上海大学学报(自然科学版)

2020年第26卷第6期电子期刊

2020, 26(6): 853.

摘要 ( 4 )

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右端不连续奇异摄动问题的空间对照结构

倪明康, 潘亚飞, 吴潇

2020, 26(6): 853-883. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2259

摘要 ( 868 )

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主要研究了右端不连续奇异摄动系统中空间对照结构研究状况.介绍了右端不连续的二阶非线性奇异摄动问题的空间对照结构的一系列工作,其中包括半线性系统、拟线性系统和弱非线性系统的Dirichlet问题.同时, 介绍了右端不连续的一阶常微分方程组的齐次Neumann边值问题、一类分段光滑二阶Tikhonov系统Dirichlet边值问题和具有不连续项的奇异摄动抛物方程边值问题.

偏心桨机构水下旋转桨式步态水动力建模

李小毛, 彭宇, 李天波, 陈俊杰, 徐佳, 崔建祥

2020, 26(6): 884-895. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2167

摘要 ( 710 )

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为提高两栖机器人在复杂环境下的通过能力,在前期研究中提出了基于偏心桨 (eccentric paddle,ePaddle) 机构的复合型两栖推进机构 ePaddle,实现了多种陆上及水下运动步态.为探究该机构执行水下旋转桨式步态时的水动力特性,构建了基于 Morison 方程的推力预测模型,分析了滑差率、偏心距等配置参数对机构推力特性的影响,并且通过实验验证了模型的准确性.根据理论模型和实验结果对机构水下旋转桨式步态的使用提出了合理的应用建议.

无人水面艇操纵模型分级辨识方法

袁晓宇, 黄承义, 彭艳, 瞿栋, 刘东柯

2020, 26(6): 896-908. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2248

摘要 ( 829 )

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近年来, 随着科技和军事能力的大幅提高, 无人水面艇(unmanned surfacevehicle, USV)以独特的地位和不可取代的作用得到了迅猛发展.受海面环境干扰大、无人水面艇本身时滞性强、艇载计算机运算能力有限等限制,很难获得精确的无人水面艇操纵模型. 同时作为一个工业领域的机器人,操纵模型的快速辨识对于研发和工程化都至关重要. 针对这一问题,提出了无人水面艇分级操纵辨识方法,获得了无人水面艇的转舵模型和不同速度下的转艏操纵模型,并在此基础上通过仿真和实验验证了该模型的有效性. 该方法简单高速,可以快速应用于无人水面艇的控制系统中.

一种车载多模式全景融合拼接算法

刘畅, 徐美华, 郭爱英

2020, 26(6): 909-920. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2098

摘要 ( 640 )

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由于传统的辅助驾驶系统的视角呈现较为单一, 故使用情况受限. 提出了一种可自动切换的多模式(包含行车和倒车)全景拼接算法,为驾驶员提供了更灵活的观察视角. 首先,将来自摄像头的输入图像进行畸变校正; 然后, 提取相邻帧图像的特征点,通过位移量判断行车方向; 其次, 根据行车方向进行视角变换,前进方向采用柱面投影, 后退方向采用透视变换; 最后,根据图像特征点进行配准, 采用分段拼接的方法对传统拼接方法进行改进,并对重合区域采用图像融合算法, 完成拼接. 实验结果表明,车载多模式全景融合拼接模型可根据行车方向自动切换模式,对每个摄像头图像还原度更高, 且柱面投影算法所耗时间减少了75%.

一种低成本带吸收电容的防浪涌电路

孙叠, 严利民, 贾石, 高文凯

2020, 26(6): 921-926. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2099

摘要 ( 806 )

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传统的浪涌保护电路对元器件的功率等级要求较高,导致整个电路结构的性能降低, 硬件成本提高.设计了一种低成本带吸收电容防浪涌的电路.通过理论分析、软件仿真以及实验测试证明了该电路结构采用更低功率等级的金属-氧化物半场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor, MOSFET), 能在降低浪涌保护电路成本的同时,提升浪涌电路电压等级以及电路的稳定性.

界面结合方式对氧化石墨烯-碳纤维/环氧树脂复合材料性能的影响

张亚萍, 石磊, 郭小凤, 刘立起

2020, 26(6): 927-936. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2123

摘要 ( 629 )

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采用不同制备工艺制备氧化石墨烯 (graphene oxide, GO)-碳纤维 (carbomfibre, CF)/环氧树脂 (epoxy, EP) 复合材料,探讨了 3 种界面结合机理,对比分析了不同的界面结合方式对氧化石墨烯-碳纤维/环氧树脂复合材料界面剪切强度 (interfacialshear strength, IFSS)、弯曲性能及层间剪切强度 (interlaminar shearstrength, ILSS) 的影响. 研究结果表明:氧化石墨烯对复合材料界面的作用主要是增强界面处机械互锁能力,以及少量化学键形成产生的作用力;氧化石墨烯吸附在碳纤维表面再与环氧树脂形成的界面结合方式可使复合材料界面剪切强度提升 66.97%,弯曲强度提升 31.84%, 层间剪切强度提升 10%. 可见,氧化石墨烯利用率高, 工艺简单, 有利于实现工业生产.

电子束辐照对 β-Zn₄Sb₃ 薄膜微结构和热电功率因子的影响

高鹏飞, 欧正海, 秦娟, 史伟民, 王林军

2020, 26(6): 937-944. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2168

摘要 ( 630 )

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通过射频磁控溅射制备 Zn-Sb 预沉积薄膜, 随后依次进行 0~800 kGy 不同剂量的电子束辐照处理和常规热退火, 获得 β-Zn₄Sb₃ 热电薄膜. 利用 X 射线衍射仪 (X-raydiffraction, XRD) 和场发射扫描电子显微镜 (field emission scanningelectron microscopy, FESEM) 分析表征了薄膜的微结构和表面形貌,利用 Hall 效应和 Seebeck 效应检测了薄膜的电输运和热电性能.研究结果表明, 所有样品均表现出 p 型导电.经电子束辐照处理的薄膜样品, 其物相组成没有发生变化,平均晶粒尺寸变化不大, 但薄膜表面的致密度有所提高,且晶粒生长表现出一定的 (223) 晶面取向性生长.当电子束辐照剂量为 200 kGy 时,由于在电导率降幅很小的同时 Seebeck 系数得到了有效的提高,故样品的功率因子可达 6.90 μW/(cm·K²),比未进行电子束辐照处理的样品提高了 41.7%.

SnO₂/g-C₃N₄ 双 2 维材料对甲醛气敏响应的提升

张文爽, 袁同伟, 张丹, 马志恒, 程知萱, 徐甲强

2020, 26(6): 945-953. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2109

摘要 ( 722 )

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以溶剂热法合成超薄 2 维 SnO₂ 纳米片,以高温热解尿素进行化学气相沉积,得到具有类石墨烯结构的g-C₃N₄ ,通过研磨、超声、干燥等操作将 2 种 2 维材料复合成 SnO₂/g-C₃N₄ .通过 X 射线衍射仪 (X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜 (scanning electron microscopy,SEM)、透射电子显微镜 (transmission electron microscopy,TEM) 对合成材料的组成、形貌和结构进行了表征. 结果显示, SnO₂ 纳米片均匀地分布在 g-C₃N₄ 载体上.在对甲醛气敏测试结果分析中发现,复合材料 SnO₂/g-C₃N₄ 相对于 SnO₂/g-C₃N₄ ,具有更高的灵敏度、更好的选择性以及更快的响应速度. SnO₂/g-C₃N₄复合材料的合成对于提升气敏材料的性能提供了一种简单有效的策略,有望在室内甲醛检测方面取得更多的研究成果.

Bi₂WO₆/TiO₂纳米带的制备及其可见光催化性能

唐燕, 周荻雯, 朱影, 乔丹丹, 浦娴娟, 焦正, 程伶俐

2020, 26(6): 954-962. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2103

摘要 ( 506 )

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以 TiO₂ P25纳米颗粒为原料, 通过碱-水热法制备TiO₂纳米带,再采用水热法成功制备出Bi₂WO₆/TiO₂纳米带材料.利用X射线衍射仪(X-ray diffraction, XRD)、扫描电子显微镜 (scanningelectron microscope, SEM)以及透射电子显微镜 (transmission electronmicroscope, TEM)分别对该材料的物相和形貌进行了分析,并研究了其在可见光下的光催化的性能和催化机理. 研究结果表明:制备出的Bi₂WO₆纳米带通过分子间作用力成功负载在TiO$_{2}$纳米带上.制备出的Bi₂WO₆/TiO₂在可见光下具有优越的光催化性能,这归因于材料较好的光生电子-空穴分离效率以及材料特定的物理性质,不仅为光催化反应提供了丰富的活性位点, 还有效促进了电子的轴向迁移率.

金属有机骨架衍生纳米多孔碳和钛酸锂构筑高性能锂离子混合电容器

姚伟伟, 毛剑, 张臣, 李珍, 吴明红

2020, 26(6): 963-971. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2143

摘要 ( 506 )

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锂离子混合电容器兼具锂离子电池的高能量密度特性和超级电容器的高功率密度特性,是一种极具应用前景的新型储能器件.首先通过高温热解金属有机骨架 (metal organic framework,MOF) 前驱体的方法制备了 MOF 衍生的纳米多孔碳材料 (碳化后的沸石咪唑酯骨架结构-8(carbonizedzeolitic imidazolate framework-8, cZIF-8)),该材料具有高比表面积、较优异的孔隙率、良好的热稳定性和高导电性能.以电容型 cZIF-8 电极为正极,电池型钛酸锂 (Li₄Ti₅O₁₂, LTO) 电极为负极,构筑一种新型的 cZIF-8//LTO 锂离子混合电容器.组装的设备最高能量密度达到 44 W·h·kg^-1,最高功率密度为 5 387 W·h·kg^-1,其能量密度明显高于 cZIF-8//cZIF-8 超级电容器 (16.6 W·h·kg^-1. 更为重要的是,cZIF-8//LTO 锂离子混合电容器具有较优异的循环性能, 在 2 A·g^-1 的高电流密度下循环 10000 次后容量保留率高达 85.4%.这种基于 MOFs 材料的锂离子混合电容器能使电化学储能器件在不降低功率性能的情况下有效提升能量密度.

共价有机骨架衍生的氮掺杂碳/碳纳米管杂化结构的储锂性能

汤旭旭, 杨秦斯, 杨建伟, 孙炜伟

2020, 26(6): 972-979. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2111

摘要 ( 525 )

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通过常温法设计并合成了钴金属修饰的共价有机骨架 (covalent organicframework, COF) 结构, 然后以此为前驱体,通过修饰的钴金属中心在一步煅烧过程中原位催生碳纳米管 (carbonnanotube, CNT), 从而获得氮掺杂碳/碳纳米管杂化复合材料.氮的掺杂进一步增加了该复合材料的储锂活性位点,并有效提高了材料的电子和离子的电导率. 在作为锂离子电池负极材料时,该氮掺杂的碳/碳纳米管杂化复合材料展现了较高的比容量和较好的循环稳定性,在经过 300 圈的充放电循环后, 其比容量保持在 652 mA·h·g^-1.

藻团2维投影特征值定量水源水库中优势藻种

苏青青, 郦春蓉, 王先云, 张东, 黄鑫

2020, 26(6): 980-988. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2102

摘要 ( 534 )

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2015年3~7月对华东某水源水库开展了藻种类、密度与显微镜检藻团2维投影特征值调查.结果表明, 该水库藻种分布的季节性演替规律明显,春季黄藻门的黄丝藻为优势藻种, 占比达到78.9%~92.6%.黄丝藻藻团特征明显,2维投影面积与藻密度有较高的相关性(R²=0.712).采用分类回归树(classification and regression tree,CART)方法开展实际水样中典型藻种(黄丝藻、小环藻和伪鱼腥藻)的统计回归分类,识别率分别达到83%、68%和86%.藻团2维投影特征度量方法结合图像识别技术,有望实现水中藻团的快速识别与特征测量.

渗滤液饱和膨润土掺砂混合土的膨胀与渗透特性

阮坤林, 孙德安, 傅贤雷

2020, 26(6): 989-1000. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2105

摘要 ( 638 )

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对膨润土掺砂混合土非饱和压实样,在不同温度和竖向应力为 50kPa 的条件下分别用纯水和渗滤液进行饱和膨胀试验以及饱和后的固结试验.利用变水头试验和固结试验,测量当渗滤液作为孔隙液体时不同掺砂率混合土的渗透系数. 试验结果表明:① 饱和液体种类对膨润土掺砂混合土膨胀变形的影响较大,用渗滤液饱和膨润土掺砂混合土的最终膨胀率比用纯水饱和的要小;② 当掺砂率较低时渗滤液饱和混合土的膨胀力比纯水饱和的小,当掺砂率为 50% 时 2 种液体饱和膨润土掺砂混合土的膨胀力几乎相等,混合土的膨胀变形和膨胀力随温度升高而减小;③ 在孔隙比相近的条件下纯水饱和混合土的渗透系数比渗滤液饱和的稍大,随温度升高渗透系数增大; ④ 在相同孔隙比条件下,固结试验方法测定的渗透系数小于变水头试验测定的数值.

基于多种群协同进化算法的混合交通流信号优化

陈娟, 荆昊, 方宇杰

2020, 26(6): 1001-1014. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2100

摘要 ( 610 )

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针对考虑时变交通需求下, 相邻交叉口混合交通流信号配时的优化问题,以机动车延误、非机动车延误、行人等待时间为优化目标,构建动态多目标优化配时模型,提出了多种群协同进化动态多目标遗传算法(multi-populationcoevolutionary dynamic-multi-objective genetic algorithm,MPCED-MOGA), 把种群分为搜索种群和跟踪种群,在寻找最优值的同时跟踪环境的变化和进行信息交流,使算法快速响应环境变化.该算法首先在FDA系列动态多目标优化问题中的3个典型测试函数下进行测试,并与3种现有的动态多目标优化算法进行对比,结果表明该算法具有较好的收敛性和分布性.在仿真环境下测试该算法在上海市某个实际相邻交叉口的信号配时优化效果,结果表明:和3种现有的动态多目标优化算法和动态定时控制TRRL方法相比,该算法能更好地降低机动车延误、非机动车延误和行人等待时间.

基于网络数据包络分析的我国省域科技金融协同效率测度及其时空差异

施明康, 于丽英

2020, 26(6): 1015-1025. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2101

摘要 ( 647 )

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采用网络数据包络分析(data envelopment analysis,DEA)方法作为评价模型, 选取2009~2015年我国省级面板数据,测算了金融系统与科技系统的投入产出效率以及这2个系统的协同效率,运用Moran指数检验协同效率的空间相关性. 研究结果发现:我国科技金融协同效率存在较大发展空间, 且各地区存在显著差异,仅北京、上海和江苏3个省市的协同效率在样本期间内均为DEA有效;从时间来看, 协同效率呈现逐年上涨趋势且7年间涨幅大于15%;从空间来看, 协同效率呈现良好的空间相关性且相关性逐年递增,广东和重庆的邻接省市的协同效率还有待提升. 最后, 针对研究结果给出了相应对策建议, 为提升我国科技金融协同效率提供参考.

大型稀疏线性系统的一类含参数的贪心随机Kaczmarz算法

刘永, $\fbox{顾传青}$, 崔蓉蓉

2020, 26(6): 1026-1034. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2151

摘要 ( 1005 )

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为了求解大型稀疏线性系统, 在贪心随机Kaczmarz (greedy randomized Kaczmarz, GRK)算法的迭代公式中引入松弛因子,构造了一种含参数的贪心随机Kaczmarz算法.证明了当线性系统相容时该算法的收敛性. 数值实验表明,当选择恰当的松弛因子时, 该算法在迭代步数和计算时间上比贪心随机Kaczmarz算法更有效.

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