当期目录

2022年 第28卷 第5期    刊出日期：2022-10-30

上一期   

瞄准前沿面向未来:“五朵金花”发展战略与实施路径

吕明霞, 刘伟杰, 陈秋玲, 谢宝婷, 王刚, 吴明红, 刘昌胜

2022, 28(5):  715-721.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2450

摘要 ( 2357 )   HTML ( 148)   PDF (768KB) ( 468 )  

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一流学科建设是一流大学建设的核心. 阐释了上海大学“十四五”时期理工科“五朵金花”领域的建设机遇、建设思路、建设路径和建设重点, 进一步讨论了在推进“双一流”建设中需要思考和处理的3个重要关系.

燃气轮机叶片制备技术研究进展

任忠鸣, 韩东宇, 玄伟东, 陈超越, 帅三三, 徐松哲, 俞晟, 余建波, 王江

2022, 28(5):  722-747.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2430

摘要 ( 2442 )   HTML ( 33)   PDF (5323KB) ( 783 )  

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涡轮叶片是燃气轮机的核心热端部件, 其研发和制造是一个国家工业的发展规模和技术水平的重要体现. 概述了燃气轮机叶片制备技术的近期研究进展. 结合课题组的研究, 围绕燃气轮机叶片的定向凝固、微观组织的电磁场辅助调控、陶瓷型芯制备、 尺寸精度控制、高温合金纯净化冶炼、增材制造等, 介绍了在相关领域取得的研究进展, 并提出重点关注方向.

NaCl限域调控的电极材料及在超级电容器中的应用

卫武涛, 单常伟, 郭子婕, 徐甲强, 张久俊, 米立伟

2022, 28(5):  748-767.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2437

摘要 ( 2049 )   HTML ( 11)   PDF (2569KB) ( 426 )  

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NaCl作为一种典型的离子型化合物, 溶解或熔融后能展示出较高的离子导电性, 在水、甘油等溶剂中溶解度较高, 并且廉价易得. 凭借这些重要的物理化学特性, NaCl逐渐受到研究人员的青睐. 主要综述了近年来NaCl在电极材料调控方面的研究进展, 重点介绍了NaCl模板法及熔盐法制备电极材料新技术, 详细分析了NaCl对电极材料结构、形貌的调控机制, 及辅助冷冻干燥技术、 溶胶凝胶技术、单一熔盐法、混合熔盐法相关技术策略的特点和优势. 最后, 分析了相关技术走向工业化应用所面临的挑战和困难, 并对未来的发展进行了展望.

非中心对称拓扑狄拉克半金属的研究进展

高恒, 胡顺波, 任伟

2022, 28(5):  768-779.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2438

摘要 ( 2675 )   HTML ( 30)   PDF (1199KB) ( 1004 )  

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狄拉克半金属由于其新奇的电子结构和输运性质, 受到了实验和理论学者广泛的关注. 该拓扑材料在费米能级附近存在受对称性保护的狄拉克点, 是由于固体中导带和价带的能带反转导致的. 本综述介绍了中心对称拓扑狄拉克半金属, 并且引入了一种新的三维非中心对称拓扑狄拉克半金属. 通过晶体结构对称性和能带对称性分析可知, 具有C$_{\rm 4v}$或C$_{\rm 6v}$点群的晶体可以实现非中心对称拓扑狄拉克半金属. 具有C$_{\rm 4v}$点群对称性的BiPd$_{2}$O$_{4}$晶体被理论预测为非中心对称的狄拉克半金属, 并且在四重旋转轴上可以实现第二类型的拓扑狄拉克点. 此外, 具有C$_{\rm 6v}$点群对称性的SrHgPb晶体和LiZnSb$_{x}$Bi$_{1-x}$合金可以实现狄拉克点与外尔点共存的拓扑半金属, 并且在LiZnSb$_{x}$Bi$_{1-x}$合金中外尔点的出现和位置可以通过元素成分比例$x$调控. 与中心对称拓扑狄拉克半金属相比, 非中心对称拓扑狄拉克半金属由于中心反演对称性的破缺, 在非线性光学和非线性霍尔输运等方面有潜在的应用.

反事实量子调控研究进展

李振娅, 李征鸿

2022, 28(5):  780-793.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2444

摘要 ( 1967 )   HTML ( 12)   PDF (1045KB) ( 345 )  

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随着时代的进步发展, 量子科学技术在国家安全, 社会经济高质量发展中的重要性逐渐显露. 如何操控量子态来储存、传递和处理信息一直是量子计算、量子通讯等量子信息科学研究中的关键性问题. 有别于传统认知, 量子系统允许某些在经典世界中不存在的控制方式, 反事实量子调控便是其一. 作为一种非局域的量子调控方式, 在反事实量子调控的过程中, 没有任何实际物质粒子、能量在调控方和被调控方之间输运交换. 通过对反事实量子调控的研究, 人们不仅深入理解了非局域量子现象, 也发现了其在样本无伤成像和隐身探测技术等应用上的重大潜在价值. 本工作介绍了反事实量子调控的基本概念, 回顾了相应的理论证明, 也对相关的实验验证、非局域性研究以及应用性探索做了阐述.

耐高温透明聚酰亚胺的结构设计与性能预测

张涵, 陈龙龙, 张建华, 蒋海珍

2022, 28(5):  794-812.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2274

摘要 ( 7719 )   HTML ( 1399440021)   PDF (4685KB) ( 507 )  

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研究近年来国内外耐高温透明聚酰亚胺相关文献, 基于从分子结构分析, 总结了制备耐高温透明聚酰亚胺的多种常用方法, 包括引入三氟甲基、脂环结构、非共平面结构、大体积侧基和无机材料, 并从分子动力学模拟和机器学习两方面分析了聚酰亚胺的性能预测. 最后对耐高温透明聚酰亚胺的合成与预测进行总结与展望.

氧化钇钡铜(YBCO)高温超导带材在超导储能装置的应用

彭思思, 蔡传兵, 郑军, 郭树强, 徐颖, 周迪帆

2022, 28(5):  813-820.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2445

摘要 ( 2469 )   HTML ( 30)   PDF (3194KB) ( 432 )  

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高温超导磁储能系统具有功率密度大、响应快和寿命长等优势, 在新能源电网和新能源电动船舶等领域具有潜在的应用前景. 二代高温超导带材具有优越的载流能力、较高的工作温度以及相对较低的制备成本, 在超导储能装置得领域到了广泛应用. 对氧化钇钡铜(YBCO)高温超导带材特性介绍的基础上, 分析储能装置对其的性能要求, 阐述一代高温超导储能磁体研究现状, 并结合 10 MJ 储能磁体的设计进行具体案例分析.

piRNA 调节心血管疾病的分子机制进展

谢金鑫, 杨子江, 王红云, 肖俊杰

2022, 28(5):  821-830.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2441

摘要 ( 2083 )   HTML ( 15)   PDF (3255KB) ( 479 )  

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PIWI-interacting RNA(piRNA)是一类最初从生殖细胞中发现的长约 30 nt 的新型内源性非编码 RNA, 能够与 PIWI 蛋白家族成员结合抑制转座子, 保持种系基因组完整性. 随着研究的不断深入, piRNA 被证实在生殖细胞以外的其他组织细胞中亦可表达, 并且在众多的生理病理过程中发挥着重要的调节作用. 心血管疾病(cardiovascular disease, CVD)是引发全球人口死亡的首要原因. 基于 piRNA 的生物发生过程深入讨论了其在不同心血管疾病中的作用及潜在机制, 归纳了可用于防治及诊断心血管疾病的 piRNA 发明专利, 以期丰富 piRNA 的分子生物学理论, 并为防治心血管疾病提供新靶点和潜在策略.

创面瘢痕形成机制研究进展

窦涵钰, 崔白苹, 丁小雷

2022, 28(5):  831-840.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2442

摘要 ( 2332 )   HTML ( 43)   PDF (4094KB) ( 547 )  

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皮肤是保护人体免受侵害的第一道防线, 常因接触物理、化学因子及微生物与病原体等造成各种创面. 创面的修复需要多种细胞、细胞因子和细胞外基质相互协同来完成. 由于过度炎症反应以及细胞外基质表达沉积与交联异常, 创面再生修复通常不能实现, 而是伴随着不同程度的瘢痕形成. 瘢痕的形成影响皮肤功能, 给患者带来心理障碍、身体痛苦, 严重影响生活质量, 但目前对瘢痕治疗尚缺乏特异且有效的药物. 近几年, 人们利用动物模型、单细胞分析、示踪成像等技术对于创面瘢痕形成的具体分子生物学机制进行了深入广泛研究. 讨论创面瘢痕形成机制的最新研究进展, 深入阐释瘢痕形成机制, 为未来研究抗疤痕药物和组织再生提供新思路.

振动驱动热对流研究进展

郭茜里, 吴建钊, 王伯福, 庄启亮, 周全, 刘宇陆

2022, 28(5):  841-856.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2440

摘要 ( 2103 )   HTML ( 7)   PDF (2409KB) ( 229 )  

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工程应用和自然界中的流动不可避免地受到外部振动激励的影响. 当振动作用于含有温度梯度的流体系统时, 高频振动激励会在系统内部产生平均流动, 实现或者控制热量输运. 这种由振动激励驱动的热对流现象被称为振动热对流. 振动激励一般具有明显的周期性, 提供了一种特殊的热对流驱动机制. 这种驱动机制不仅为微重力环境下实现热量和质量的输运提供了新的方法, 而且可以作为增强浮力驱动热对流系统传热的有效手段. 主要从微重力环境、地表重力环境和多相流体中振动驱动热对流这3个方面, 综述并探讨振动热对流中流动结构和传热特性的若干研究新方向及其进展, 并对今后的研究方向进行展望.

基于电流加热连铸恒温出坯温度场的分布与演变规律

郑天晴, 徐燕祎, 张云虎, 翟启杰

2022, 28(5):  857-871.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2327

摘要 ( 2013 )   HTML ( 11)   PDF (16392KB) ( 87 )  

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恒温出坯是实现连铸直轧的重要条件. 提出了基于电流加热恒温出坯方法, 并通过数值模拟验证了该方法的可行性. 结果表明: 高频电流产生的焦耳热对连铸坯起到了补热作用, 补热效果随电流频率的增加而增加, 随连铸坯移动速度的增加而减小; 电流产生的焦耳热能降低连铸坯径向和长度方向的温度梯度. 为了根据实际工况确定实现连铸恒温出坯所需的加热功率, 通过理论分析, 建立了连铸坯电流加热功率计算模型, 为数值模拟优化电流参数提供了理论依据.

高精度双向同步旋转 CORDIC 算法设计与实现

郑传喜, 古元冬

2022, 28(5):  872-882.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2443

摘要 ( 2059 )   HTML ( 23)   PDF (4218KB) ( 248 )  

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针对精密电机数控领域中 16 位位宽的坐标旋转数字计算机(coordinate rotation digital computer, CORDTC) )算法存在输出时延长、运算精度低、稳定性差等问题, 提出高精度双向同步旋转 CORDIC 算法, 通过角度预处理和区间折叠扩大收敛区间, 迭代过程中采用双向同步旋转与误差均衡来提升算法的精度以及健壮性, 最后根据区间结果进行还原输出. 结果表明: 在硬件实现上, 相比传统算法, 本算法的运算精度分别提高了 76.3%, 最大输出时延降低了 71.4%, 具有高精度、低延时以及稳定等优点.

基于数字反向透热补偿的量子算法

王佳楠, 丁泳程, 郝敏佳, 陈玺

2022, 28(5):  883-895.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2436

摘要 ( 1998 )   HTML ( 7)   PDF (1130KB) ( 248 )  

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与传统计算机不同, 量子计算机在计算速度和能耗方面大大优于传统计算机, 被认为是未来具有重大影响力的新型计算模式之一. 目前, 量子绝热算法、变分量子本征求解器(variational quantum eigensolver, VQE)、量子近似优化算法(quantum approximate optimization algorithm, QAOA)是当前含噪声中等规模量子时代有望用来尝试寻找量子优势的重要算法. 以氢气为例的基态能量计算, 展现了量子绝热算法和变分量子本征求解器在量子化学中的应用. 通过利用数字反向透热补偿法加速量子绝热算法, 并利用变分量子本征求解器实现其优化, 用于降低量子线路深度, 提高能量计算的准确性. 随着研究的不断发展, 该基于数字反向透热补偿的量子算法有望应用于数据搜索、材料设计、生物制药等领域, 体现出量子的优越性.

基于实时路径积分的双分子化学反应动力学计算方法

李永乐, 范文斌, 任伟

2022, 28(5):  896-907.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2312

摘要 ( 2795 )   HTML ( 45)   PDF (791KB) ( 545 )  

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化学反应速率常数、动力学同位素效应(kinetic isotope effect, KIE) 及散射截面的确定, 在燃烧、大气以及星际化学反应的化学动力学和动态学研究中起着不可或缺的作用. 而常用的理论如量子散射理论、过渡态理论(transition state theory, TST)和准经典轨线方法均难以准确快速地确定多原子反应的速率常数和散射截面. 近十几年来, 基于实时路径积分的珠串分子动力学(ring-polymer molecular dynamics, RPMD)方法在气相双分子化学反应动力学研究中的应用获得了成功. 而近几年来随着应用范围的扩大, RPMD方法在面临挑战的同时也取得了更多的研究进展.

面向小孔径T形管道的气动软体机器人转向策略

杨扬, 赵润禾, 李天波, 赵永健, 齐宇燕, 钟宋义

2022, 28(5):  908-920.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2355

摘要 ( 4009 )   HTML ( 12)   PDF (2083KB) ( 267 )  

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近年来, 新型机器人技术被广泛应用于管道的维护与检查. 为了克服刚性管道机器人的局限性, 提高机器人的灵活性, 软材料制成的机器人已被开发并用于管道探测. 由于管道内部管路分支较多, 软体机器人在管道内的转向控制面临较大挑战. 针对此问题, 设计一种小孔径管道软体机器人, 并建立运动学模型, 在此基础上提出了机器人在T形弯管中的柔顺转向策略. 最后, 通过实验验证了转向策略的有效性和准确性. 实验结果表明, 提出的转向策略能有效提高软体管道机器人在T形弯管中的通过性和智能性.