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石墨烯与复合纳米结构SiO2@Au对染料敏化太阳能电池性能的协同优化
张源, 陈晨, 李美亚, 罗山梦黛
2020, 69 (16): 160201.  出版时间: 2020-08-20
摘要 +
染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSCs)因其制备工艺简单、成本低廉以及优异的光学性质在近年来引起了大家的广泛关注. 为了获得更优的光电性能, 利用球磨法制备了一系列不同含量纳米结构SiO2@Au和固定含量石墨烯协同掺杂的复合光阳极薄膜, 并制备了相应的DSCs. 研究了纳米结构SiO2@Au和石墨烯联合掺杂对光阳极及其相应DSCs光电转换性能的影响. 金纳米颗粒因其局域表面等离子体共振效应能够有效提高DSCs的短路电流密度. 而石墨烯作为典型的二维材料, 具有较大的比表面积以及高导电性等优异性质, 有利于增加薄膜的比表面积. 当纳米结构SiO2@Au和石墨烯协同掺杂至光阳极薄膜内部, 且SiO2@Au掺杂量为1.5%时, 相应电池的短路电流密度为15.59 mA·cm–2, 光电转换效率为6.68%, 相比基于传统纯TiO2光阳极电池的性能分别提高了15.67%和8.8%. 研究表明, 基于不同含量复合纳米结构SiO2@Au和固定量石墨烯共掺的DSCs性能的提高, 主要归因于复合纳米结构SiO2@Au的掺入, 其中分布较为均匀的金纳米颗粒作为光学天线可以将光局域到颗粒表面, 增强表面电磁场强度, 有效增强光与物质的相互作用, 优化了染料的光吸收能力, 增加薄膜内部光生载流子数量. 而石墨烯的引入则改善了光阳极薄膜的比表面积, 增加了薄膜整体对染料的吸附量, 且石墨烯良好的导电性能加快了光生载流子的传输, 两者协同作用实现了DSCs的光电转换性能的优化.
基于Cayley图上量子漫步的匿名通信方案
贺振兴, 范兴奎, 初鹏程, 马鸿洋
2020, 69 (16): 160301.  出版时间: 2020-08-05
摘要 +
信息安全是信息化社会国家安全的基石与命脉, 而匿名量子通信是保护信息安全的重要通信方式之一. 利用量子漫步随机性有效解决身份信息泄露等敏感问题, 本文提出一种基于Cayley图上量子漫步的匿名通信方案. 首先, 通信双方隐藏自身身份信息, 发送方Alice通过逻辑或操作匿名选择接收方Bob. 其次, 可信第三方与通信双方利用BB84协议生成和分发安全密钥, Alice根据安全密钥对信息序列进行加密, 获得盲化信息; Bob利用联合Bell态测量和安全密钥进行签名, 可信第三方验证签名信息. 再次, 可信第三方依据傅里叶变换计算Bob量子漫步的位置概率分布函数, 将概率最大值对应的位置信息转换为确认帧发送给Alice; Alice利用量子降维压缩算法减少传输信息比特数, 并利用安全密钥完成信息加密后将信息传输至确认帧表示的位置, Bob利用量子漫步搜索位置节点获取传输信息, 完成匿名量子通信. 最后, 对方案进行安全分析, 并给出200个节点Cayley图的数值仿真结果, 漫步10步时, 第6个节点的概率最大为45.31%. 根据仿真结果, 本方案通信过程中Bob漫步10步时被窃听到具体位置的概率近似为6 × 10–7%.
基于多尺度熵的Duffing混沌系统阈值确定方法
黄泽徽, 李亚安, 陈哲, 刘恋
2020, 69 (16): 160501.  出版时间: 2020-08-20
摘要 +
熵是热力学中表征物质状态的参量之一, 是体系混乱程度的度量. 一个信号的熵可以用来表示信号的复杂度. Duffing混沌系统从临界混沌状态向大尺度周期状态跃变的阈值是混沌系统分析的一个重要参数, 它的求解方法是混沌理论目前亟待解决的问题之一. 然而传统的实验分析法或者定量分析法存在一定的局限性. 本文在研究中发现, 系统处于混沌态和周期态时输出的多尺度熵值存在较大差异, 且当系统进入周期态后多尺度熵值趋于平稳, 基于这一现象结合遗传算法提出了基于多尺度熵的Duffing混沌系统阈值确定方法. 利用该方法对正弦信号和方波信号的检测系统跃变阈值进行了计算, 结果表明该方法快速准确且计算简单.

编辑推荐

原子核电荷半径的研究
曹颖逾, 郭建友
2020, 69 (16): 162101.  出版时间: 2020-08-20
摘要 +
$Z^{1/3}$律公式要优于$A^{1/3}$律公式. 对两参数公式和三参数公式进行验证, 得到两参数和三参数公式要优于单参数公式. 考虑到原子核电四极矩与形变的关系, 在原有的三参数公式中加入电四极矩因子项, 得出核电荷半径新公式. 拟合该公式发现核电荷半径理论值与实验值符合较好. 再考虑总自旋与电四极矩的关系, 求出内禀电四极矩, 代入公式中进行拟合, 均方根偏差进一步下降. 最后加入能反映奇偶摆动现象的$\delta$项, 用公式得到的均方根偏差为0.369 fm, 较好地反映出了形变与核电荷半径的关系.">结合已有的原子核半径的实验数据, 对先前的核电荷半径公式进行验证和探讨. 比较单参数核电荷半径公式, 验证了$Z^{1/3}$律公式要优于$A^{1/3}$律公式. 对两参数公式和三参数公式进行验证, 得到两参数和三参数公式要优于单参数公式. 考虑到原子核电四极矩与形变的关系, 在原有的三参数公式中加入电四极矩因子项, 得出核电荷半径新公式. 拟合该公式发现核电荷半径理论值与实验值符合较好. 再考虑总自旋与电四极矩的关系, 求出内禀电四极矩, 代入公式中进行拟合, 均方根偏差进一步下降. 最后加入能反映奇偶摆动现象的$\delta$项, 用公式得到的均方根偏差为0.369 fm, 较好地反映出了形变与核电荷半径的关系.
基于中国散裂中子源的商用静态随机存取存储器中子单粒子效应实验研究
王勋, 张凤祁, 陈伟, 郭晓强, 丁李利, 罗尹虹
2020, 69 (16): 162901.  出版时间: 2020-08-20
摘要 +
利用中国散裂中子源反角白光中子束线开展13款商用静态随机存取存储器的中子单粒子效应实验. 研究了测试图形、特征尺寸和版图工艺差异对单粒子效应的影响. 结果表明测试图形对器件的单粒子翻转截面影响不大, 但对部分器件的多单元翻转占比有较大的影响; 特征尺寸对器件单粒子翻转截面的影响没有明显的规律, 但对多单元翻转的影响规律明显, 多单元翻转占比和最大位数都随着特征尺寸的降低而增大; 器件版图工艺差异对器件的单粒子翻转截面和多单元翻转占比都有较大的影响. 此外, 通过与高原辐照实验结果对比, 发现在反角白光中子源获得的多单元翻转占比小于高原辐照实验的结果, 其原因是反角白光中子源实验中, 中子的最高能量和高能成分占比偏小, 且中子束流只有垂直入射. 因此, 利用反角白光中子源评估器件的大气中子单粒子效应时可能会低估多单元翻转情况. 本文的结果可为研究者利用反角白光中子源开展相关研究提供参考.
胆红素分子激发态性质的密度泛函理论研究
李媛媛, 胡竹斌, 孙海涛, 孙真荣
2020, 69 (16): 163101.  出版时间: 2020-08-20
摘要 +
胆红素是人体胆汁中的主要色素, 与人体健康密切相关. 结合荧光蛋白的胆红素分子代表一类新型荧光发色团, 在生物成像和生物传感领域有着重要应用. 本文结合隐式溶剂模型和线性响应含时密度泛函理论方法计算了胆红素分子最低单重激发态的垂直激发能、振子强度和垂直发射能. 以实验测量值和高水平RI-ADC(2)计算值作为参考, 系统考察了一系列密度泛函方法的预测表现, 结果发现最优化调控区间分离密度泛函方法整体表现最优, 预测的绝对误差和相对误差最小. 这得益于泛函中包含适宜的准确交换项比例能够产生既不离域也不局域的电子结构. 在最优化调控泛函方法计算的波函数基础上, 基于空穴-电子分析和片段间电荷转移方法定量表征了胆红素分子最低单重激发态, 发现其具有杂化局域-电荷转移的激发特征. 相信本工作可以为今后研究胆红素分子的激发态动力学过程和光谱性质提供重要理论依据, 该最优化调控理论模型也可以为接下来其他生物分子体系的激发态性质研究提供可靠、高效的理论工具.
基于生物阻抗谱的细胞电学特性研究
姚佳烽, 万建芬, 杨璐, 刘凯, 陈柏, 吴洪涛
2020, 69 (16): 163301.  出版时间: 2020-08-20
摘要 +
生物阻抗谱是一种非侵入式、免标记、能够定量分析的检测技术, 将其应用于生物细胞及组织的生理、病理分析中具有很大优势. 本文采用数值仿真的方法研究了单细胞电学特性与其结构之间的关系, 并通过实验进行了验证. 根据细胞的生理特征, 依据细胞的双壳模型与单壳模型理论分别建立了不同种类细胞的电学模型, 研究了细胞种类、细胞膜、细胞核对细胞电学特性的影响. 数值分析结果表明: 1)细胞结构尺寸的变化引起细胞电学特性的改变, 因此, 依据细胞电学特性能够准确实现细胞分类; 2)柯尔-柯尔(Cole-Cole)图上高频与低频的两个半圆弧分别是由细胞质或细胞外液的离子极化、细胞膜与细胞外液之间的界面极化引起的; 3)细胞核大小对测量阻抗的影响主要在低频段, 是由细胞核与细胞内液的界面极化引起的, 当存在细胞膜且当细胞核的核质比小于0.25时可忽略其影响. 为验证仿真结果, 对20%不同活性的酵母菌进行了实验. 实验结果表明, 运用本文建立的细胞电学模型, 可以准确检测细胞的不同活性. 该方法对实现细胞的精准电阻抗检测提供了理论依据, 具有重要的应用价值.
电磁飞环的缓扩散传播特性
王任, 刘胜, 张默然, 王秉中
2020, 69 (16): 164101.  出版时间: 2020-08-20
摘要 +
电磁飞环作为一种新型有限能量电磁脉冲具有重要的潜在应用价值. 为了明晰电磁飞环的传播特性, 本文讨论了电磁飞环横向和纵向场分量的空间分布、频谱特性及其在传播过程中的拓扑结构变化. 理论研究表明, 电磁飞环在初始传播阶段发散非常缓慢, 在传播较远距离后接近线性发散, 其在保持超环面拓扑结构传播的情况下具有缓扩散传播特性. 本文的研究为电磁飞环的应用提供了理论基础.
X波段高效率速调型相对论返波管研究
杨德文, 陈昌华, 史彦超, 肖仁珍, 滕雁, 范志强, 刘文元, 宋志敏, 孙钧
2020, 69 (16): 164102.  出版时间: 2020-08-20
摘要 +
本文对一种高效率速调型RBWO进行了理论分析和实验研究. 通过理论分析, 给出两个预调制腔间距的选择依据; 提出一种高功率容量的椭圆形提取腔, 可使得提取腔内表面场强降低约25%; 分析了磁场分布对效率的影响, 结果表明: 使用特殊设计的引导磁场, 可克服器件转换效率对收集位置的强烈依赖; 分析了阴阳极间距对效率的影响, 结果表明: 随着阴阳极间距增大, 器件的最优工作电压降低, 并且效率有所提升. 在实验中获得X波段微波功率为2.15 GW, 脉宽达到25 ns, 转换效率为50%(± 5%). 实验结果与理论和数值模拟结果吻合.

编辑推荐

基于数字全息的血红细胞显微成像技术
张益溢, 吴佳琛, 郝然, 金尚忠, 曹良才
2020, 69 (16): 164201.  出版时间: 2020-08-20
摘要 +
数字全息显微成像有别于传统光学显微成像, 可根据重建全息图获取细胞的生物学参数与形貌信息, 是一种有效的非接触无损三维成像技术. 随着像感器的发展与硬件计算能力的提升, 数字全息显微成像技术在活体生物细胞检测尤其在血红细胞检测领域取得了显著进展和突破. 本文介绍了同轴、离轴以及光镊辅助离轴的数字全息显微技术, 这些技术利用瑞利索末菲反向传播算法、清晰度量化算法、分水岭分割算法、数字重聚焦方法与热涨落方法等来实现血红细胞的形变、空间分布、三维体积信息的高精度提取, 有助于糖尿病、心血管疾病、帕金森氏疾病等病理研究. 数字全息显微成像技术实现了传统三维显微成像技术难以达到的实时性和定量化检测, 由于独有的非接触、无损性特点, 在细胞成像领域应用前景广阔.
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