上海大学学报(自然科学版)

尹鑫茂, 陈攀, 高灿飞, 李桂

2025, 31(3): 383-402. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2681

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二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides,TMDs)和金属界面之间的费米能级钉扎效应严重限制了载流子输运效率.二维TMDS的相变工程为金属-半导体接触的改善提供了突破性方案.从相变的物理机制出发,揭示晶格对称性破缺(2H→1T/1T)通过重构界面电子态与原子排布,实现3大功能协同优化:(1)抑制金属诱导间隙态(metal-induced gap states,MIGS);(2)调控能带对齐;(3)构筑原子级平滑界面.系统探讨了电荷掺杂、外场激励和热力学调控相变的策略:原子插层调控轨道电子填充以稳定金属相,外场(光、电、应力)通过能量-动量耦合触发晶格重构,而合金化与热力学合成则通过能垒设计实现异质相空间可控生长.这些方法揭示了“电子态-晶格序-界面输运”的多尺度关联,为低维器件高效接触提供理论支撑.进一步指出,相变动态过程的原子尺度解析、异质相界面稳定性提升及跨尺度集成工艺是未来核心挑战,需融合多学科手段推动二维电子器件从基础创新向高密度集成电路发展.

PMO对M2高速钢连铸坯凝固组织及碳化物析出的影响

朱守豪, 刘海宁, 徐智帅, 李志聪, 陈湘茹, 翟启杰

2025, 31(3): 403-419. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2678

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M2高速钢连铸坯中碳化物的尺寸、分布及形貌影响着后续轧制等工艺过程,并对最终产品性能和质量有重要影响.采用连铸坯枝晶生长热模拟试验机,探究脉冲磁致振荡（pulse magneto-oscillation,PMO）凝固细晶技术对M2高速钢连铸坯中碳化物析出长大过程的影响,探讨应用PMO技术改善连铸M2高速钢碳化物的可能性及条件.实验研究表明,PMO可以细化凝固组织,0、120、240、360 K_IA峰值电流条件下,凝固末端的二次枝晶臂间距分别减小3.08、3.83、6.91μm.同时C、W、Cr元素宏观分布更为均匀.利用PMO技术可有效降低碳化物面积占比,减小碳化物网交汇处尺寸:360 K_IA时碳化物面积占比最低,240 K_IA时碳化物网交汇尺寸最小.热力学计算表明:未施加PMO时,固液界面处Mo₂C与W₂C析出固相率为0.921、0.972;施加PMO处理时,固液界面处Mo₂C与W₂C析出固相率分别为0.931、0.988,M₂C （M=Mo/W）形貌由层片状转变为蜂窝状.PMO处理一方面使凝固组织细化,元素富集减弱,另一方面使碳化物析出温度降低,两方面的作用使得碳化物更加细小.

静电纺丝法制备多级孔纳米纤维吸附膜及其在海水提铀中的应用

唐文翔, 胡士国, 赵延琴, 张建桥, 刘佳祥, 李继香

2025, 31(3): 420-432. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2660

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首先,结合静电纺丝技术和固相分离法,通过添加聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate,PMMA）作为致孔剂,对聚丙烯腈（polyacrylonitrile,PAN）纳米纤维基膜进行微结构调控.然后,通过偕胺肟化,制备了海水提铀（uranium,U）多级孔纳米纤维吸附（hierarchically porous nanofiber adsorption,PM-PAO-F）膜.最后,通过系列表征和实验研究了其吸附动力学、热力学及吸附机理.结果表明:PMMA作为致孔剂,可以成功地在纳米纤维表面构筑次级孔,将PAN基膜的比表面积从8.87增加到22.94 m²/g;同等条件下,将聚偕胺肟（polyamidoxime,PAO）吸附膜的U（VI）吸附容量从25.0提升到51.2 mg/g;PM-PAO-F膜对U（VI）的吸附是吸热反应,符合Langmuir吸附等温线和拟二阶动力学模型,表明吸附过程为均一的单分子层化学吸附;PM-PAO-F膜在12个循环后仍保持88%的吸附容量,具有良好的应用前景.

紫外光辐照交联改性对UHMWPE纤维蠕变性能的影响

王燕玲, 李娜, 王彦, 于俊荣, 胡祖明

2025, 31(3): 433-443. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2652

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超高分子量聚乙烯(ultra-high-molecular-weight polyethylene,UHMWPE)纤维分子链之间的作用力极低,导致抗蠕变性能较差,限制了其应用.利用萃取改性将三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(trimethylolpropane triacrylate,TMPTA)和光引发剂Irgacure500引入UHMWPE纤维,经过3级热拉伸后,通过紫外光辐照引发交联,从而提高纤维的抗蠕变性能.研究结果表明:紫外光辐照后UHMWPE纤维凝胶含量大幅度增大;随着改性萃取液中TMPTA质量分数的增大,纤维凝胶含量先增大后减小,熔点、抗蠕变性能和高温下的强度保持率均先升高后降低,纤维的结晶度、取向度和力学性能降低,抗热收缩性提高.综合考虑交联改性纤维的力学性能、耐热性能和抗蠕变性能,最佳的改性萃取液TMPTA质量分数为2%,在该条件下制备的纤维在室温30%断裂应力下抗蠕变性提高27.75%,90℃和0.25 cN/dtex下抗蠕变性能改善52.99%,在150℃高温下处理30 min后强度仍能保持90.3%.

Ln³⁺功能化碳点双发射荧光凝胶球的制备及其防伪应用

陆佳桢, 徐陈, 郑瑜, 尚奕辰, 李颖

2025, 31(3): 444-453. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2668

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以海藻酸钠(alginate,Alg)为基质,引入镧系元素(lanthanides,Ln)和碳点(carbon dots,CDs)为发射中心,采用注射法成功制备了两种双发射凝胶球(Ln@CDs@Alg,Ln=Eu、Tb),并对其结构和荧光性能进行了表征.结果表明,Ln@CDs@Alg凝胶球在254 nm紫外光(ultraviolet,UV)激发下分别发射红色、绿色荧光,在365 nm紫外光激发下发射蓝色荧光.基于该特性,设计了一种防伪阵列,即在365 nm紫外光激发下显示的蓝色荧光用于信息保护,254 nm紫外光激发下显示由红色、绿色荧光组成的信息“MY”.该凝胶球阵列展现的双波双色多级保护特性,在防伪领域具有广阔的应用前景.

合金成分和加工参数对Fe-Cu-Mn-Ni四元系合金微结构的影响机制

刘昱含, 丁家瑞, 周微宇, 邱嫡

2025, 31(3): 454-464. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2669

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通过相场模型系统研究了Fe-Cu-Mn-Ni合金成分、热处理温度及外部加载对α→γ相变行为的影响机制,并重点考察了体系成分、α/γ两相结构瞬时分布及二者随时间的演化规律.研究结果表明:较低含量的Cu元素,能促使该Fe基合金形成颗粒中心区域Cu富集但结构仍保持与母相(bcc结构)一致α的析出相;较高含量的Cu元素,则倾向于使其形成颗粒边缘区域Cu富集但为fcc的γ析出相.在Fe-Cu合金中添加少量Mn、Ni元素可以形成Mn/Ni成分环状富集的析出相结构,而增加Mn、Ni元素的含量会加速相变过程的发生,且Mn的促进作用大于Ni.通过改变热加工参数及外加载荷可以调控Fe基合金α+γ的两相微结构.时效温度越低或冷却速率越快,相变起始点越早,且随着相变的进行和析出相的增大,会出现Cu元素外排至边缘的现象;同时,外加载荷的增加也促使Cu富集γ相的形成.该研究结果为优化Fe-Cu-Mn-Ni合金性能提供了理论支持,并可对其他多元合金体系的相场模型研究提供参考.

可变距离移位技术研究与实现

王彦丁, 欧阳山, 金翊

2025, 31(3): 465-474. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2653

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针对三值光学计算机(ternary optical computer,TOC)中可变位数改良符号数字(modified signed digit,MSD)加法器所面临的移位效率问题,提出了一种全新的数据移位方式,并设计了相应的可变距离移位寄存器.该移位方式为寄存器每个位的输入线和输出线分别设置了对应数据总线不同位线的跨接旁路,每个旁路的电子开关由一位锁存器控制,通过给锁存器赋值来改变移位的距离,从而实现指定距离的快速移位,解决了当前移位寄存器因采用D触发器(D flip-flop,DFF)串连结构只能实现逐位移动而效率低下的问题.讨论了该新型移位技术的原理和可变距离移位寄存器的实现方案,给出了6个可变距离移位寄存器实例,并将这些实例与传统移位寄存器进行了对比实验.研究结果表明,该新型移位技术在时钟频率、移位延迟、硬件资源消耗和功耗方面明显优于传统移位技术,能够显著提升三值光学计算机中MSD加法器的性能.

基于情绪一致性的三维人脸重建

黄东晋, 俞乐洋, 石永生, 郑楚, 钱纪宇

2025, 31(3): 475-486. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2574

摘要 ( 38 )

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从单目RGB图片中重建三维人脸是一项非常具有挑战性的计算机视觉任务.由于缺乏带有人脸表情标签的数据集,目前大多数三维人脸重建方案都缺乏对人脸表情的有效监督,导致不能准确还原输入人脸的表情信息.因此,提出一种基于情绪一致性的三维人脸重建方法,在训练时引入情绪感知一致性损失,对人脸情绪形成自监督,从而隐式地激励重建人脸与输入人脸具有一致的面部表情.此外,还提出一种轻量级人脸重建框架,用MobileNetV2代替深度网络ResNet50来回归人脸参数,以提升模型在CPU端的推理速度.实验结果表明,本方法能够基于单张人脸图像高质量地重建三维人脸模型；在人脸表情捕捉准确度和三维人脸重建精度两方面均优于一些主流的人脸重建方法.同时,所采用的轻量级人脸重建框架显著提升了模型在CPU端的推理速度,拓展了模型在计算资源受限场景下的应用前景.

云冈洞窟壁面水分变化规律与砂岩风化特征分析

张悦, 胡振坤, 陈童心, 汤凯晨, 闫宏彬, 程远, 黄继忠

2025, 31(3): 487-497. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2664

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云冈石窟开凿于砂岩地层中,具有极其重要的文物价值,但因长期遭受自然因素影响,风化现象十分严重.针对第9窟诵经道北壁,综合采用微波测湿、显微和X射线荧光等技术开展无损检测,获取岩壁的水分时空分布、溶液化学性质以及砂岩风化特征,并结合环境条件探讨水岩作用影响下的砂岩劣化机理.结果表明,岩壁含水量分布存在时空差异,底部普遍比上部潮湿,降雨导致的空气相对湿度波动会引起浅表层砂岩含水量的明显变化,并且在表面出现水膜覆盖和水滴附着现象;风化砂岩内含有大量可溶盐,壁面水溶液呈碱性,主要化学元素包括Mg、S、Na、Ca、Cl、K,其中Mg、S含量远高于其他元素;风化病害形式以粉状和片状为主,微观结构多为疏松、开裂状态,颜色差异与物质组成有关;干湿循环和化学溶蚀是造成诵经道壁面风化的关键因素.研究成果可为类似的石质文物预防性保护提供数据支持和理论参考.

牛腿榫头搭接连接梁柱节点抗震性能试验

刘文燕, 晏煜恒, 杨森, 何文福

2025, 31(3): 498-515. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2540

摘要 ( 45 )

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提出一种牛腿榫头搭接连接梁柱节点,该节点由预制柱和预制梁组成,其中预制柱柱身预留一段端部设置牛腿的短梁,预制梁端部预留榫头,牛腿与榫头截面均小于梁,截面收缩处外伸出钢筋连接段.安装时,预制柱与预制梁通过牛腿榫头搭接,钢筋通过直螺纹套筒机械连接,可以实现梁柱节点的快速安装与施工.为验证所提出节点的承载力和抗震性能,对一个现浇梁柱节点和一个牛腿榫头搭接连接梁柱节点进行了1/2缩尺的拟静力加载试验.试验结果表明:牛腿榫头搭接连接梁柱节点破坏发生于搭接区域,其承载力和耗能能力强于现浇梁柱节点,但延性相对较弱.在试验基础上进行有限元分析,模拟结果和试验结果基本吻合,验证了模型的准确性.最后,对牛腿榫头搭接连接梁柱节点进行了有限元参数分析,分析结果表明:牛腿尺寸、牛腿箍筋直径和柱纵筋直径对节点的滞回曲线和骨架曲线并无明显影响,节点承载力随牛腿纵筋直径减小而减小,节点承载力和初始刚度随梁纵筋直径增大而显著增大.

复杂光照条件下基于鲁棒特征点提取的卫星帆板相对位姿估计

况亦晗, 李冠壹, 王正, 常亮, 曾丹

2025, 31(3): 516-529. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2671

摘要 ( 32 )

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卫星帆板相对位姿估计是航天领域的核心技术,对于顺利开展在轨维护任务至关重要.然而,在太空复杂光照条件下,受限于非均匀光照成像和边缘纹理干扰,帆板特征点难以准确获取,从而影响相对位姿精度.因此,提出一种复杂光照条件下基于鲁棒特征点提取的卫星帆板相对位姿估计方法.首先,采用轻量化多尺度边缘引导网络精准分割帆板区域;随后,对预处理的分割结果进行边缘直线拟合和交点计算,实现特征点的有效提取;最后,利用相邻帧信息进行点对匹配,获取帆板的相对位姿参数.实验结果表明,在复杂光照条件下,所提出方法能够有效满足在相机从60 m至15 m的动态抵近过程中,帆板相对姿态误差始终保持在2°以内,相对位置误差由0.38 m逐步减小至0.04 m,具有较高的精度和鲁棒性.

多尺度EPI融合的密集光场解耦重建

曹捷, 吴玉静, 张倩, 孟春丽, 严涛

2025, 31(3): 530-542. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2663

摘要 ( 42 )

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为了充分挖掘光场极平面视图(epipolar plane image,EPI)之间的内在相关性,同时强化对空间信息的有效捕捉,提出了一种多尺度EPI信息融合的密集光场解耦重建方法.该方法对空间维度和极平面维度进行了更深层次的特征利用,能够更好地捕捉子孔径视图间的角度相关性,通过解耦与融合多种信息,提高了光场重建的精度和效果.首先,在四维光场数据的基础上,增加了密集的空间维度,提升了网络的泛化能力,并增强了其对图像局部结构和纹理信息的理解.其次,为了更好地补充和增强极平面间的信息互补性,设计了一个极平面融合模块,并提出了一种新的多尺度卷积注意力机制来融合特征信息.该注意力机制通过多尺度特征提取与全局关注机制,能有效捕捉角度信息,增强重要特征表达并抑制冗余内容.最后,在HCInew、HCIold和Stanford等光场数据集上进行实验.结果表明,本方法在峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)和结构相似性(structural similarity,SSIM)等评价指标上优于现有的最先进的SOTA (state-of-the-art)方法,在大多数测试场景中实现了更好的重建效果.

面向数字孪生的深层特征融合低照度图像去雨线

韩大专, 张金艺, 姜玉稀

2025, 31(3): 543-560. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2666

摘要 ( 37 )

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提出了一种面向数字孪生的深层特征融合低照度图像去雨线方法.首先,创建动态线性卷积(dynamic line convolution,DLConv),学习雨线的先验知识,提高对雨线的特征提取能力,解决伪影问题.其次,结合先验知识和坐标注意力(coordinate attention,CA)机制,改进U形模型,生成雨线的深层特征,解决细节丢失问题.最后,利用图像的亮度信息进一步细化加强深层特征,得到每一级的无雨图像.在此基础上,各级之间融合无雨图像的特征,并通过跨级特征融合(cross-stage feature fusion,CSFF)传递多尺度特征,实现低照度图像去雨线.在最新的夜间雨天图像数据集上进行实验,结果表明,本方法在峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)、结构相似性(structural similarity,SSIM)、学习感知图像块相似度(learned perceptual image patch similarity,LPIPS)和自然图像质量评估器(natural image quality evaluator,NIQE)指标上分别达到了38.522 9 dB、0.974 5、0.061 9和4.207 2,优于现有的主流方法,证明了本方法能有效改善伪影和细节丢失问题,大大提升了低照度图像的可用性.

一种HEVC帧内预测模式决策的快速算法

王爽, 刘家良, 张海坤, 胡越黎

2025, 31(3): 561-570. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2639

摘要 ( 41 )

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高效视频编码(high efficiency video coding,HEVC)相较于上一代编码标准H.264降低了约50%的比特率,但为了提高帧内预测的准确性,HEVC提出的35种预测模式导致计算量大幅增加,对软件和硬件实现均构成了挑战.针对该问题,在HEVC的基础上提出了一种依据图片纹理方向,结合预测模式之间的关联性来确定帧内预测模式的快速算法.实验结果表明,本算法与HEVC参考软件HM16.20相比,在BD-Rate损失仅为5.79%的情况下,节省46%以上的编码时间,显著降低了帧内预测模式决策的复杂度,便于在嵌入式系统等硬件资源有限的端侧实现算法落地.

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