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高被引论文

高温压电材料、器件与应用
吴金根, 高翔宇, 陈建国, 王春明, 张树君, 董蜀湘
2018, 67 (20): 207701. doi: 10.7498/aps.67.20181091
摘要 +
作为重要的功能材料,压电材料已经在国民经济的多个领域里有着重要应用.随着现代工业的快速发展,特别是新能源、交通和国防工业的高速发展,功能材料的应用已经从常规使用转向极端环境下的服役.本文综述了具有高居里点的压电材料,包括钙钛矿型压电陶瓷、铋层状结构氧化物压电陶瓷、钨青铜结构压电陶瓷以及非铁电压电单晶等;介绍了其晶体结构特征和高温压电性能、最新研究进展,并列举了一系列的高温压电器件和应用,包括高温压电探测器、传感器、换能器和驱动器等.另外,本文总结了高温压电材料的热点研究问题,并展望了今后的发展方向.
铁基软磁非晶/纳米晶合金研究进展及应用前景
姚可夫, 施凌翔, 陈双琴, 邵洋, 陈娜, 贾蓟丽
2018, 67 (1): 016101. doi: 10.7498/aps.67.20171473
摘要 +
非晶合金通常是将熔融的金属快速冷却、通过抑制结晶而获得的原子呈长程无序排列的金属材料.由于具有这种特殊结构,铁基软磁非晶合金具有各向同性特征、很小的结构关联尺寸和磁各向异性常数,因而具有很小的矫顽力Hc,但可和晶态材料一样具有高的饱和磁感强度Bs.优异的软磁性能促进了铁基软磁非晶合金的应用研究.目前,铁基软磁非晶/纳米晶合金带材已实现大规模工业化生产和应用,成为重要的高性能软磁材料.本文回顾了软磁非晶合金的发现和发展历程,结合成分、结构、工艺对铁基非晶/纳米晶合金软磁性能的影响,介绍了相关基础研究成果和工艺技术进步对铁基软磁非晶/纳米晶合金研发和工业化应用的重要贡献.并根据结构、性能特征将铁基软磁非晶合金研发与应用分为三个阶段,指出了目前铁基软磁非晶合金研发与应用中面临的挑战和发展方向.
基于复杂网络动力学模型的无向加权网络节点重要性评估
孔江涛, 黄健, 龚建兴, 李尔玉
2018, 67 (9): 098901. doi: 10.7498/aps.67.20172295
摘要 +
定量分析识别复杂网络中的重要节点对于研究复杂网络鲁棒性和脆弱性意义重大,当前基于网络结构的节点重要性评估方法成果丰富,而基于复杂网络动力学模型的节点重要性评估方法较少.针对无向加权网络,本文首先提出了构建其对应的复杂网络动力学模型的方法,并证明了该类复杂网络动力学模型是大范围内一致渐近稳定的;然后建立了复杂网络动力学模型的偏离均值和基于偏离均值的方差两级节点重要性评估标准;最后给出了扰动测试和破坏测试两种基于复杂网络动力学模型的节点重要性评估方法.基于复杂网络动力学模型的节点重要性评估方法不仅结合了网络拓扑结构信息,同时又结合了节点自身的特性,所以评价结果更为全面.将这两种方法用于ARPA (advanced research project agency)网络、对称无向加权网络、社交网络、Dobbs-Watts-Sabel网络和Barrat-Barthelemy-Vespignani网络的重要节点评估,并与已有的复杂网络节点重要性分析方法进行比较,证明了所提出方法的有效性.
一种具有隐藏吸引子的分数阶混沌系统的动力学分析及有限时间同步
郑广超, 刘崇新, 王琰
2018, 67 (5): 050502. doi: 10.7498/aps.67.20172354
摘要 +
对于具有隐藏吸引子的混沌系统,既有文献大多只针对整数阶系统进行分析与控制研究.基于Sprott E系统,构建了仅有一个稳定平衡点的分数阶混沌系统,通过相位图、Poincare映射和功率谱等,分析了该系统的基本动力学特征.结果显示,该系统展现出了丰富而复杂的动力学特性,且通过随阶次变化的分岔图可知,系统在不同阶次下呈现出周期运动、倍周期运动和混沌运动等状态,这些动力学特征对于保密通信等实际工程领域有重要的研究价值.针对该具有隐藏吸引子的分数阶系统,应用分数阶系统有限时间稳定性理论设计控制器,对系统进行有限时间同步控制,并通过数值仿真验证了其有效性.
声学超材料与超表面研究进展
丁昌林, 董仪宝, 赵晓鹏
2018, 67 (19): 194301. doi: 10.7498/aps.67.20180963
摘要 +
声学超材料是一种人工设计结构的材料,具有超越自然界材料行为的特性,如负折射、反常多普勒效应、平面聚焦等.本文主要介绍了声学超材料近二十年来的相关研究进展,重点论述了超原子声学超材料、超分子声学超材料、超原子簇和超分子簇声学超材料.最后简要介绍了近五年来声学超表面的研究概况和发展趋势.
锂电池失效分析与研究进展
王其钰, 王朔, 周格, 张杰男, 郑杰允, 禹习谦, 李泓
2018, 67 (12): 128501. doi: 10.7498/aps.67.20180757
摘要 +
锂电池在使用或储存过程中会出现一定概率的失效,包括容量衰减(跳水)、循环寿命短、内阻增大、电压异常、析锂、产气、漏液、短路、变形、热失控等,严重降低了锂电池的使用性能、一致性、可靠性、安全性.对锂电池失效进行准确诊断并探究其失效机理是锂电池失效分析的主要任务,对锂电池性能提升和技术发展具有深远意义.为了全面且深入地介绍锂电池失效分析,本文从锂电池失效分析的定义、失效表现、失效原因、分析内容、分析流程、困难点等方面进行了简述,希望能为推动中国锂电池失效分析技术的发展起到积极作用.
多尺度水下偏振成像方法
韩平丽, 刘飞, 张广, 陶禹, 邵晓鹏
2018, 67 (5): 054202. doi: 10.7498/aps.67.20172009
摘要 +
水下偏振成像技术利用散射光偏振特性能够有效提高水下成像质量,在水下目标探测和识别领域具有重要应用价值.针对该技术在背景散射光和目标信息光分离时由于噪声放大现象导致重建图像质量受限的问题,提出多尺度水下偏振成像方法.该方法利用图像分层处理思想,结合小波变换的多尺度特性,对体现图像高对比度的基础层和低对比度但细节信息丰富的细节层分别进行处理,重建高对比度、高信噪比的清晰场景图像.实验结果表明,多尺度水下偏振成像方法不仅能够大幅提高对比度,复原图像细节信息,而且能够有效抑制放大噪声,提高重建图像的信噪比,在水下偏振成像领域具有良好应用前景.
部分相干光束经过湍流大气传输研究进展
王飞, 余佳益, 刘显龙, 蔡阳健
2018, 67 (18): 184203. doi: 10.7498/aps.67.20180877
摘要 +
相较于相干光束,部分相干光束经过湍流大气传输能够有效地抑制湍流引起的光束展宽、光斑漂移及光强闪烁等扰动效应,在自由空间光通信、激光雷达和激光遥感等方面有重要的应用前景.近年来,部分相干光束湍流大气传输研究受到越来越多学者的关注.本文回顾了部分相干光束在湍流大气中传输特性研究的发展历程、理论基础及常用的理论方法,介绍了处理光束经过湍流大气传输的相位屏数值模拟方法,以及如何把该方法运用到处理部分相干光束传输.
室温钠离子电池材料及器件研究进展
陆雅翔, 赵成龙, 容晓晖, 陈立泉, 胡勇胜
2018, 67 (12): 120601. doi: 10.7498/aps.67.20180847
摘要 +
在众多电化学储能技术中,室温钠离子电池除具有能量密度高、循环寿命长的特点外,还具有其他电池体系所不具有的资源丰富和成本低廉的优势,是一种较理想的规模储能电池体系.中国科学院物理研究所自2011年以来致力于低成本、安全环保的钠离子电池技术的研发,在正、负极材料和电解质材料开发中取得了多项原创性的研究成果,并研制出Ah级钠离子软包电池.例如,首次发现Cu2+/Cu3+氧化还原电对高度可逆并设计了Na-Cu-Fe-Mn-O基低成本层状氧化物正极材料;首次通过简单的一步碳化法制备出性价比高的无烟煤基负极材料;首次将一种新型的钠盐NaFSI应用于碳酸酯非水电解质以大幅度提升电极材料的性能等.本文综述了物理所在钠离子电池材料及器件研究中所取得的重要进展和突破,期待经过进一步不懈地努力为实现钠离子电池的产业化做出重要贡献.
铁电体的光伏效应
蔡田怡, 雎胜
2018, 67 (15): 157801. doi: 10.7498/aps.67.20180979
摘要 +
介绍了铁电光伏效应的发展历史和现状,通过与传统半导体p-n结光伏器件比较,旨在阐述铁电光伏器件非比寻常的优点和重要的应用前景.铁电光伏效应分为体光伏效应和反常光伏效应,多种物理机制已被发现,无疑为铁电光伏效应的提高指明了方向.还对钙钛矿氧化物、卤化物和双钙钛矿结构氧化物等铁电体中的光伏效应进行了阐述,讨论了通过引入新的自由度实现多功能性光伏器件的可能性.
湍流热对流Prandtl数效应的数值研究
包芸, 高振源, 叶孟翔
2018, 67 (1): 014701. doi: 10.7498/aps.67.20171518
摘要 +
本文采用直接数值模拟的并行直接求解方法,计算了Ra=1010,0.05 Pr 20的系列Prandtl(Pr)数二维湍流热对流.通过流动显示技术,讨论了Pr数对羽流形态和大尺度环流结构的影响.在Ra=1010时,随着Pr数减小,羽流的运动和分布表现出更强的湍流性质,较高Pr数的羽流则表现出较强的规律性,当Pr4.3时,流场中存在明显的大尺度环流和角涡结构.不同Pr数的温度边界层厚度差异不大,并随Pr数存在标度率变化关系.当Pr数较低时,系统的传热Nusselt(Nu)数随着Pr数增加而增加,当Pr数较高时,Nu数随Pr数的变化不敏感.靠近底板处速度脉动随Pr数有显著的变化,Pr数越低速度波动越剧烈.通过底板中心位置水平脉动速度和平均场水平速度最大值给出的雷诺数Re〈u〉和ReUmax,两种Re数随Pr数的变化满足同一标度律,为Re~ Pr-0.81.
基于层间相似性的时序网络节点重要性研究
杨剑楠, 刘建国, 郭强
2018, 67 (4): 048901. doi: 10.7498/aps.67.20172255
摘要 +
时序网络可以更加准确地描述节点之间的交互顺序和交互关系.结合多层耦合网络分析法,本文提出了基于节点层间相似性的超邻接矩阵时序网络节点重要性识别方法,与经典的认为所有层间关系为常数不同,层间关系用节点的邻居拓扑重叠系数进行度量.Workspace和Enrons数据集上的结果显示:相比经典的方法,使用该方法得到的Kendall's 值在各时间层上的平均提高,最高为17.72%和12.44%,结果表明层间相似性的度量对于时序网络的节点重要性度量具有十分重要的意义.
无线多径信道中基于时间反演的物理层安全传输机制
朱江, 王雁, 杨甜
2018, 67 (5): 050201. doi: 10.7498/aps.67.20172134
摘要 +
宽带无线通信用户大多处在复杂的环境中,其时变多径传播和开放特性将严重影响通信系统的性能.针对物理层安全研究中的窃听信道问题,提出了一种适用于宽带无线多径信道的联合时间反演技术和发端人工噪声的物理层安全传输机制.首先,在一个典型窃听信道模型中采用时间反演技术,利用其时空聚焦性来提高信息在传输过程中的安全性;其次,由于时间反演的时空聚焦性,信息在聚焦点附近容易被窃听,通过在发送端加入人工噪声来扰乱窃听用户对保密信息的窃听,由于合法用户采用零空间人工噪声法,人工噪声对合法用户没有影响.理论分析和仿真结果表明,与已有物理层安全机制相比,所提机制可以有效地提高系统的保密信干噪比和可达保密速率,降低合法用户的误比特率,系统的保密性能得到提升.
Sb,S共掺杂SnO2电子结构的第一性原理分析
丁超, 李卫, 刘菊燕, 王琳琳, 蔡云, 潘沛锋
2018, 67 (21): 213102. doi: 10.7498/aps.67.20181228
摘要 +
基于第一性原理的密度泛函理论和平面波超软赝势法,采用广义梯度近似算法研究了Sb,S两种元素共掺杂SnO2材料的电子结构与电学性质.电子结构表明:共掺杂后材料仍然为n型导电直接带隙半导体;电荷密度分布改变,S原子与Sn,Sb原子轨道电子重叠加剧.能带结构表明,Sb,S共掺SnO2在能带中引入新的能级,能带带隙相比于单掺更加窄化,费米能级进入导带表现出类金属特性.电子态密度计算结果进一步证实了电子转移的正确性:在价带中部,S原子轨道与Sn,Sb轨道发生杂化,电子转移加剧,价带顶部被S 3p轨道占据,提供了更多的空穴载流子,价带顶上移;随着S掺杂浓度的增加,带隙宽度继续减小,导带逐渐变窄,导电性能呈现越来越好的趋势.
中远红外非线性光学晶体研究进展
贾宁, 王善朋, 陶绪堂
2018, 67 (24): 244203. doi: 10.7498/aps.67.20181591
摘要 +
3–5 μm和8–12 μm波段中远红外激光,在国防和民用领域均具有广泛的应用.作为全固态激光频率转换系统的核心部件,非线性光学晶体需要不断地优化和发展.本文从红外非线性光学晶体材料组成角度出发,总结了几种具有重大应用前景的磷族化合物(ZnGeP2,CdSiP2)、硫属化合物(CdSe,GaSe,LiInS2系列,BaGa4S7系列)以及准位相匹配晶体(OP-GaAs,OP-GaP)等中远红外波段非线性光学晶体的研究进展.
基于鲁棒极端学习机的混沌时间序列建模预测
沈力华, 陈吉红, 曾志刚, 金健
2018, 67 (3): 030501. doi: 10.7498/aps.67.20171887
摘要 +
针对混沌时间序列预测模型易受异常点影响,导致模型预测精度低的问题,在贝叶斯框架下提出一种鲁棒极端学习机.所提模型将具有重尾分布特性的高斯混合分布作为模型输出似然函数,得到一种对异常点和噪声更具鲁棒性的预测模型.但由于将高斯混合分布作为模型输出似然函数后,模型输出的边缘似然函数变成难以解析处理的形式,因此引入变分方法进行近似推理,实现模型参数的估计.在加入异常点和噪声的情况下,将所提模型应用于大气环流模拟模型方程Lorenz序列以及Rossler混沌时间序列和太阳黑子混沌时间序列的预测中,预测结果验证了所提模型的有效性.
一种基于3D打印技术的结构型宽频吸波超材料
熊益军, 王岩, 王强, 王春齐, 黄小忠, 张芬, 周丁
2018, 67 (8): 084202. doi: 10.7498/aps.67.20172262
摘要 +
设计了一种三层宽频吸波超材料,其表层和中间层为单元尺寸不同的周期阵列结构,底层为吸波平板结构,优化后的总厚度仅为4.7 mm,并采用三维(3D)打印技术成功制备了该吸波超材料.吸波体反射率测试结果表明,在电磁波垂直入射条件下,宽频吸收峰分别出现在5.3和14.1 GHz,两峰叠加使得其在418 GHz频率范围内反射损耗均小于-10 dB.采用S参数反演法计算了每一层的等效电磁参数,并利用多层结构反射率公式推导得出该模型的理论反射率,理论计算结果与实测结果基本一致.通过研究能量损耗、电场分布和磁场分布揭示了吸波机理,分析表明该吸波体的宽频吸收效果源于三层结构产生的吸收带宽叠加.本文提出的吸波超材料具有良好的宽频吸收效果,尤其在低频范围吸波性能较佳,结合3D打印快速成型技术,可获得结构精细的三层吸波超材料,具有重要的实际应用价值和广阔的应用前景.
基于忆阻器的多涡卷混沌系统及其脉冲同步控制
闫登卫, 王丽丹, 段书凯
2018, 67 (11): 110502. doi: 10.7498/aps.67.20180025
摘要 +
忆阻器是一种具有记忆功能和纳米级尺寸的非线性元件,作为混沌系统的非线性部分,能够提高混沌系统的信号随机性和复杂度.本文基于增广L系统设计了一个三维忆阻混沌系统.仅仅通过改变系统的一个参数,该系统能产生单涡巻、双涡卷和四涡巻的混沌吸引子,说明该系统具有丰富的混沌特性.首先对该忆阻混沌系统的基本动力学行为进行了理论分析和数值仿真,如平衡点稳定性、对称性,Lyapunov指数和维数,分岔图和Poincare截面等.同时,建立了模拟该忆阻混沌系统的SPICE(simulation program with integrated circuit emphasis)电路,给出了不同参数下的电路实验相图,其仿真结果与数值分析相符,从而验证了该忆阻混沌系统的混沌产生能力.由于脉冲同步只在离散时刻传递信息,能量消耗小,同步速度快,易于实现单信道传输,因而在混沌保密通信中更具有实用性.因此,本文从最大Lyapunov指数的角度实现了该忆阻混沌系统的脉冲混沌同步,数值仿真证实了忆阻混沌系统的存在性以及脉冲同步控制的可行性,为进一步研究该忆阻混沌系统在语音保密通信和信息处理中的应用提供了实验基础.
高速太赫兹探测器
张真真, 黎华, 曹俊诚
2018, 67 (9): 090702. doi: 10.7498/aps.67.20180226
摘要 +
太赫兹(terahertz,THz)技术在高速空间通信、外差探测、生物医学、无损检测和国家安全等领域具有广阔的应用前景.能响应1 GHz调制速率以上THz光的高速THz探测器是快速成像、THz高速空间通信、超快光谱学应用技术和THz外差探测等领域的核心器件.传统的THz热探测器难以实现高速工作,而基于半导体的THz探测器在理论上可实现高速工作.光导天线具有超快的响应速度,可实现常温和宽谱探测;肖特基势垒二极管混频器、超导-绝缘体-超导混频器和超导热电子混频器具有转换效率高、噪声低等优点,可用于高速THz空间外差和直接探测;基于高迁移率二维电子气的天线耦合场效应晶体管灵敏度高、阻抗低,可实现常温高速THz探测;THz量子阱探测器是一种基于子带间跃迁原理的单极器件,非常适合高频和高速探测应用,亚波长金属微腔耦合机理可显著提高器件的工作温度及光子吸收效率.本文对上述几种高速THz探测器进行了综述并分析了各种探测器的优缺点.
基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法
王珊, 王辅忠
2018, 67 (16): 160502. doi: 10.7498/aps.67.20172367
摘要 +
太赫兹雷达系统在差频信号频谱分析过程中,干扰噪声影响其测距能力.针对上述问题,提出基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法,通过对含噪差频信号进行二次采样,利用自适应随机共振系统提取信号,进行尺度恢复完成测距计算.实验数据显示,不同测量距离时,相较于快速傅里叶变换法,输出信噪比的平均增益为9.684 dB,其中测量距离为1000 mm处,差频信号初始频谱值提高了64.1倍,系统信噪比增益为11.761 dB;相较于滤波法,在测量距离为1000 mm处信噪比增益最大,提高了70.56%;输入噪声强度为1–5 V之间时,输出信噪比曲线的曲率相对于滤波法降低了86.5%,其中噪声强度为5 V时信噪比增益最大,为14.018 dB.实验表明太赫兹雷达系统的测距能力大幅提高.
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