与聚甲基丙烯酸酯(poly (methl methacrylate/butyl methacrylate), P(MMA/BMA))聚合得到复合材料的性质.红外光谱、分散性能分析和接触角分析表征结果表明, 改性后二氧化钛疏水性增强. 采用双连续相微乳液法制备 TiO₂/P(MMA/BMA)复合材料, 并利用红外光谱表征 TiO₂ / P(MMA/BMA)复合材料. 由能谱仪(energy dispersive spectrometer, EDS)分析表明, 油酸改性纳米 TiO₂在复合材料中分散均匀, 并且讨论了二氧化钛添加量对产物热稳定性和紫外线屏蔽的影响, 随着 TiO₂含量的增加(最高5%), 热分解温度升高, 紫外吸收区域变强, 能阻挡400 nm以下的紫外光.

氮掺杂多孔 MOF 衍生碳电极的构筑及其电化学性能

刘翔, 曹玲, 姚伟伟, 李珍, 吴明红

2020, 26(1): 153-162. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2020

摘要 ( 703 )

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通过两步法成功将氮掺杂石墨烯量子点 (N-doped graphene quantum dots, N-GQDs) 与金属有机骨架衍生碳材料 (cZIF-8) 组合制备出 N-GQDs@cZIF-8 超级电容器. 1 mol/L H₂SO₄ 电解质中, 该电极在 0.5 A · g^-1 电流密度下具有 246.6 F · g^-1 的比容量, 在循环 8 000 次时仍然保持 83.7% 的容量保留率, 展现了优异的循环稳定性. 同时, N-GQDs@cZIF-8 超级电容器在 104.5 W · kg^-1 的功率密度下获得了 8.2 W · h · kg^-1 的优异能量存储能力, 这样显著的电化学性能主要因其具有高比表面积的三维结构和高赝电容活性的氮掺杂水平 (10.13%), 使其在超级电容器、锂离子电池等能量存储领域具有潜在的应用前景.

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